1、 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：帆板控制系統F題 摘要：本帆板控制系統由8位MCU為主控制器，通過AD轉換，對紅外接收管接收的模擬量進行采樣，先通過TLC2543變換運算，把模擬量轉變成數字量，從而測出帆板的轉動角度，然后把信號反應回去，再由主控制器去控制L298N去控制直流電機轉動的方向及轉速，從而到達控制帆板的轉動的角度以及對其的測量。在另一模式下，可以通過按動按鍵逐步調節風扇轉速去調節帆板的轉動角度，也可以直接設置帆板需要轉動的角度，讓系統自行將帆板吹到設置的角度,測量精度高達±2度，能夠準確的測量和調節帆板的角度，是一個價格及性能綜合考慮的方案。

2、 關鍵詞： TLC2543 MCU L298N 角度 控制 1 方案論證與比擬1.1 采樣方法比擬與選擇方案一：用TLC2543 12AD轉換芯片配合電位器對信號進行采集，通過電位器跟隨帆板旋轉產生的電阻變化作為變化模擬信號，然后由TLC2543對電位器變化的模擬信號進行A/D轉換和采集，最后送MCU處理。但是電位器變化阻值誤差太大，導致所測角度不準。方案二：用霍爾傳感器安裝到帆板上然后將些許小磁鐵安裝到一個圓盤上，用MCU直接檢測霍爾的信號，然后去計算帆板轉過的角度，但是由于磁鐵安裝少了，測量的精度不夠，磁鐵太多又會使霍爾的信號不變，從而測量不到角度，該方案較難實現。方案三：在帆板的機架安裝

3、紅外對管，帆板轉動時紅外接收的光信號，隨帆板轉動而變化，紅外接收的光信號模擬量，運用A/D讀回模擬量，在單片機程序中進行角度轉換及計算，處理方便，所測角度也準確度大大提高。所以該設計采用紅外對管來采集帆板偏轉的角度信號。 1.2 處理器的比擬與選擇由于51系列優點之一是它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，或布爾處理器。它不光能對片內某些特殊功能存放器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少，89C51系列單片機價格廉價，功能相對夠用，抗干擾能力強，

4、Flash存儲容量大，兼容做的很好，應用廣泛，所以在帆板控制系統中是很好的選擇。 1 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：1.3轉換方案方案一：采用TLC2543，TLC2543為12為串行模數轉化芯片，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉化過程，在輸入電壓為0-5V時，電壓精度可到達1.2mv。由于采用串行結構，能夠節省51單片機的IO口資源，價格適中，外圍電路簡單等，穩定可靠。方案二：ADC0832是并行接口的8位A/D轉換器，ADC0832轉換速度慢，轉換精度第，在此很難到達系統設計要求。 1.4數據顯示方案方案一：采用字符型LCM1602液晶顯示器。該顯示器件低

5、功耗、尺寸小，超薄輕巧，價格廉價，編程方便，由于在整個系統設計中只需顯示轉動角度和當前角度，所以從性價比上，本設計選用LCM1602液晶顯示裝置。方案二：采用LCM12864漢字顯示器件，該器件價格較高，編程復雜，主要考慮設計本錢和完成功能的方面，在本設計中沒有采用LCM12864圖文顯示裝置。1.5電源選擇方案方案一：采用10節1.5V干電池供電，電壓到達15V經7812穩壓后給直流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩壓后給單片機系統和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統調試帶來很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。方案二：直接通過市電降壓，經LM7812和LM7805穩

6、壓后分別給直流電機、MUC主控芯片等供電，電機的啟動和停止時產生的電磁干擾相對較小，能夠保證整個系統能夠可靠工作，同時電路也易于制作，故采用此方案。 1.6電機的選擇方案一：步進電機：精度高，但轉速慢，不能提供快速旋轉帶動扇葉吹動帆板。方案二：伺服電機：耐環境方面還是比擬好的，但是編碼器局部非常脆弱，不能撞擊或敲擊?？闺姶鸥蓴_要求也高線纜局部。相比之下精度也要高些，但是價格昂貴，用在帆板控制系統中確實有點不適。方案三：直流電源：比同等級交流電機有更大的起動轉矩、調速性能好、調速方式成熟，調速方式簡單，易控制，是帆板控制的最正確選擇。 1.7鍵盤選擇方案一：選擇獨立按鍵，獨立鍵盤具有結構簡單，程

