毕业设计（论文）帆板控制系统姓名：xxxxxx系别：年级：专业：电子信息工程指导老师：帆板控制系统【摘要】本设计采用STC89C52RC为中心控制器，利用角度传感器来的采集、处理实现对风扇转速的控制，调节风力大小，进而改变帆板转角大小；帆板的角度检测，通过ADXL345模块，实现控制帆板角度的大小；通过充分比较、论证，最终选用小型直流电机作为风扇的制动源，小型直流电机力矩大、操作简单、价格低且能满足设计需求；系统显示采用LCD12864液晶，用于实时显示帆板的角度大小；控制电机是以NPN三极管BU406为驱动，再利用PWM算法算出合理的脉冲占空比；最后经过多次测试表明，系统完全达到了设计要求，不但完成了所有基本和发挥部分的要求，并增加实现了实时显示占空比全程变化的功能。
【关键词】自动控制、帆板、角度测量、小型直流电机、液晶显示、脉宽调制Panel Control System【Abstrct】According to the panel control system design requirements, to design the whole system was studied, established the optimal design scheme, using STC89C52RC as the center controller, using the angle sensor to the acquisition, processing of the fan speed control. The power adjustment, and then change the windsurfer windsurfing angle; angle detection. Through the ADXL345 module realization of control panel, in terms of size; by comparison, the final selection of full proof, small DC motor as the braking source fan, small DC motor torque, simple operation, low price and can satisfy the design requirement; display system using LCD12864, used for real-time display panel angle; control motor is NPN three. BU406 drive, then the use of PWM algorithm calculates the reasonable pulse duty ratio; finally after many tests show that.The system meets the design requirements, not only finished all the basic and the requirements to play a part, and to increase the real-time display of the whole function of the variation of duty ratio.【Keywords】A utomatic Control, Windsurfing, Angle Measurement, Small DC Motor, Liquid Crystal Display, Pulse Width Modulation目录一、系统方案 (2)1、方案论证与选择 (2)1.1电源模块的论证与选择 (2)1.2电机模块的论证与选择 (2)1.3 控制系统的论证与选择 (2)1.4 角度检测模块论证与选择 (2)1.5 显示模块论证与选择显示模块 (3)2、系统设计 (3)3、结构方框图 (4)二、理论分析与计算 (5)三、电路与程序设计 (5)1、单片机最小系统和1602显示电路图示 (6)2、电源图示 (6)3、声光警报电路图示 (6)4、ADXL345模块图示 (7)5、程序流程图 (8)四、测试方法与数据 (9)1、仪器表 (9)2、按键测试 (9)3、基本要求测试 (9)4、发挥部分测试 (10)四、结果分析 (10)五、实现功能 (10)六、设计总结 (10)七、参考文献 (11)附录1：源程序 (12)一、系统方案本系统主要由电源模块，电机模块，角度检测模块，最小系统模块，显示模块，声光模块，驱动部分下面分别论证这几个模块的选择。
1、方案论证与选择1.1 电源模块的论证与选择方案一：铅酸电池供电，优点电流大，缺点重量太沉。
方案二：电池组供电，可提供800mAh电流，重量很轻。
方案三：太阳能电池板，绿色能源无污染，但受环境限制。
方案四：利用12V的开关电源，功率高，稳定性好。
经比较，我们选择方案四，12v可直接供给直流电机，可用LM7805转换后给控制器、传感器等模块使用。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2 电机模块的论证与选择电机模块选择是整个方案设计的关键，按照设计要求，要是帆板达到目标角度，这需要对风扇的较精确控制，而且风扇制动性能要好。
