1、目錄一、 引言1二、系統方案1（一）方案論證與比較11、主控電路12、角度傳感器的選用23、按鍵選用24、顯示25、電機的驅動26、風扇37、電源3（二） 總體設計方案3三、理論分析與計算3（一）距離計算3（二）角度計算4（三）控制算法4四、電路與程序設計4（一）硬件設計41、總體電路圖（見附錄1）42、主控電路43、風扇控制54、顯示模塊55、聲光提示模塊66、傳感器模塊6（二）軟件設計61、風扇控制算法設計62、聲光提示算法設計73、系統流程圖7五、系統測試7（一）測試方法與儀器7（二）測試結果81、功能要求測試82、按鍵控制風力等級測試8（三）測試結果分析9六、設計總結9參考文獻9附錄1

2、 硬件原理圖10附錄2 程序代碼11帆板控制系統摘要：報告介紹基于STC89C52單片機的帆板角度控制系統，系統可以利用風扇控制裝置對帆板角度進行控制，并通過LCD12864實時顯示角度變化。還可依據設定的帆板角度信息智能控制風扇轉速，在很短時間內（5秒以內）動態調整帆板擺角，同時實時顯示帆板角度等信息。系統包括：單片機主控模塊、角度信號采集模塊、鍵盤輸入模塊、顯示模塊、電源模塊、風扇電機驅動模塊。系統主控模塊采用性價比高的單片機最小系統；選用ADXL345加速度傳感器完成系統角度信號采集功能；利用LCD12864實時顯示角度變化的信息，5*6矩陣鍵盤完成風力等級和角度設定的輸入；系統電源模塊

3、采用兩路穩壓輸出電路（5v、15v），提供控制系統與風扇電機的工作電源；風扇電機采用L298N模塊驅動。本系統制作成本較低、工作性能控制穩定，能很好達到設計要求。關鍵詞： STC89C52；加速度傳感器；LCD12864；L298N一、 引言單片機又稱單片微控制器，單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度等物理量的測量。本系統就是以單片機為核心建立起來的，要實現對帆板轉角大小的控制，其歸根就是對風扇的控制，帆板的轉角隨著風扇風力的變化而變化，角度

4、傳感器給單片機不同的角度檢測信號，經單片機處理后在LCD液晶上顯示，同時給出聲光提示。系統體現了模塊化的設計理念，將單片機和各個器件結合在一起，完成系統化的設計，充分發揮了單片機的可靠性、可操作性和強大處理功能。二、系統方案（一）方案論證與比較1、主控電路【方案一】采用可編程邏輯器件FPGA作為控制器。FPGA可以實現各種復雜的邏輯功能，IO資源豐富，易于進行功能擴展。但本系統不需要復雜的邏輯功能，且從使用、功耗及經濟的角度考慮我們放棄了此方案。【方案二】STC89C52 單片機采用STC89C52 單片機作為主控器，其算術功能強，軟件編程簡潔靈活、自由度大 ，可用軟件編程實現各種邏輯控制功能

5、，且其功耗低、技術成熟，成本低廉。本系統主要是進行信號的處理以及風扇電機的控制。綜合考慮，本系統設計的功能依靠51單片機均可實現，故采用方案二。2、角度傳感器的選用【方案一】用UZZ9001Y與KMZ41連接構成一個角度測量系統。電路組成繁瑣，制作較困難，穩定性較差。【方案二】傾角傳感器。該集成芯片為專用的水平傾角測量芯片，具有體積小、靈敏度高等優點，但是輸出為模擬信號，需要用到DA轉換，操作間為復雜，且占用I/O口較多，不利于本統功能模塊的操作。【方案三】用ADXL345數字加速度傳感器。ADXL345是一款小而薄的超低功耗的3軸加速度計，可測量帆板在斜面所受重力加速度在斜面上的分量，進而轉

6、換成傾斜角，測量精度較高。ADXL345輸出信號為數字信號，避免了A/D轉換，操作簡單；此外ADXL345只需用到兩個I/O口，占用資源少，能滿足本設計的要求。本系統選擇了第三種方案。3、按鍵選用【方案一】采用獨立鍵盤。多個使用時，線路連接不便，操作繁瑣。【方案二】采用5*6的距陣鍵盤，可輸入的值比較多，可設定的功能也多。在本系統中需要多個鍵，系統選擇了第二種方案。4、顯示【方案一】使用數碼管顯示。要完成功能電路的顯示需要多個數碼管，此方案占用I/O口多，連接不便，顯示效果差，功耗大。【方案二】用LCD1602液晶顯示。1602是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式，1602分為上下2行，