7、序簡單，但是程序量大，占用單片機存儲空間大，由于本系統需要16個按鍵來完成系統的所有功能，因 2 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：此如果采用獨立按鍵會占用大量I/O口，浪費單片機資源。方案二；矩形鍵盤程序復雜，但是程序占用系統設計2.1 總體設計整體系統的設計思路為紅外的信號經過一個10k的電阻分壓以后，送到10位AD轉換TLC2543，由于需要高精度的角度測量，因此要將測到的每個數字量對應的角度進行處理，又由于紅外的非線性影響，因此必須對每一個角度進行矯正。然后通過主控芯片將其角度轉換出來。在經過處理送到顯示器LCM1602上顯示。風扇的轉速和帆板的轉動角度通過A

8、D轉換和驅動芯片構成了一個閉環系統，當風扇的轉速使帆板的角度與設定的角度或顯示的角度不符時，MCU通過接收紅外對管電壓的變化，通過轉換的數據送到L298N來控制風扇的轉速，最終使帆板穩定在一定的角度。系統實現的總體電路框圖如圖1所示，總電路圖見附件2。 3 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：2.2 單元電路設計2.2.1 鍵盤電路設計鍵盤電路如圖2所示，采用矩陣鍵盤來實現16個按鍵的處理任務，共占用了MCU的8個I/O口，大大節約的單片機的硬件資源。 2.2.2 AD轉換及MCU主電路電路設計采用12位串行AD轉換器TLC2543對輸入信號進行轉換，將轉換的數據送8位

9、AT89S524 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字： 圖3 AD轉換及MCU主控電路2.2.3 L298N風扇驅動電路模塊L298N是電機控制專用芯片，它可以控制步進電機和直流電機，電路設計比擬簡單，外圍器件少，在本系統中采用L298N控制直流電機的運轉，從而控制風扇的轉動，并且通過紅外對管采集的電壓信號實現閉環控制，可以實現風扇從低速到高速的運行，從而完成題目 圖4 L298N控制電路模塊要求的在d=10cm時用電機控制帆板從060度的變化功能，同時通過這種方法可以實現根本要求3和發揮局部的全部功能，并且還把題目要求的距離d=715cm的距離擴大到d=517cm。

10、5 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：3 軟件設計軟件設計共包括六大模塊：系統初始化、主循環、AD轉換、數據處理、顯示模塊和PWM電機控制，其整體流程圖如圖5所示。 圖5 整體程序設計流程圖 圖6 主循環模塊主循環流程圖如圖6所示，顯示程序流程圖如圖7所示，PWM程序流程圖如圖8所示。 6 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：圖7 顯示程序流程圖 圖8 PWM程序流程圖4 系統測試本設備的操作說明見附件1。4.1 根本要求中1的測試數據固定電機到帆板之間的距離，用手轉動轉角，測試帆板轉動得值與紅外檢測值比擬如表1所示，本系統完成了根本要求1的功

11、能。4.2 根本要求(2)數據測試固定電機到帆板之間的距離d=10cm，通過按鍵控制風力的大小，使帆板角度能夠在060度范圍內變化，同時在LCM1602上顯示實時角度，測試數據如表2所示，本系統完成了根本要求2的功能。 7 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：4.3 根本要求(3)數據測試當間距d=10cm 時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角穩定在45°±5°范圍 根本要求中3的測試數據 4.4 發揮局部1數據測試當間距d=10cm 時，通過鍵盤設定帆板轉角，其范圍為060°。要求在5 秒發揮局部1數據測試4.5 發揮局部2

12、數據測試 8 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：間距d 在715cm 范圍發揮局部3數據測試固定轉角，用手改變間距d=517cm滑動，測試帆板轉動得值與液晶顯示數據值比擬值如表6所示。表6 發揮局部3數據測試5 結論本系統以89S52芯片和直流電機為核心部件，通過TLC2543轉換，對紅外接收管接收的模擬量進行采樣，可以通過按動按鍵逐步調節風扇轉速去調節帆板的轉動角度，也可以直接設置帆板需要轉動的角度，讓系統自行將帆板吹到設置的角度,測量精度高達±2度，能夠準確的測量和調節帆板的角度，是一個價格及性能綜合考慮的方案。由于系統架構設計合理，功能電路實現較好，系