方案一：采用步进电机，可准确控制帆板的角度，但转速慢，不能实现目标。
方案二：采用CPU风扇，体积适中，安装简单，噪声小，但风力太散，亦不能达到目标。
方案三：采用小型直流电机，体积适中，安装简单，风力大，转速易于控制。
经过反复的比较、论证，我们最终选用了方案三。
虽然直流电机精确控制比步进电机低，但是能用直流电机就能满足要求时，应选择直流电机。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.3 控制系统的论证与选择方案一：采用STC公司的STC12C5A16AD 单片机作为控制器的方案。
该单片机I/O资源丰富，内部并集成了8路高速AD及两路PWM模块。
芯片比普通单片机快8-12倍，抗干扰能力较强，价格高贵，并且功能强大，大大简化了系统开发调试的复杂度。
方案二：采用STC 公司的STC89C52RC。
51单片机价格便宜，应用广泛，但是功能单一，如果系统需要AD转换功能，还需外接AD芯片，实现功能简单复杂；运行速度一般。
综合考虑，我们选用方案二，虽然方案二有些功能比不上方案一，但性价比不高，所以，我们选择了方案二。
1.4 角度检测模块论证与选择角度检测模块也是系统的重要组成部分，我们可以利用角度传感器来测量帆板的度数。
方案一：采用MMA7455模块，可以有多种检测模式，但功能使用复杂，且不常用。
方案二：采用ADXL345模块，超低功耗，应用广泛，主机处理器负荷低。
功能框图(1)如下：综合各方面考虑，我门采用方案二，方便简单。
1.5 显示模块论证与选择显示模块方案一：用LED显示，优点亮度高、成本低。
但不能显示汉字，显示内容较少。
方案二：采用LCD12864液晶。
并行接口，显示简单。
考虑到本题的要求，只需要一片LCD就可以实现，故我们选择方案二。
2、系统设计根据上述方案论证，我们最终确定了以STC单片机STC89C52RC为控制核心，采用小型直流电机控制风扇的转速，用ADXL345角传感器模块来测量帆板的角度θ，利用LDC12864液晶来实时显示帆板角度θ的目标进度和目前进度、占空比等。
3、结构方框图系统总体框图是由键盘、角度传感器、STC89C52RC单片机、风扇、信息显示如（2）下图所示：图（2） 二、理论分析与计算帆板角度的控制难点在于ADXL 模块的应用，由于ADXL 模块是利用加速度来判断角度的大小，角度θ是为关键。
求帆板角度θ的大小，并要求角度差别绝对值不超过5°,所以算法一定要精确。
xθAx g Ay y 这样，根据以上原理一个2 轴加速度传感器可以测量在X-Y 平面上的倾斜角度⎪⎪⎭⎫⎝⎛=yx A A a arctan 。
ADXL345为3轴加速度计，本系统中因为帆板的X 轴是固定的，故采用此测量算法可以求出帆板y 轴离垂直面的倾斜角度。
θ = 180/π×arctan(Ax/Ay) 。
三、电路与程序设计1、单片机最小系统和1602显示电路如下(3)图示：STC89C52RC 单片机键盘角度传感器信息显示风扇EA/VP 31X119X218RESET 9RD 17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P 30TXD 11RXD 10U189c52GND 1VCC 2VLED 3RS 4RW 5EN 6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CX115CX216RST 17VEE 18LED+19LED-20U2LCD12864S1RSRW ENCX1CX2VCCR310KR 42.2KVCCY112MHZC130C230R510K C322uf VCCVCCCX1CX2RST RST EN RW RS R245.1KT0T1T P1312J1P14P22P21VCC P20123456789R1410KVCC图（3）2、电源下如图（4）示：V -1A C2A C3V +4D1606C13300uFC23300uFC31000uFC41000uFC5470uFC6470uFVin1G N D 2+5V3U17805Vin1G N D2+5V3U2781212J112J212J3C7470uF12J4C9104C10104D2LED D3LEDR11KR21KR31KS1S2LE1LED VCCVCCVCC1VCC2图(4)3、声光警报电路如图（5）示R1470R61KR7100V CCV CCL1E1C3B2QPNPP14D1LEDP 13图（5）4、ADXL345模块如下（6）图示图（6）5、程序流程图软件流程图（7）所示模 模 模 式 式 式 1 2 3否是 否是否是a?>num 开始液晶，传感器，单片机初始化按键功能选择键盘加减，占空比 键盘加减，角度显示 角度显示 PWM-- a?=numo PWM++ a?=num1四、测试方法与数据1、仪器表序号仪器厂商数量1 双踪示波器RIGOL 12 模拟万用表胜利公司 13 数字万用表胜利公司 14 秒表深圳天福有限公司 15 三角尺子 16 量角器 1 2、按键测试本系统有四个按键，分别为复位按钮、功能切换按钮、加按钮、减按钮。