1、2015年全國大學生電子設計競賽風力擺控制系統（B題）2015年8月15日摘 要A4紙縱向打印，每頁上方留出 3cm空白，每頁右下端注明頁碼（摘要）300字以內 正文小四宋體 標題字號自定軸流風機已有悠久的歷史，它以其通流范圍大、全風壓范圍寬，尺寸小和 驅動功率要求不咼的特點而在電力、冶金、建筑、米礦、航空等重要領域發揮著 積極的作用。因此，繼續發展、研究軸流風機具有十分重要的現實意義。本課題要設計的是風力擺控制系統，通過 PW帰制4臺軸流風機的轉速， 使其能夠按照所設定的方向運動，并按照設定的距離而運動。設計的風力擺運動范圍是半徑為 30CM勺圓內，通過激光頭在地面照射點的 移動距離來測量運

2、動范圍。并帶有四種工作模式，通過12864液晶顯示屏和矩陣 鍵盤來選擇，運動的角度也可在液晶屏上一并顯示。（示例）電容已經成為電路設計的常用原器件之一，有它不可取代的地位， 而最常用的是電解電容，它在使用一段時間之后將會產生偏差， 為了能得到它得 正確電容值，在使用時往往要測量一下其電容值。因此就用到了電容測量儀。本課題要設計的是數字式電容測量儀，使其電容值以十進制的數在數碼管上 顯示出來。從而可以直接的看出電容值，相對比較直觀，而且誤差相對較小（誤 差約為1%）。設計的電容測量儀的測量范圍是 10uF990Uf,顯示的數值N是0099,數字 顯示器所顯示的數字N與被測電容量CX的函數關系是N

3、=Cx/（10卩F）。當被測電 容值超出量程時數碼管呈滅零狀態，報警二極管發光。該電容測量儀將在電容測量方面顯示出它獨特的優越性。（小四、宋體）關鍵詞：脈寬；脈沖；數顯；電容 （小四、宋體）目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 一、 系統方案 11、XXXX 的論證與選擇 1.2、XXXX 的論證與選擇 1.3、控制系統的論證與選擇 2二、系統理論分析與計算 3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1、XXXX的分析3.（1）XXX 3.（2）XXX 3.（3）XX

4、X 3. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2、XXXX的計算3.（1）XXX 3.（2）XXX 3.（3）XXX 3. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3、XXXX的計算3.（1）XXX 3.（2）XXX 3.（3）XXX 3. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 三、 電路與程序設計 4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1、電路的設計4.（1）系統總體框圖4.（2）XXXX子系統框圖與電路原

5、理圖4（3）XXXX子系統框圖與電路原理圖4（4）電源4. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2、程序的設計4.（1）程序功能描述與設計思路 4（2）程序流程圖5. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 四、測試方案與測試結果 5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1、測試方案5. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2、測試條件與儀器 5. HYPERLINK l bookmark38 o Curre

6、nt Document 3、測試結果及分析6.（1）測試結果（數據）6.（2）測試分析與結論 6.五、 結論與心得 6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 六、參考文獻 7附錄1:電路原理圖 8附錄2:源程序 9風力擺控制系統（B題）【本科組】、系統方案本系統主要由單片機STC12C5A60S2 模塊、L298N電機驅動模塊、6050角度傳感器模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。1、單片機的論證與選擇方案一：采用傳統的51系列單片機。傳統的51單片機為8位機，價格便宜，控制簡單，但是運算速度慢，片內資源少，存 儲容量小，難以存儲大體

7、積的程序和實現快速精準的反應控制。并且受時鐘限制，計時 精度不高，外圍電路也增加了系統的不可靠性。方案二：采用以增強型80C51內核的STC系列單片機STC12C5A60S2,其片內集成了 60KB程序Flash，2通道PWM、16位定時器等資源，操作也較為簡單，具有在系統調 試功能（ISD），開發環境非常容易搭建。但實際使用了三維角度傳感器等對速度要求較 高的外設，雖然無法很好地符合設計的需要，但完成基本的四項內容的已經足夠。方案三：采用以ARM Cortex-M3為內核的STM32F1系列控制芯片，STM32系列芯片 時鐘頻率高達72MHz，具有64K字節SRAM，512K字節的FLASH

8、容量，具有極強的 處理計算能力，雖然能夠很好的完成，但操作及編程比較復雜。綜合以上三種方案，由于方案二容易使用，且成本較低，選擇方案二。2、電機速度控制的論證與選擇方案一：采用D/A變換電路將數字量轉換成控制電機電壓的模擬量。 再利用電平的高低 達到調速的目的。原理框圖如圖1所示。本方案達到了利用 CPU輸出的數字量精確控 制模擬量的目的。但原電路比較復雜，成本較高。方案二：采用脈寬調制方式（PWM）從I/O 口輸出不同占空比的脈沖，經濾波后獲得不 同高低電平控制電機。本方案可以達到對速度的控制要求，且控制簡單易實現。通過比較明顯方案二最單潔清晰、容易實現、速度快、精度高。從系統指標要求來看，

9、對速度要求較高，低速與高速之間差別較大，且準確度要求高，各個速度之間的切換也 要求簡單、迅速。采用方案二可利用單片機運行速度快的特點進行速度的快速調整，且方案二速度準確度高、級數多容易達到系統指標要求，所以我們選用方案二作為控制部 分具體實施的方案。綜合以上兩種方案，選擇方案二。探 要求：提出3個獨立的方案，少一個扣2分。要指出每個方案的可行性、優缺點，要提出選擇所選方案的理由。探 方案的正確性占6分，要注意科學性、正確性、可行性、實施難度。探 方案的優良程度是橫向比較，而不僅是（本隊）三個方案比。主要考慮：全面達標，電路簡繁程度，新器件的應用，性價比，設計有無創新。3、電機驅動的論證與選擇方