13、統性能優良、穩定，較好地到達了題目要求的各項指標。 9 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字： 參考文獻：1.?數字圖像處理學?，元秋奇著，北京：電子工業出版社，2000年；2.?模擬電子線路根底?，吳運昌著，廣州：華南理工大學出版社，2004年；3.?數字電子技術根底?，閻石著，北京：高等教育出版社，1997年；4.?單片機原理及應用?，李建忠著，西安：西安電子科技大學，2002年5.?單片機應用程序設計技術?M. 何立民著，北京航空航天大學出版社. 2003年.第二章6.?單片機實用低功耗設計?M. 吳少軍、劉光斌著，人民郵電出版社.2005年.7.全國大學生電子設計

14、競賽電路設計M. 黃智偉著.北京：北京航空航天大學出版社 2006.10 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字： 11 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：附錄1 操作說明 圖9 各按鍵功能說明本作品主要通過紅外傳感器實時檢測帆板的轉角，并且可以通過按鍵調整，設置帆板角度。單片機上電后，1602液晶顯示初始界面，“Welcome Please select在此狀態下狀態一假設按下1次“狀態鍵后再按下“確定鍵那么單片機跳轉到狀態二手動或自動檢測帆板角度，在這個狀態下假設用手托住帆板下端改變帆板的角度，那么在1602液晶上將顯示帆板的實時角度值；此狀態

15、下還可以通過按鍵啟動，調整電機轉速。當重復按下“加速鍵可以逐漸增加電機轉速，當重復按下“減速鍵可以逐漸減慢電機轉速；此時1602液晶實時顯示帆板角度；在狀態二下假設按下“返回鍵那么返回初始界面。在初始界面是假設按下兩次“狀態按鍵后再按下“確定鍵那么單片機跳轉到狀態三通過按鍵控制帆板恒定轉過45度在此狀態下當重復按下“加速鍵可以逐漸增加電機轉速當帆板轉角在45度正負5度時那么停止按“加速鍵，假設超出45度那么可適當按下“減速鍵，將其保持在45度左右，假設到達題目要求將發生聲光報警，假設此時按下“停止鍵將停止電機轉動和取消聲光報警，在此狀態下假設按下“返回鍵那么返回初始界面。在初始界面是假設連續按

16、下三次次“狀態按鍵后再按下“確定鍵那么單片機跳轉到狀態四通過鍵盤設定帆板轉角并維持，在狀態四的情況下可以設置帆板轉角，但此設置轉角數必須為兩位且小于或等于60例：05度, 56度數值將顯示在1602上然后按下“確認鍵，電機轉動將帆板陸續吹倒設定值并保持；最后再按下“返回鍵程序將返回到初始狀態狀態一，以此循環往復工作。 12 1帆板控制系統原理圖附件2 總電路圖 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字： 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字： 附錄3 程序清單1. 主程序#pragma OT (5,speed)#include<reg52.

17、h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit beer =P1;uchar state=1,tcbz=0,fskz=0;uint temp=0,temp2=0,temp3=0,sjjd=0,sjjd1=0,designe_jiaodu=0,num=1000;bit Flag;uchar data key_jiaodu2; #include"LCD1602.h"#include"AD2543.h"#include"biao

18、ge.h"#include"display.h"#include"pwm.h"#include"keyboard.h"#include"check.h" void main(void)Init_LCD();init();temp3=read2543(0);beer=0;dianji=0;while(1)switch(state)case 1: display1(); /初始狀態keycan1();break; case 2: disp

19、lay2(); /手動及加減檢測角度keycan2();break; case 3: display2(); /調45度check3();keycan3();break; case 4: display4(); /按鍵設置角度14 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：keycan4();if(designe_jiaodu+3>30)check5();else check4();break; 2頭文件#ifndef _pwm_h_#define _pwm_h_ sbit dianji=P3; uchar CYCLE=60,m=0; /定義周期 該數字X基準定

20、時時間 如果是10 那么周期是10 x 0.1mschar PWM_H=60 ;/定義高電平時間 void init()TMOD=0x011; /定時器設置 0.1ms in 12M crystalTH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256; /定時0.1mSTH1=(65536-1000)/256;TL1=(65536-1000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=0;TR1=0; void tim() interrupt 1static uchar count;TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256

21、;count+;if (count>=PWM_H) dianji = 1; /電機轉else dianji = 0;if(count = CYCLE) count=0; void tim2() interrupt 3m=m;15 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：if(m)dianji=0;TH1=num/256;TL1=num%256;elsedianji=1;TH1=(65536-num)/256;TL1=(65536-num)%256; #endif #ifndef _keyboard_h_#define _keyboard_h_ uchar sc