7、每行顯示16個字符。驅動簡單，但不能顯示漢字。【方案三】用LCD12864液晶顯示。LCD12864功能強大，不僅能顯示字母、數字、符號，還可以顯示漢字和圖形，最多可顯示4行，每一行最多顯示8個中文，16個半寬字體。（最好選用帶字庫的，方便編寫程序。）LCD12864和LCD1602使用方法類似，驅動簡單，耗電量小，無輻射危險，顯示直觀、抗干擾能力強，但體積較大。本系統選擇了第三種方案。5、電機的驅動【方案一】用分立w元件構成的H橋電路利用分立三極管元件構成的H橋電路結構簡單，但驅動能力有限，所帶負載不可過大。【方案二】采用L298N集成H橋芯片。在L298N集成芯處中集成了兩套H橋電路，可直

8、接驅動兩路直流電機，利用單片機產生的PWM信號，可方便地進行電機調速。【方案三】用ULN2003功率放大器件。ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN 達林頓管w組成。通過使用不同的放大電路和不同參數的器件，可達到不同的放大的要求，放大后能得到較大的功率。本系統設計采用方案二。6、風扇【方案一】用普通的散熱風扇。風力小，風力流失大，很難達到系統要求。【方案二】用帶通風通道的風扇。風力集中，流失小，能很好的吹動帆板。本系統設計采用方案二。7、電源【方案一】自制穩壓電源。采用變壓器與三端穩壓器相結合，使220V電壓經變壓器變壓，降為系統所需電壓，過整流橋并利用兩個大的電容濾波，從

9、而得到較為穩定的直流電壓。自制電源體積大，需接入220V電壓，電壓不穩定，使用不方便。【方案二】三塊6V蓄電池串聯供電。直接選用所需型號蓄電池，能量足，供電穩定，高低溫適應性強。本系統選用第二種方案。（二） 總體設計方案系統功能的實現，以STC89C52單片機為核心，在單片機系統實現的輸入輸出和顯示功能的基礎上，由單片機的內置邏輯和運算功能，加上外圍電路得以實現。根據設計任務要求，該電路的總體框圖可分為幾個基本的模塊，總體框圖如下圖21所示：圖21總體框圖三、理論分析與計算（一）距離計算帆板尺寸：長 15cm，寬 10cm。風扇到帆板的距離：715cm。本系統帆板轉軸直徑0.5cm（二）角度計

10、算帆板轉角：060度。帆板轉角測量原理：風扇吹動帆板轉動，產生帆板角度變化，利用ADXL345數字加速度傳感器測出三維坐標x 、y 、z的變化，將加速度傳感器固定在帆板上，從而通過固定y，利用x 、z的關系求出角度。角度=(180*atan(temp z/temp x)/3.14。角度的測量范圍是090°，可以滿足系統要求。（三）控制算法首先利用鍵盤控制風扇的轉速，使帆板能夠偏轉一定的角度，再利用加速度傳感器測出帆板的角度，送顯示電路顯示。具體控制算法采用C語言編程實現，具體程序代碼見附錄2。四、電路與程序設計（一）硬件設計1、總體電路圖（見附錄1）2、主控電路系統采用STC89C5

11、2單片機構成主控制電路，電路如圖41所示：圖41主控電路3、風扇控制風扇電機選用L298N模塊驅動，并由4*4按鍵矩陣控制PWM，改變電機速度，達到控制風扇風力大小的目標。L298N驅動模塊如下圖42所示：圖42風扇控制4、顯示模塊使用LCD12864顯示，如下圖43所示：圖43顯示模塊5、聲光提示模塊圖44聲光提示模塊6、傳感器模塊圖45傳感器模塊（二）軟件設計1、風扇控制算法設計風扇控制算法如下圖46所示：圖46風扇控制算法2、聲光提示算法設計聲光提示算法如下圖47所示：圖47聲光提示算法3、系統流程圖整個系統程序流程圖如圖48所示：圖48系統流程圖五、系統測試（一）測試方法與儀器利用四位

