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1、高精度帆板控制系统的设计 高精度帆板控制系统的设计 作者：刘永锋 来源：电子世界2022年第10期 帆板控制系统主要是由AT89S52单片机、角度传感器、AD转换、键盘电路、显示电路及声光提示等电路组成。角度传感器采用型号为WDD354D的精密导电塑料电位器，其功能是把角度机械位移量转换成电信号。AD转换电路用的是具有12位分辨率的TLC2543，该芯片将角度传感器输出的模拟信号转换成数字信号，单片机采集数字信号对帆板系统电路进行控制。键盘电路由4*4矩阵键盘组成，用于调节风扇风力大小和帆板转角。用LCD12864作为显示器，来显示帆板的转角，显示分辨力达到0.1度。风扇由直流电机控制，对转速
2、进行调节从而使帆板的转动角度在7-15cm范围内可以精确调节。 帆板控制系统；单片机；角度传感器 1.引言 本文是对帆板控制系统的设计，该课题来源于2022年全国大学生电子设计竞赛的F组题目之一。大赛要求设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角，如图1所示。 2.系统方案设计与论证 2.1 系统方案设计 本系统主要目标是实现对风扇转速的控制来控制帆板的转角及其它一些相关功能。该系统采用了能支持在线下载的AT89S52单片机。角度传感器采用型号位WDD354D的精密导电塑料电位器，其功能是把角度机械位移量转换成电信号。AD转换电路用的是具有12位分辨率的TLC
3、2543，该芯片将角度传感器输出的模拟信号转换成数字信号，单片机采集数字信号对帆板系统电路进行控制。键盘电路由4*4矩阵键盘组成，用于调节风扇风力大小和帆板转角。用LCD12864作为显示器，来显示帆板的转角。声光提示由发光二极管和蜂鸣器组成。风扇由直流电机控制，容易对转速进行调节。帆板控制系统框图如图2所示。 2.2 系统方案论证 2.2.1 处理器的论证与选择 本系统主要目标是实现对风扇转速的控制来控制帆板的转角及其它一些相关功能。实现题目中的要求既可以采用单片机实现该功能，也可以利用数字电路、模拟电路的相关理论实现该功能。但从整个系统的可靠性、稳定性、电路简化、便于控制等角度考虑，本系统
4、最终采用51单片机作为整个系统的控制中心，实现对整个系统的控制。一个基本的MCS-51单片机通常 包括：中央处理器、ROM、RAM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，各个功能由内部的总线连接起来，从而实现数据通信。为此我们选用能够支持在线下载的AT89S52单片机作为帆板控制系统的核心电路。 2.2.2 角度传感器的论证与选择 方案1： 使用角度传感器UZZ9000或UZZ9001或KMZ41作为角度信号检测的器件，需使用步进电机驱动，且电路连接复杂，这种传感器在市场上不好购买，所需费用较高。 方案2： 使用WDD35D-4型角度传感器检测帆板所转动的角度。 WDD35D-4型角度传感器是一
5、个5K的精密电位器，输出为模拟信号，旋钮的旋转角度与其电阻值呈线性变化，独立线性度为0.1%，具有360度的机械转角和345度的电气转角，测量角度的最大偏差为0.345度。由于题目要求角度传感器的分辨力为2度，绝对误差小于等于5度，WDD35D-4型角度传感器的主要技术特性能达到题目要求，而且WDD35D-4相对与其它传感器价格低点。实际测试中也符合题目要求。 经过比较，我们选择了方案2。 2.2.3 ADC模数转换器的论证与选择 方案1： 对于帆板控制系统中的传感器，必须对传感器的数据进行采集，A/D转换器的采集精度必须符合电路要求。使用TLC2543 12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D 转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机IO口资源；且价格适中分辨率高。 方案2： 使用ADC0809对角度传感器采集来的信号进行处理，ADC0809为8位逐次逼近式模数转换器，具有转换起停控制端，分辨率为8位基本满足题目的要求难度较大，而且相对于方案1精确度不高。AD转换电路中还接74LAS74作为分频器。使电路相对于方案1复杂。 经过比较选择方案1。 3.硬件设计