2011年全国大学生电子设计竞赛-F题《帆板控制系统设计报告》.doc
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1、帆板控制系统设计报告帆板控制系统设计报告摘要:摘要:本设计以 TI 公司的超低功耗 MCU MSP430 处理器为核心,利用 SCA61T 高精度单轴倾角传感器的特性、外转子无刷电机强大驱动能力,形成一 个闭环控制系统使帆板能更精准的转动规定的角度,并通过液晶实时显 示出来。也可通过按键操控控制风力大小,来控制转动的角度。以该系 统转动角度的准确性和完成任务的速度来判断该设计的完成指标。关键词:MSP430 SCA61T 外转子无刷电机 帆板一、系统框图一、系统框图本次实验利用 MSP430 单片机接收由 SCA61T 倾角传感器对帆板转角进行 实时检测的角度数据,控制风扇风力的大小使帆板稳定
2、在固定的角度上, 并通过液晶实现数字显示帆板角度。 (本设计的硬件实物图见附录一) , 系统总体结构框图如下:按键按键声光提示声光提示风扇风扇帆板帆板MSP430MSP430单片机单片机传感器传感器液晶显示液晶显示二、方案论证二、方案论证1 1、风扇驱动选择:、风扇驱动选择:方案一:采用台式计算机散热风扇,该风扇的额定电压为 5V,实验过程 中发现它的风力太小,不易控制,且不足以吹动帆板转动所要求的角度。 故选择放弃该方案。方案二:采用步进电机作为风扇驱动,因为每转过一个步距角的实际值 与理论值存在着误差,不同运行拍数其值不同,四拍运行时应在 5%之内, 八拍运行时应在 15%以内。因此步进电
3、机的转速很难精准的确定下来, 因此,若选择该方案的话,对后面角度的计算将产生很大误差,故选择 放弃该方案。方案三:采用外转子无刷电机作为风扇驱动,外转子无刷电机转速的可 控性强,从每分钟几转到每分钟几万转都可以很容易实现,而且变速平 稳、转速稳定、转速的线性度好。外转子无刷电机的转动可以通过软件 编程调整它的转速,而且外转子无刷电机带动风扇转动的风力大,实验过程中,发现它的风量完全足以使帆板转动题目所要求的最大角度,而 且帆板转过一定角度后,稳定度也比较高。故选择采用这种方案,来完 成风扇控制系统。2 2、帆板材料选择:、帆板材料选择:方案一:采用轻质木板作为帆板,实验过程中,轻质木板只能勉强
4、达到 题目要求的 60 度,而且采用轻质木板,不便于装配倾角传感器。故放弃 该 方案。方案二:采用纸板作为帆板,虽然具有取材便利和装配 SCA61T 倾角传感 器方便的优势,但实验过程中,发现纸板质量太轻,转过的角度很难稳 定住,故选择放弃该方案。方案三:采用塑料膜板,实验过程中,发现它完全能达到题目要求的最 大角度 60 度,而且转过的角度稳定度也高,也能很好的解决如何装配 SCA61T 倾角传感器的问题。故选择采用该方案。3 3、电源控制器件选择:、电源控制器件选择:方案一:采用三端稳压器 7805,作为电源驱动外转子无刷电机控制器件, 虽然也能完成实验的各项要求。但从电路的简单化、稳定性
5、方面考虑, 故放弃该方案。方案二:采用 TI 公司的 LM317,LM317 的输出电压范围是 1.2V 至 37V, 负载电流最大为 1.5A。而且它的使用非常简单,仅需两个外界电阻来设 置输出电压。此外,它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压 器好。因此选择 LM317 作为本设计的电源控制器件不仅能完美的完成基 本部分也能完成发挥部分,且电路简单固定,操作方便,故选择该方案。 (电源稳压模块原理图见附录二)4 4、角度检测模块选择:、角度检测模块选择:方案一:采用 MMA7260 三轴加速度传感器,它是一种可以对物体运动过 程中的加速度进行测量的电子设备,典型互动应用中加速度传感器
6、可以 用来对物体的姿势或运动方向进行监测,根据物体运动和方向改变输出 信号的电压值。并且还具有低功耗、高灵敏度、设计稳定、防震能力强、 成本低等等优势。但是本次设计是要精准的测试帆板所转动的角度,若 选用 MMA7260 三轴传感器,并不能很好的完成本次实验,故放弃该方案。方案二:采用高精度单轴 SCA61T 倾角传感器,它具有双输出接口;模拟 电压输出和数字接口 SPI 接口。还内置了温度传感器和 EEPROM 存储器, 用于给倾角传感器做温度补偿和存储补偿数据使用;此外它还具有自我 检测/验证引脚的功能,能通过此引脚(SELF TEST)检测传感器是否正 常工作。此外 SCA61T 倾角传
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