12、半數字萬用表、秒表、量角器等設備通電對系統進行測試。（二）測試結果1、功能要求測試序號指標（目標值）實測值1顯示范圍為0-60°，實時顯示。0-66°2分辨力為2°，絕對誤差5°。分辨1°誤差3°3使帆板轉角穩定在45°±5°范圍內，制過程在10 秒內完成，實時顯示，并由聲光提示5秒4在5 秒內達到設定值5秒表 12、按鍵控制風力等級測試 風力等級角度W角度W角度W00°0°0°51°1°1°109°10°11°15

13、23°22°23°2025°29°31°2537°37°39°3040°39°40°3547°46°43°4049°49°51°4551°52°53°5055°56°52°5555°57°54°6058°59°57°6557°60°58°7060°62

14、6;59°7561°63°60°8064°63°64°8565°64°65°9065°65°65°9565°65°65°9966°66°66°表 2（三）測試結果分析本系統總體性能良好。但是也有不足的地方，由于帆板擺動大的問題，當系統工作時，影響到轉角實際測量的精確性。這個地方有待改進。六、設計總結本方案的系統設計基本符合2011年全國大學生電子設計競賽試題（F題）的要求。通過本次設計，深深感到理論與實踐之

15、間的差距。很多知識點在理論上完全理解了，但到具體的電路設計與實現中，會出現很多一時無法理解的問題，要通過不斷測試修改軟硬件，才能用理論來指導實踐，進一步深入理解理論。參考文獻1 郭天祥. 51單片機C語言教程. 北京：電子工業出版社，2009年.2 閻石. 數字電子技術基礎（第四版）. 北京: 高等教育出版社，1997年.3 李建忠單片機原理及應用西安：西安電子科技大學出版社，2002年38附錄1 硬件原理圖附錄2 程序代碼主函數/*/#include<reg52.h>#include "control.h"#include "12864.h"

16、;#include "ADXL.H"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key=P27;void timer_init()TMOD=0X10;TH1=(65535-100)/256;TL1=(65535-100)%256;EA=1;ET1=1;TR1=1;void main() char devid;timer_init();lcd_12864_init();Init_ADXL345(); /初始化ADXL345devid=Single_Read_ADXL345(0X00);/讀出的數據為0XE5

17、,表示正確while(1) adxl345(); if(key=0) keyscan_1(); else keyscan(); /*/Controh.H文件#ifndef _contral_h_ #define _contral_h_extern signed char pwm;extern void delayms(unsigned int xms);extern void keyscan();extern void keyscan_1();#endif/*/Control.C文件#include<reg51.h>#include "control.h"#in

18、clude "12864.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define keydata P0sbit A1=P24;sbit A2=P25;sbit ENA=P26;signed int count=0; signed char pwm=0;signed char anjian=0;uchar numshi=0;uchar numge=0;void delayms(unsigned int xms)unsigned int i,j;for(i=0;i<xms;i+)for(j=0;j<

19、110;j+); void pwm_dis()numshi=pwm/10;numge=pwm%10;write_12864_data(0x30+numshi);write_12864_data(0x30+numge);void anjian_dis()numshi=anjian/10;numge=anjian%10;write_12864_data(0x30+numshi);write_12864_data(0x30+numge);void keyscan()unsigned char dat=0;unsigned char num=0;keydata=0xfe;dat=keydata;dat

20、=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydata;switch(dat)case 0xee:num=1;break;case 0xde:num=2;break;case 0xbe:num=3;break;case 0x7e:num=4;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;keydata=0xfd;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)

21、delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydata;switch(dat)case 0xed:num=5;break;case 0xdd:num=6;break;case 0xbd:num=7;break;case 0x7d:num=8;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;keydata=0xfb;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat

22、&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydata;switch(dat)case 0xeb:num=9;break;case 0xdb:num=10;break;case 0xbb:num=11;break;case 0x7b:num=12;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;keydata=0xf7;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)d

23、at=keydata;switch(dat)case 0xe7:num=13;break;case 0xd7:num=14;break;case 0xb7:num=15;break;case 0x77:num=16;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;switch(num)case 1:write_12864_addr(1,3);pwm=0;pwm_dis();break;case 2:write_12864_addr(1,3);pwm=10;pwm_dis();break;case 3:write_12864_addr(1,3

