爱华网网络出版时间：2012-05-25 15:39
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工程技术研究与应用主持：李艳
JOURNALOFSICHUANENGINEERINGTECHNICAL帆板控制系统
张扬
（山西职业技术学院，山西太原030006）
本设计在2011年参加全国大学生电子设计大1系统方案渊Systemsolutions冤赛时，取得了山西赛区二等奖。比赛题目为帆板控制系统选用STC89C52单片机作为主控制器，选系统，系统要求实现由风机吹动帆板在不同的角度，用键盘模块和12232LCD模块作为人机接口。外围实现角度控制。为了实现控制功能和目标，系统采用接口芯片还有蜂鸣器及发光二极管。设计中选用的单片机为控制核心，角度传感器实现帆板角度的反L298N驱动模块、三菱变频器风扇MMF-09C24TS、馈，直流电机用作风机，通过PWM调节直流电机功通过单片机的串口资源传输温度信息到PC，实时显率，实现题目功能。示风扇控制的帆板的转角度数。如图1所示：
[[收稿时间作者简介]2012-02-08]张扬渊1983--冤袁男袁山西职业技术学院助教袁硕士曰研究方向院可编程控制器及其应用遥四川工程职业技术学院学报第二十六卷第一期︵总第八十五期
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四川工程职业技术学院学报第二十六卷
第一期︵总第八十五期︶工程技术研究与应用主持：李艳显示模块主要完成帆板转角的显示，有两种显示方案可选择。方案1：采用数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、对外界环境要求低，易于维护。同时精度比较高，称量快，精确可靠，编程容易，操作简单等优点。缺点是显示汉字不易实现，多数据多行显示结构复杂；方案2：使用液晶显示屏显示。LS12232液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果图1帆板控制系统方框图好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。可以显示汉字等各种字符。管脚图如图3所示，管脚说明如表32
硬件选型渊HardwareSelection冤所示：2.1单片机由于赛前培训以及教学过程中都选用51系列单片机，学生对其功能和程序编写也更熟悉，所以设计时选用了STC89C52单片机，相对其它型号STC89C52单片机速度更快、能耗较低且超强抗干扰更强单片机，并且12时钟/机器周期和6重要的是其指令代码完全兼容传统80512所示：图3LS12232管脚图设计综合考虑，虽然显示要求并不高，但相对模拟显示液晶显示更加方便，显示内容更丰富，并且可读性更好等优点。最终设计选用LS12232液晶显示屏。2.3测角度模块方案1：采用超声传感器进行测距。然后通过数学计算，测得帆板的转角。虽然超声波测距模块可实现非接触测距功能，拥有宽电压输入范围，静态功耗低，工作稳定可靠，价格便宜等优点，但是此时的测量角度误差较大，而且计算麻烦。不利于提高帆板转角的精度。方案2：采用WDD35D4角度/角位移传感器，图2STC89C52管脚图WDD35D4系列产品采用硬质铝合金材料制作外壳，采用导电塑料作为电阻材料，经过模压及激光STC89C52单片机主要特性如下：修刻微调，贵金属电刷激流装置，具有电阻值可选、1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12线性度可选、分辨率高、动态噪声小等优点。另外其时钟/机器周期可以任意选择自身也带有AD转换功能，具有连续旋转功能，完成2.工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～角度———电压的转换。2.0V（3V单片机），能耗相对较低。在对方案1和方案2优缺点进行比较，并结合3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051比赛前的部分实验后发现，对于帆板旋转角度测量的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。时，超声传感器进行测距有局限性很大，而且误差4.用户应用程序空间为8K字节。较高，难以完成题目设计；角度传感器的测量精度比
5.片上集成512字节RAM。较高，稳定性较好，决定选用方案2。
2.2显示模块2.4键盘模块
工程技术研究与应用
主持：李艳
键盘是人机通讯的重要组成部分，是数据输2.6声光提示模块
入、参数设定和手动控制的输入设备，键盘可分为声光提示主要采用发光二极管和蜂鸣器，当风独立式按键和矩阵式（也叫行列式）按键两种，独立扇与转轴的间距一定时，通过操作键盘控制风力大式键盘就是将每一个独立键按一对一地直接接到小，使帆板转角可以在规定范围内，并能够实时显I/O输入线上，而在读键值时，直接读I/O口，占用示，用发光二极管和蜂鸣器。声光提示模块的原理I/O口线多，不适合较多按键的键盘。矩阵式键盘适图如图6所示：
用于按键数量较多的场合，由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上，
节省I/O口。本设计采用4×4行列扫描式键盘，
仅需8个I/O口线就可识别2.5题目中要求选用直流电机做风机，
驱动模块
16个按键。通过键盘控制显示方式。
在单片机的控制下进行工作，所以驱动模块的设计就非常重要。驱动模块选用了L298N芯片，内部包含4通道发光二极管
