簡(jiǎn)易風(fēng)力擺報(bào)告設(shè)計(jì).doc

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1、.摘要設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易風(fēng)力擺控制裝置，由直流風(fēng)機(jī)組，陀螺儀，直流減速電機(jī)以及激光筆等組成。以MSP430F149單片機(jī)為核心，用PWM波控制控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，并以四個(gè)風(fēng)機(jī)上下與左右同面兩兩并在一起對(duì)碳素管及激光筆進(jìn)行工作，使細(xì)桿及激光筆在風(fēng)機(jī)的作用下可進(jìn)行自由擺動(dòng)且進(jìn)一步可控?cái)[動(dòng)在地上劃線，具有很好的重復(fù)性，并且可以設(shè)定擺動(dòng)方向且畫(huà)短線，已經(jīng)能夠在將風(fēng)力擺拉起一定角度放開(kāi)后可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡。關(guān)鍵詞：風(fēng)力控制擺、陀螺儀、軸流風(fēng)機(jī)、PWM調(diào)速、MSP430單片機(jī)..風(fēng)力擺控制系統(tǒng)（B題）1方案設(shè)計(jì)與選擇1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容要求一個(gè)下端懸掛有(2~4只)直流風(fēng)機(jī)

2、的細(xì)管上端固定在結(jié)構(gòu)支架上，只由風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)風(fēng)力擺，風(fēng)力擺上安裝一個(gè)向下的激光筆。通過(guò)單片機(jī)代碼指令控制驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)使風(fēng)力擺按照一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，并使激光筆在地面畫(huà)出要求的軌跡，風(fēng)力擺結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1風(fēng)力擺結(jié)構(gòu)圖1.2設(shè)計(jì)要求1.2.1基本要求(1)從靜止開(kāi)始，15s內(nèi)控制風(fēng)力擺做類似自由擺運(yùn)動(dòng)，使激光筆穩(wěn)定地在地面畫(huà)出一條長(zhǎng)度不短于50cm的直線段，其線性度偏差不大于±2.5cm，并且具有較好的重復(fù)性；(2)從靜止開(kāi)始，15s內(nèi)完成幅度可控的擺動(dòng)，畫(huà)出長(zhǎng)度在30~60cm間可設(shè)置，長(zhǎng)度偏差不大于±2.5cm的直線段，并且具有較好的重復(fù)性；(3)可設(shè)定擺動(dòng)

3、方向，風(fēng)力擺從靜止開(kāi)始，15s內(nèi)按照設(shè)置的方向（角度）擺動(dòng)，畫(huà)出不短于20cm的直線段；(4)將風(fēng)力擺拉起一定角度(30~45°)放開(kāi)，5s內(nèi)使風(fēng)力擺制動(dòng)達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)。1.2.2發(fā)揮部分(1)以風(fēng)力擺靜止時(shí)激光筆的光點(diǎn)為圓心，驅(qū)動(dòng)風(fēng)力擺用激光筆在地面畫(huà)圓，30s..內(nèi)需重復(fù)3次；圓半徑可在15~35cm范圍內(nèi)設(shè)置，激光筆畫(huà)出的軌跡應(yīng)落在指定半徑±2.5cm的圓環(huán)內(nèi)；(2)在發(fā)揮部分(1)后繼續(xù)作圓周運(yùn)動(dòng)，在距離風(fēng)力擺1~2m距離內(nèi)用一臺(tái)50~60W臺(tái)扇在水平方向吹向風(fēng)力擺，臺(tái)扇吹5s后停止，風(fēng)力擺能夠在5s內(nèi)恢復(fù)發(fā)揮部分(1)規(guī)定的圓周運(yùn)動(dòng)，激光筆畫(huà)出符合要求的軌跡