24、);pwm=20;pwm_dis();break;case 4:write_12864_addr(1,3);pwm=30;pwm_dis();break;case 5:write_12864_addr(1,3);pwm=40;pwm_dis();break;case 6:write_12864_addr(1,3);pwm=50;pwm_dis();break;case 7:write_12864_addr(1,3);pwm=60;pwm_dis();break;case 8:write_12864_addr(1,3);pwm=70;pwm_dis();break;case 9:write_12

25、864_addr(1,3);pwm=80;pwm_dis();break;case 10:write_12864_addr(1,3);pwm=90;pwm_dis();break;case 11:write_12864_addr(1,3);pwm=99;pwm_dis();break;case 12:write_12864_addr(1,3);pwm=35;pwm_dis();break;case 13:write_12864_addr(1,3);pwm=pwm+5;pwm_dis();break;case 14:write_12864_addr(1,3);pwm=pwm-5;pwm_dis(

26、);break;case 15:write_12864_addr(1,3);pwm=pwm+1;pwm_dis();break;case 16:write_12864_addr(1,3);pwm=pwm-1;pwm_dis();break;void keyscan_1()unsigned char dat=0;unsigned char num=0;keydata=0xfe;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydat

27、a;switch(dat)case 0xee:num=1;break;case 0xde:num=2;break;case 0xbe:num=3;break;case 0x7e:num=4;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;keydata=0xfd;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydata;switch(dat)case 0xed:num=5;b

28、reak;case 0xdd:num=6;break;case 0xbd:num=7;break;case 0x7d:num=8;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;keydata=0xfb;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydata;switch(dat)case 0xeb:num=9;break;case 0xdb:num=10;break;ca

29、se 0xbb:num=11;break;case 0x7b:num=12;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;keydata=0xf7;dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)delayms(5);dat=keydata;dat=dat&0xf0;while(dat!=0xf0)dat=keydata;switch(dat)case 0xe7:num=13;break;case 0xd7:num=14;break;case 0xb7:num=15;break;case

30、0x77:num=16;break;while(dat!=0xf0)dat=keydata;dat=dat&0xf0;switch(num)case 1:write_12864_addr(3,7);anjian=0;anjian_dis();break;case 2:write_12864_addr(3,7);anjian=10;anjian_dis();break;case 3:write_12864_addr(3,7);anjian=20;anjian_dis();break;case 4:write_12864_addr(3,7);anjian=30;anjian_dis();b

31、reak;case 5:write_12864_addr(3,7);anjian=40;anjian_dis();break;case 6:write_12864_addr(3,7);anjian=50;anjian_dis();break;case 7:write_12864_addr(3,7);anjian=60;anjian_dis();break;case 8:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+1;anjian_dis();break;case 9:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+2;anjian_dis()

32、;break;case 10:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+3;anjian_dis();break;case 11:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+4;anjian_dis();break;case 12:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+5;anjian_dis();break;case 13:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+6;anjian_dis();break;case 14:write_12864_addr(3,7);anj

33、ian=anjian+7;anjian_dis();break;case 15:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+8;anjian_dis();break;case 16:write_12864_addr(3,7);anjian=anjian+9;anjian_dis();break; void timer0() interrupt 3A1=1;A2=0;TH1=(65535-100)/256;TL1=(65535-100)%256;count+;if(count>=100)count=0;if(count<pwm)ENA=1;elseENA=

34、0;/*/12864.H文件#ifndef _12864_h_ #define _12864_h_/extern void lcd_writestring(unsigned char *str);/向lcd發送一個字符串,長度64字符之內。extern void write_12864_cmd(unsigned char cmd ); /向液晶寫數據extern void write_12864_data(unsigned char dat); /向液晶寫數據extern void lcd_12864_init(); /初始化液晶extern void write_12864_addr(uns

35、igned char x ,unsigned char y);/寫液晶的地址extern void delayms_12864(unsigned char xms); /延時函數/extern void write_12864_addr(unsigned char x ,unsigned char y);/寫液晶的地址 #endif/*/12864.C文件/*12864指令：0x01/將DDRAM填滿“20H”，并且設定DDRAM的地址計數器（AC）到“00H”0x02/設定DDRAM的地址計數器 （AC）到“00H”， 并且將游標移到開頭原點位置；這個指令并不改變DDRAM的內容0x04/讀