22、an=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uchar c4=15,anjian_num=0,c2=10,c1=10,number1=0; uchar keycan()uchar i,j,ini,inj,temp,find=0;for(i=0;i<4;i+)P2=scani;temp=P2;temp=temp>>4;temp=temp|0xf0;for(j=0;j<4;j+)if(temp=scanj)find=1;ini=i;inj=j;return (ini*4+inj);if(find=0)return 20;else retur

23、n (ini*4+inj);16 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字： void keycan1()/static uchar number1=0;uchar key1;key1=keycan();if(key1!=c1)c1=key1;if(key1!=20)if(key1=10)number1+;if(number1>3)number1=0;if(key1=15)if(number1=1)state=2;TR0=1;Init_LCD();elseif(number1=2)PWM_H=60;TR0=0;dianji=0;state=3;Init_LCD(

24、);else if(number1=3)state=4;Init_LCD(); void keycan2()/static uchar number2=0;uchar key2;key2=keycan();if(key2!=c2)c2=key2;if(key2!=20)switch(key2)case 13:TR0=1;PWM_H=PWM_H-2;if(PWM_H<0)PWM_H=0;break;/加風 case 14:TR0=1;if(PWM_H<=60)PWM_H=PWM_H+2;break; /減風case 12:PWM_H=60;TR0=0;dianji=0

25、;break; /停止if(key2=11)number1=0;state=1;PWM_H=60;TR0=1;Init_LCD(); 17 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：void keycan3()static uchar c3=30;uchar key3;key3=keycan();if(key3!=c3)c3=key3;if(key3!=20)switch(key3)case 13:TR0=1;PWM_H=PWM_H-5;if(PWM_H<0)PWM_H=0;break;/加風 case 14:TR0=1;if(PWM_H<=60)

26、PWM_H=PWM_H+5;break; /減風case 12:PWM_H=60;TR0=0;dianji=0;break; /停止 if(key3=11)number1=0;state=1;PWM_H=60;TR0=1;Init_LCD(); void keycan4()static uchar number=0;uchar key4; key4=keycan();if(key4!=c4)c4=key4;if(key4!=20)if(number=0)&&(key4<=6)key_jiaodu0=key4;if(number=1)&amp

27、;&(key4<10)key_jiaodu1=key4;if(key4<10)|(key4=15)number+;/ if(number=3)if(key4=15) TR1=1;TR0=0;tcbz=1;if(tcbz=1)if(key4=11)num=1000;number1=0;c4=15;18 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：key_jiaodu0=0;key_jiaodu1=0;number=0;TR1=0;TR0=0;dianji=0;state=1;Init_LCD(); #endif #ifndef _LCD

28、1602_H_#define _LCD1602_H_ #define DatePort P0sbit RS = P1;sbit RW = P1;sbit EN = P1; void delay_LCD(uint k)uchar i;while(k-)for(i=0;i<113;i+); void Write_com(uchar com)RS=0;RW=0;DatePort=com;EN=1;delay_LCD(2);EN=0; void Write_dat(uchar dat)RS=1;RW=0;DatePort=dat;EN=1;delay_LCD(2);EN=0; 19 賽區

29、： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：void Init_LCD(void)Write_com(0x38);Write_com(0x06);Write_com(0x01);Write_com(0x0C); #endif #ifndef _AD2543_H_#define _AD2543_H_ sbit AD_OUT = P1;sbit AD_IN = P1;sbit AD_CS = P1;sbit AD_CK = P1; void delayus(uint m)while(m-); uint read2543(uchar port)uint ad=0;uchar j;AD_C

30、K=0;AD_CS=0; /片選/port<<=4;delayus(50);for(j=0;j<12;j+)ad<<=1;if(AD_OUT)ad|=0x01;AD_IN=(bit)(port&0x08); /寫選通地址AD_CK=1;delayus(6);AD_CK=0;delayus(3);/port<<=1; /選通ad輸入的AD_CS=1;/ad>>=1; /return(ad);20 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：

31、 #endif #ifndef _display_h_#define _display_h_ /sbit led=P1;uint temp1; uchar code disp=" Welcom! "uchar code disp1=" Please select "uchar code disp2="Angle:" void display1()uchar k;Write_com(0x80);k=0;while(dispk!=0)Write_dat(dispk);k+; k=0;Writ