4、；(3)其他。2總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1單片機(jī)選擇方案一：采用STC89S51芯片，該款芯片具有高性能低功耗的特點(diǎn)，具有32位輸入/輸出，可以實(shí)現(xiàn)處理、存儲(chǔ)等功能[1]，但是其靈活性不高，需實(shí)時(shí)保護(hù)軟件現(xiàn)場(chǎng)，否則易丟失信息，存儲(chǔ)能力較弱。方案二：采用MSP430F149芯片，該款芯片具有高性能，低功耗的特點(diǎn)，其抗干擾能力比較強(qiáng)，存儲(chǔ)空間較大，穩(wěn)定性較強(qiáng)。二者比較之下，選擇方案二作為此次設(shè)計(jì)的核心控制部分。2.2直流風(fēng)機(jī)選擇方案一：采用12V4.5A的軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)力很大，可以將自身輕松吹起，但是體積較大，質(zhì)量較重。方案二：采用12V1.5A的小風(fēng)機(jī)，體積小，質(zhì)量輕。但

5、是風(fēng)力足夠大，單電機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)力可吹起4個(gè)相同電機(jī)。綜合考慮，選擇方案二中的1.5A的小風(fēng)機(jī)[2]。2.3驅(qū)動(dòng)電路選擇方案一：采用LM298N全橋驅(qū)動(dòng)芯片，單塊芯片可輸出四通道PWM波，控制四路風(fēng)機(jī)，但輸出電流過(guò)低，難以達(dá)到風(fēng)機(jī)額定功率。方案二：采用BTN7971B半橋芯片，驅(qū)動(dòng)電流大，工作頻率高，足以滿足多個(gè)風(fēng)機(jī)同時(shí)工作的要求。綜合考慮，選擇方案二的芯片。2.4風(fēng)力擺控制端設(shè)計(jì)風(fēng)力擺控制端裝置如圖2所示。..圖2風(fēng)力擺控制端裝置2.5方案框圖方案框圖如圖3所示。圖3總體方案流程圖3模塊電路的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1核心控制單元在本設(shè)計(jì)中我們采用單片機(jī)MSP430F149模塊

6、為核心控制單元。來(lái)進(jìn)行外部電路的控制。從而實(shí)現(xiàn)各種功能，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。最小系統(tǒng)如圖4所示。..圖4MSP430最小系統(tǒng)3.2轉(zhuǎn)壓模塊風(fēng)機(jī)12V供電，單片機(jī)5V供電，所以需要轉(zhuǎn)壓模塊[3]來(lái)轉(zhuǎn)換，12V轉(zhuǎn)5V電路如圖5所示。圖5轉(zhuǎn)壓模塊轉(zhuǎn)壓電路中的LED1燈是一個(gè)指示燈，二極管是用來(lái)保護(hù)電路，利用二極管的單向?qū)ㄐ?，防止電流逆流?.3傳感器模塊風(fēng)力擺在擺動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，因此在這里我們用三向加速度傳感器MMA7361模塊。它根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)和方向改變輸出信號(hào)的電壓值。用單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換器讀取x、y、z三向的輸出結(jié)果，再根據(jù)三向加速計(jì)進(jìn)行角度測(cè)量原理，即可計(jì)算出

7、運(yùn)動(dòng)物體與x、y、z..三向的夾角。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，采用加速度傳感器可有效測(cè)量所需角度，且精度及響應(yīng)時(shí)間均較好。以下為三向加速計(jì)MMA7361進(jìn)行角度測(cè)量原理：MMA7455三向加速度傳感器，根據(jù)物件運(yùn)動(dòng)即方向改變輸出信號(hào)的大小。主控芯片MSP430F149讀取X、Y、Z三路電壓信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。X、Y、Z軸的加速度分量、、滿足。三角傾角測(cè)量如圖6所示。圖6三角傾角測(cè)量3.4按鍵電路為了完成不同的規(guī)定擺動(dòng)，所以需要用按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鍵電路我們采用撥碼開(kāi)關(guān)控制，按鍵電路如圖7所示。圖7按鍵電路3.5驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)采用BTN7971芯片進(jìn)行風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，可直接對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)進(jìn)行