2015年全国大学生电子设计竞赛I题
更新时间:2023-11-27 20:52:01 阅读量: 教育文库 文档下载
2015年全国大学生电子设计竞赛
风板控制装置(I题)
【高职组】
摘要:系统以STC12C5A60S2单片机为主控器,设计一款风板控制装置。该装置根据设定的风板角度信息控制风机风量的输出大小,在规定时间内动态调整风板摆角,并通过LCD12864液晶实时显示风板角度变化。系统包括单片机主控模块、角度信号采集模块、键盘输入模块、显示模块、电源模块、风机驱动模块。旋转电位器完成风板角度信号采集;独立式按键设定风力等级和风板角度;采用两路稳压输出电源(12V)为系统提供工作电源。系统制作成本较低、工作性能稳定,能很好达到设计要求。
关键词:STC12C5A60S2;LCD12864;角度测量;风机风量
目 录
1设计任务与要求 ............................................................................................................................ 1
1.1设计任务 ............................................................................................................................. 1 1.2技术指标 ............................................................................................................................. 1 1.3题目评析 ............................................................................................................................. 1 2方案比较与选择 ............................................................................................................................ 2
2.1 主控MCU选择 ................................................................................................................. 2 2.2 角度测量选择 .................................................................................................................... 2 2.3 电源选择 ............................................................................................................................ 2 2.4 单片机选择 ........................................................................................................................ 2 2.5 轴流风机选择 .................................................................................................................... 3 2.6 机械结构选择 .................................................................................................................... 3 3 系统设计 ............................................................................................................................... 3 3.1系统总体设计 ..................................................................................................................... 3 3.2 单元模块设计 .................................................................................................................... 4 3.2.1 风机驱动模块 ................................................................................................................. 4
3.2.2 电源模块 ................................................................................................................. 4 3.2.3键盘模块 .................................................................................................................. 4 3.2.4声光报警模块 .......................................................................................................... 5 3.2.5 LCD显示模块 ......................................................................................................... 6
4系软件设计 .................................................................................................................................... 7 5系统测试........................................................................................................................................ 7
5.1测试所需仪器与用途 ......................................................................................................... 7 5.2测试方法和数据 ................................................................................................................ 7
5.2.1 测试方法 ................................................................................................................. 7 5.2.2 测试数据 ................................................................................................................. 8
6总结 ............................................................................................................................................... 9 参考文献......................................................................................................................................... 10 附录Ⅰ 系统原理图 ..................................................................................................................... 11 附录Ⅱ 控制部分实物图 ............................................................................................................. 12
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计并制作一个风板控制装置。该装置能通过控制风量来控制风板完成规定动作,风板控制装置参考示意图见图1。
图1 风板控制装置参考示意图
1.2技术指标
(1) 预置风板控制角度(控制角度在45°~135°之间设定)。由起点开始启动装置,控
制风板达到预置角度,过渡过程中时间不大于10s,控制角度误差不小于5°,在预置角度上的稳定停留时间为5s,误差不小于1s。动作完成后风板平稳停留在终点位置上;
(2) 在45°~145°范围内预置两个角度值(Φ1和Φ2)。由终点开始启动装置,在10s
内控制风板到达第一个预置角度上;然后到达第二个预置角度,在两个预置角度之间做3次摆动,摆动周期不大于5s,摆动幅角误差不大于5°,动作完成后风板平稳停留在起点位置上;
(3) 显示风板设置的控制角度。风板从一个状态转变到另一个状态时应有明显的声光
提示。
(4) 其他自主发挥功能。 (5) 设计报告。
1.3题目评析
根据设计要求,对题目评析如下: 本题的重点:
① 设计合适的机械结构,选择适当的风机。 ② 传感器和转动轴灵敏度的选择。
1
③ 编写合适的算法使风板停在预置角度。 本题的难点:
① 既要保证风板摆动稳定,又要保证不超时。 ② 减小角度误差。
③ 来回摆动不稳定,难以精确控制角度。
2方案比较与选择
2.1 主控MCU选择
方案一:采用ARM作为系统的核心控制芯片。ARM芯片,运算速度快,内存大,功耗低,功能强大,但是其成本高,操作指令复杂,用在该系统中还会使ARM大量资源闲置,无疑是大材小用了。
方案二:采用STC公司生产的STC12C5A60S2单片机作为系统的核心控制芯片。STC12C5A60S2单片机具有很多优点:速度快,是传统51单片机的8~12倍;功耗低、抗干扰性能强;指令代码完全兼容传统的8051,程序编写简单、价格低廉,缺点是不能再线调试,外部IO口不太丰富。
对比两个方案,综合考虑系统需要,方案二能满足系统控制要求。
2.2 角度测量选择
方案一:角度测量采用专用角度传感器芯片,由单片机进行数据运算,通过晶体管驱动电机转动。但电路比较复杂,程序比较麻烦。
方案二:角度测量采用旋转电位器,通过转动的阻值变化读取电位器的电阻值,送往AD进行数据运算,得到相应的角度。
对于以上两种方案,分析系统要求以及可供选择的现有元件,选取方案二。
2.3 电源选择
方案一:采用线性直流稳压电源。线性稳压电源制作简单,输出稳定,但价格较高。 方案二:采用开关直流稳压电源。开关电源功率大,效率高,性价比相对较高。 综合考虑,方案二可以满足系统要求。
2.4 单片机选择
方案一:89C52是80C51增强型单片机版本,集成了时钟输出和向上或向下计数器等多种功能,适用于类似的马达控制,但其不能进行A/D转换,没有PID的计算功能,控制能力强,但精确度不高。
方案二:STC12C5A60S2是STC最新的单片机,它是单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速、低功耗、超轻抗干扰的新一代8051单片机,其中AD转换达到10位精度ADC读书精确,而且还具有超强的PID运算,控制能力强,精确度高。
通过以上两种方案的比较,为了提高本系统的操作以及控制,选择方案二。
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