36、寫后,AC減一,向左寫0x06/讀寫后,AC加一,向右寫0x10/光標向左移動,AC減一0x14/光標向右移動,AC加一0x18/顯示向左移動,光標跟著移動 0x1c/顯示向右移動,光標跟著移動0x0c/整體顯示開，游標關，游標位置反白不允許0x0e/整體顯示開，游標開，游標位置反白不允許0x0f/整體顯示開，游標開，游標位置反白允許0x08/關顯示,關光標,關光標閃爍0x30/8位數據端口，基本指令操作0x34/8位數據總線,擴展指令集0x20/4位數據總線,基本指令集0x24/4位數據總線,擴展指令集 */#include<reg52.h>#include "1286

37、4.h"#include "control.h"#define lcd_data P1 /定義液晶數據端口sbit lcd_PSB=P37; /液晶串行數據和并行數據選擇端sbit lcd_EN=P34; /液晶en使能端sbit lcd_RS=P35; /液晶的rssbit lcd_RW=P36;/液晶的rw讀寫端口void delayms_12864(unsigned char xms) /延時函數unsigned char i,j;for(i=0;i<xms;i+)for(j=0;j<110;j+);bit check_12864_busy()/

38、檢測液晶忙不忙 bit result=0; lcd_RS=0; lcd_RW=1; lcd_EN=1; delayms_12864(3); result=(bit)(lcd_data&0x80); /取出數據端口的最高位 lcd_EN=0; return result;void write_12864_cmd(unsigned char cmd ) /寫指令 while(check_12864_busy(); /檢測液晶忙不忙 lcd_RS=0; /rs=0為寫命令lcd_EN=0;lcd_RW=0;lcd_data=cmd; /把指令給數據端口delayms_12864(1);lcd

39、_EN=1;delayms_12864(1);lcd_EN=0; void write_12864_data(unsigned char dat) /向液晶寫數據 while(check_12864_busy(); /檢測液晶忙不忙 lcd_RS=1; /rs=1為寫數據lcd_EN=0;lcd_RW=0;lcd_data=dat; /把數據給數據端口delayms_12864(1);lcd_EN=1;delayms_12864(1);lcd_EN=0; void lcd_12864_init() /初始化液晶lcd_PSB=1;write_12864_cmd(0x30);delayms_12

40、864(5);write_12864_cmd(0x0c);delayms_12864(5);write_12864_cmd(0x01);delayms_12864(5); void write_12864_addr(unsigned char x ,unsigned char y)/寫液晶的地址 unsigned char addr;if(x=0) /如果x=0，地址為液晶第一行x=0x80; else if(x=1) /如果x=1，地址為液晶第二行x=0x90;else if(x=2)/如果x=2，地址為液晶第三行x=0x88;else if(x=3) /如果x=3，地址為液晶第四行x=0x

41、98;addr=x+y;write_12864_cmd(addr); /*/ADXL.H文件#ifndef _ADXL_h_ #define _ADXL_h_/extern void jiaodu();/角度轉換/extern void display_x(); /x軸/extern void display_y(); /y軸/extern void display_z();/z軸extern void Init_ADXL345();/延時函數extern unsigned char Single_Read_ADXL345(unsigned char REG_Address);/extern

42、void Multiple_read_ADXL345(void);extern void adxl345(); #endif/*/ADXL.C文件#include <REG51.H>#include <math.h> /Keil library #include <stdio.h> /Keil library#include <INTRINS.H>#include "12864.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DataPort P1 /

43、LCD1602數據端口sbit SCL=P20; /IIC時鐘引腳定義sbit SDA=P21; /IIC數據引腳定義sbit LED=P22;#defineSlaveAddress 0xA6 /定義器件在IIC總線中的從地址,根據ALT ADDRESS地址引腳不同修改 /ALT ADDRESS引腳接地時地址為0xA6，接電源時地址為0x3Atypedef unsigned char BYTE;typedef unsigned short WORD;BYTE BUF8; /接收數據緩存區 uchar ge,shi,bai,qian,wan; /顯示變量int dis_data; /變量void delay(unsigned int k);void InitLcd(); /初始化lcd1602void Init_ADXL345(void); /初始化ADXL345void WriteDataLCM(uchar dataW);void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc);/void DisplayOneChar(uc