32、e_com(0xc0);while(disp1k!=0)Write_dat(disp1k);k+; void display2()uchar k;static uchar i2,h2; i2+;if(i2>2)&&(h2<3)temp1=read2543(0);temp2=temp2+temp1;i2=0;h2+;21 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：if(h2=2)h2=0;temp=temp2;temp2=0;temp=temp/2; sjjd=out_jiaodu(temp);sjjd=sjjd*10

33、; Write_com(0x80);k=0;while(dispk!=0)Write_dat(dispk);k+; k=0;Write_com(0xc0);while(disp2k!=0)Write_dat(disp2k);k+;Write_dat(sjjd/100+0x30);Write_dat(sjjd/10%10+0x30);Write_dat(.);Write_dat(sjjd%10+0x30);Write_dat(0xdf); void display4()uchar k;static uchar h4; if(h4<7)temp1=read2543(0);temp2=

34、temp2+temp1;h4+;if(h4=6)22 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：h4=0;temp=temp2;temp2=0;temp=temp/6; sjjd1=out_jiaodu(temp);sjjd=sjjd1*10; Write_com(0x80);k=0;while(dispk!=0)Write_dat(dispk);k+; k=0;Write_com(0xc0);while(disp2k!=0)Write_dat(disp2k);k+;Write_dat(sjjd/100+0x30);Write_dat(sjjd/10%10+0x30);Wri

35、te_dat(0xdf); designe_jiaodu=key_jiaodu0*10+key_jiaodu1;Write_com(0xcd);Write_dat(designe_jiaodu/10+0x30);Write_dat(designe_jiaodu%10+0x30);Write_dat(0xdf);#endif#ifndef _biaoge_h_#define _biaoge_h_ uchar out_jiaodu(uint dat)if(dat<=1000) return 0;else if(dat>1000&&dat&

36、amp;lt;=1040) return 1;else if(dat>1040&&dat<=1058) return 2;else if(dat>1058&&dat<=1073) return 3;23 賽區： 江西賽區 賽區編號： JXB13002 測試人簽字：else if(dat>1073&&dat<=1088) return 4;else if(dat>1088&&amp

37、;dat<=1103) return 5;else if(dat>1103&&dat<=1132) return 6;else if(dat>1132&&dat<=1170) return 7;else if(dat>1170&&dat<=1193) return 8;else if(dat>1193&&dat<=1315) return 9;

38、else if(dat>1315&&dat<=1280) return 10;else if(dat>1280&&dat<=1377) return 11;else if(dat>1377&&dat<=1435) return 12;else if(dat>1435&&dat<=1495) return 13;else if(dat>1495&

39、amp;amp;&dat<=1567) return 14;else if(dat>1567&&dat<=1645) return 15;else if(dat>1645&&dat<=1705) return 16;else if(dat>1705&&dat<=1757) return 17;else if(dat>1757&&dat&

40、;lt;=1811) return 18;else if(dat>1811&&dat<=1854) return 19;else if(dat>1854&&dat<=1930) return 20;else if(dat>1930&&dat<=2030) return 21;else if(dat>2030&&dat<=2110) return 22;els

41、e if(dat>2110&&dat<=2160) return 23;else if(dat>2160&&dat<=2222) return 24;else if(dat>2222&&dat<=2295) return 25;else if(dat>2295&&dat<=2355) return 26;else if(dat>2355&

42、;amp;&dat<=2404) return 27;else if(dat>2404&&dat<=2458) return 28;else if(dat>2458&&dat<=2502) return 29;else if(dat>2502&&dat<=2520) return 30;else if(dat>2520&&dat&lt

43、;=2615) return 31;else if(dat>2615&&dat<=2665) return 32;else if(dat>2665&&dat<=2710) return 33;else if(dat>2710&&dat<2756) return 34;else if(dat>2756&&dat<=2812) return 35;else if

44、(dat>2812&&dat<=2870) return 36;else if(dat>2870&&dat<=2915) return 37;else if(dat>2915&&dat<=2955) return 38;else if(dat>2955&&dat<=3010) return 39;else if(dat>3010&amp

45、;&dat<=3055) return 40;else if(dat>3055&&dat<=3085) return 41;else if(dat>3085&&dat<=3122) return 42;else if(dat>3122&&dat<=3150) return 43;else if(dat>3150&&dat<=3185) return 44