逻辑驱动电路，是一种二相和四相的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚如图4所示：
MMF-09C24TS的最大驱也不帆板的转角变化过轻，帆板的转角变化范围不仅可以而且取材方便，设计者选择纸通过增加纸的厚薄调整控制精度，
图4通过实验发现，相对重量比较轻的材质，加上风1脚和15机的吹动，控制力并不很强。一味的增加纸的厚度形成电流传号。L298并没有实现控制精度的提高，
最终在帆板的板面增接三菱变频5单片机加一些圆孔（直径约1cm）控制精度大幅提高。
P1.0，3系统硬件设计渊HardwareDesign冤
只用一3.1风扇控制电路
风扇控制电路主要是单片机、驱动模块和直流源供电。
一组5V另电机组成，为了实现控制功能，设计其总体框架图外一组5V、9V电源给L298N的+VSS、+VS供电。
如图7所示：
如图5控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质。
图7
风扇控制电路方框图
图5驱动模块原理图
四
川工程职业技术学院学报第二十六卷第一期︵总第八十五期︶
四川工程职业技术学院学报第二十六卷第一期︵总第八十五期︶工程技术研究与应用主持：李艳风扇的控制主要分为PWM调速和键盘的控制个按键中无键按下，则读入的行电平全为高。两部分。(2)判断具体的按键。方法是往列线上逐列送低1.PWM调速，是将输出信号的基本周期固定，电平，从而判断按键的状态。软件中设置转速的档通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出数，通过判断具体按键的按下来控制转速，实现功率的方法。在PWM驱动控制的调节系统中，按一PWM调速。个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变3.2角度测量模块一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。因此，本设计选用WDD35D4角度/角位移传感器，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图8所示：其中WDD35D4角度/角位移传感器带有AD转换功能，当角度发生变化时，会使WDD35D4角度/角位移传感器的电阻值发生变化，反应到电路中会导致电压发生改变，经过AD转换以数字输出，并在1223210所示：图8PWM控制原理图PWM
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，WDD35D4接线图通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。max,2号引脚接输出；3号引脚接设占空比D=t/T，Vd=Vmax×D液晶显示模块式中：Vd12232液晶和STC89C52单片机连接如图11所通电时的速度（最大）；所以，空比时，到调速的目的。2.矩阵键盘STC89C52单图9所示：图1112232液晶和STC89C52单片机连接图图9矩阵键盘的电路图4软件设计渊SoftwareDesign冤4.1主程序设计矩阵键盘识别按键的方法是编程扫描法，这里主程序主要负责系统的初始化及任务的创建。采用列扫描法。主程序流程图如图12所示：(1)判断有无键按下。向所有的列线上输出低电4.2键盘扫描平，再读入所有的行信号。如果16个按键中任意一本设计键盘工作采用中断扫描方式。进入键扫
个被按下，那么读入的行电平则不全为高；如果16描状态后扫描键盘，当识别到键盘被按下时，转消抖
工程技术研究与应用主持：李艳
4.3控制算法设计与实现
控制过程中，本设计采用A/D转换电路将输入信号转化成对应的角度值，其思想是：将A/D转换的结果乘以1000，然后转换为毫伏值后乘以5除以256再除以14，最后求出对应的角度值。A/D转换任务流程图如图14所示。
5测试与分析渊Testingandanalysis冤
5.1测试数据
图动处理。否则，
再扫描键盘，统响应中断，图15
测试结果分析图
1号线表示角度由0到20的拟合曲线；
2号线表示角度由20到40的拟合曲线；3号线表示角度由40到60的拟合曲线；
4号线表示角度由60减到0占空比变化的曲
图13键盘扫描流程图图14A/D转换任务流程图线；渊下转70页冤四川工程职业技术学院学报第二十六卷第一期︵总第八十五期︶
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教学研究主持：李艳3结束语[参考文献]根据试验，《铸件形成原理》课堂教学的优化方[1]刘文卿.实验设计[M].清华大学出版社.2005.案为A3B1C1，即任务驱动教学方法、整体式组织教[2]王后军.网络环境下的野任务驱动冶式教学[J].新课程研究袁学、第二次上课进行复习上次课程内容组合可以取2008渊3冤院9-11.得较好的教学效果，并用这种组合重新教学，得到[3]彭军飞.野行为导向教学法冶在Photoshop教学中应用[J].西组平均成绩为81.7，效果明显。另外，老师在教学过江教育论丛袁2007渊2冤院34-35.程中要注意培养学生的学习兴趣、自主学习的能力[4]赵广博.网络环境下高中地理课堂任务驱动式教学探索[J].以及学生在课后及时复习所学内容的学习习惯。广东教育信息袁2009渊5冤22-25.[5]戴沛伸.任务驱动式教学法在我校体育与健康教学中应用.魅力中国袁2009渊16冤2-6.