10、案一：采用自搭接的H橋電路選用大功率達林頓管或場效應管自制 H橋電路，電路原理簡單，具有高效，低功率等特 點，但是性能不夠穩定，電路調試復雜。方案二：采用芯片L298驅動電機，用單片機控制L298的輸入使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機轉速。電子開關的速度很快，穩定性也極強。 但驅動電流小，無法驅動更大功率的電機，限制了其應用范圍。綜合以上分析，電機驅動芯片 L298N電路設計簡單、抗干擾能力強、可靠性好，所以 選擇方案二3、角度傳感器的論證與選擇方案一：采用傾角傳感器 SCA100T-D02。SCA100T-D02是一種靜態加速度傳感器，當 加速度傳感器靜止時（也就是側面和垂直方

11、向沒有加速度），作用在它上面的重力加速度。重力（垂直）和加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角。它測量的角度為X軸和丫軸正負九十度，能夠滿足題目的要求。方案二：采用水平角度傳感器 AS5040。這款芯片是一種非接觸、高分辨力編碼、在零 度到三百六十度范圍內進行角度測量的傳感器芯片。AS5040是一個完整的偏上系統解決方案，它將霍爾元件、模擬前端和數值信號處理器、接口檢錄集成在單個芯片中。它 提供磁鋼和增量信號和絕對角度位置，可以放在芯片的上面或下面。經過討論，雖然這AS5040款傳感器能夠滿足角度的要求，但是實際不好安裝到單擺上， 安裝不好誤差非常大，所以我們小組沒有采用此芯片。所以我們采用用

12、SCA100T-D02。 方案三：MPU-6050為整合性6軸運動處理組件(三軸陀螺儀 +三軸加速度)，其角速 度全格感測范圍為土 250、500、土 1000與土 2000 /sec (dps，可準確追蹤快速與慢速 動作。具有精度咼。綜合以上三種方案，選擇方案三。二、系統理論分析與計算探重點是電路原理敘述和主要參數的計算。1、XXXX的分析 TOC o 1-5 h z XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX2、XXXX的計算XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX3、XXXX的計算XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX三、電路與程序設計1、電路的設計（1）系統總體框圖系統總體框圖如

13、圖X所示，XXXXXX圖X 系統總體框圖（2）XXXX子系統框圖與電路原理圖1、XXXX子系統框圖圖X XXXX子系統框圖2、XXXXX子系統電路圖X XXXX子系統電路（3）XXXX子系統框圖與電路原理圖1、XXXX子系統框圖圖X XXXX子系統框圖2、XXXXX子系統電路圖X XXXX子系統電路（4）電源電源由變壓部分、濾波部分、穩壓部分組成。為整個系統提供丄5V或者12V電壓，確保電路的正常穩定工作。這部分電路比較簡單，都采用三端穩壓管實現，故不作 詳述。2、程序的設計（1）程序功能描述與設計思路1、程序功能描述根據題目要求軟件部分主要實現鍵盤的設置和顯示。1）鍵盤實現功能：設置頻率值、

14、頻段、電壓值以及設置輸出信號類型。2）顯示部分：顯示電壓值、頻段、步進值、信號類型、頻率。2、程序設計思路（2）程序流程圖1、主程序流程圖2、XXX子程序流程圖3、XXX子程序流程圖4、XXX子程序流程圖探 比較簡單的電路：直接給出整機電路，然后簡述電路工作原理，最后列出有關的元 件參數計算。探 比較復雜的電路：按功能劃分單元，分別敘述各個單元電路的設計內容，給出該單 元電路圖，簡述工作原理，列出參數計算。探 完整性4分，電路圖、電路原理、參數計算：分別得分 1，1，2分。探 規范程度2分：元件符號要用新的國標。布局、布線要簡潔明了，電路與電路之間 的連接要用箭頭、符號表示清楚。探 公式應為工

15、程計算公式，而不是理論公式。可以先給出理論公式，然后給出工程計 算公式，但依據必須是工程計算公式。探 軟件設計：要給出程序流程圖，設計思想、特色、創新要寫上。探 具體給分，視軟、硬件的比重而定四、測試方案與測試結果1、測試方案（1）硬件測試（2）軟件仿真測試（3）硬件軟件聯調2、測試條件與儀器測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統原理圖完全相同，并且檢查 無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：高精度的數字毫伏表，模擬示波器，數字示波器，數字萬用表，指針式 萬用表。3、測試結果及分析（1）測試結果（數據）2V檔信號測試結果好下表所示：（單位/V）信號值0.20500.21000.2045

16、0.40261.0071.5421.6691.999顯示0.20510.21000.20440.40261.0061.5421.6691.999（2）測試分析與結論根據上述測試數據，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX ，由此可以得 出以下結論：1、2、3、綜上所述，本設計達到設計要求。探 事先進行測試方法設計，包括所用儀器、系統連接、調試步驟、測試表格。 要保證有序、有目的進行測試，好的測試設計可以收到事半功倍的效果。一定注明所測數是有效值，還是峰值、峰一峰值。探 測試方法必須正確（正確性占4分）。探 必須記錄原始數據，如果有必要，還應重復 1次至多次的測量。探 數據完整程度占4分，項目齊不齊，數據點夠不夠，要事先考慮周到。探 測試儀器，注明儀器名稱、型號，高檔、高精度的、不常用的儀器，應注明檔次、 等級、精度。給分1分。五、結論與心得 （介紹此次課程設計的收獲、心得，此部分不能雷同）內容包括：結果分析，總的達標情況，產生誤差的原因，改進、改善的措施，該 品的優缺點自我評價，特點、