基于單片機(jī)控制的角度自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本系統(tǒng)采用單片機(jī)STC12C5A08S2作為主控芯片，輸出可控的PWM信號(hào)，通過(guò)L298N專用驅(qū)動(dòng)電路對(duì)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，改變帆板偏轉(zhuǎn)角度。使用WDD35D4角度傳感器檢測(cè)帆板偏轉(zhuǎn)角度，檢測(cè)信號(hào)送回單片機(jī)控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)可通過(guò)鍵盤輸入進(jìn)行風(fēng)力控制達(dá)到自動(dòng)調(diào)整帆板偏轉(zhuǎn)角度目的。同時(shí)系統(tǒng)還可通過(guò)顯示電路實(shí)時(shí)顯示帆板偏轉(zhuǎn)角度值。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；帆板；偏轉(zhuǎn)角度；角度傳感器

角度自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)在航空航天、航海、汽車駕駛等現(xiàn)實(shí)生活領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用，因此有著非常重要的研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。把單片機(jī)與角度傳感器有效結(jié)合起來(lái)，就可實(shí)現(xiàn)一般領(lǐng)域的角度自動(dòng)調(diào)整控制。文中詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)控制的角度自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)針對(duì)帆板角度進(jìn)行控制，可根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整帆板偏轉(zhuǎn)角度大小。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及電路工作原理
本系統(tǒng)包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、角度檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、角度檢測(cè)電路、顯示電路、電源電路、機(jī)械控制模塊等組成，如圖1所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案總體描述：方案設(shè)計(jì)的思路就是由單片機(jī)控制系統(tǒng)輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使帆板發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)，角度檢測(cè)電路檢測(cè)帆板偏轉(zhuǎn)角度值送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，由液晶顯示器上顯示出帆板所偏轉(zhuǎn)的角度。
控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)STC1205A08S2。由單片機(jī)輸出PWM信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，改變輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的改變。由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號(hào)的變換受外界干擾小，整個(gè)系統(tǒng)工作可靠，從而利用單片機(jī)控制系統(tǒng)更能精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM波占空比的調(diào)整，達(dá)到對(duì)帆板角度偏轉(zhuǎn)進(jìn)行精確地調(diào)整。且具有價(jià)格便宜、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
角度檢測(cè)電路采用WDD35D4角度傳感器。WDD35D4采用硬質(zhì)鋁合金材料制作外殼，采用導(dǎo)電塑料作為電阻材料，多種電阻值可選，獨(dú)立線性度可達(dá)到0．1％，具有機(jī)械壽命長(zhǎng)，分辨率高，轉(zhuǎn)動(dòng)順滑，動(dòng)態(tài)噪聲小的優(yōu)良性能。
驅(qū)動(dòng)電路采用采用PWM控制專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46 V、2 A以下的電機(jī)。
顯示電路用LCD液晶進(jìn)行顯示。LCD液晶顯示由于其驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、無(wú)閃爍、顯示清晰、使用方便、顯示快速等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。
風(fēng)扇采用型號(hào)為WFB1212LE的大口徑風(fēng)扇。在選擇風(fēng)扇時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)扇的材料、性能強(qiáng)勁、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)等特性，還要考慮風(fēng)扇的地面尺寸。與風(fēng)扇地面尺寸息息相關(guān)的數(shù)據(jù)是過(guò)風(fēng)面積，進(jìn)一步影響到風(fēng)扇的重要指標(biāo)是風(fēng)量，擁有更大的地面尺寸，一般就可以獲得更大的過(guò)風(fēng)面積，在風(fēng)速相當(dāng)?shù)那闆r下，將獲得更大的風(fēng)量。
機(jī)械控制模塊的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是使帆板轉(zhuǎn)動(dòng)自由、能順利回到零點(diǎn)；角度傳感器輸出精度高。直接把角度傳感器和帆板轉(zhuǎn)軸相連。此方案簡(jiǎn)單、可行。但若帆板轉(zhuǎn)動(dòng)范圍較小，角度傳感器輸出角度也較小，輸出精度相對(duì)低些。

2 理論分析與計(jì)算
2．1 測(cè)量角度原理
角度傳感器是一種精密的線繞電位器，如圖2所示。

由于角度傳感器是線性電位器，則有

若最大角αmax和最大輸入電壓Umax往往是已知，若求出或測(cè)出輸出電壓，便可計(jì)算或測(cè)量角度。