2015年全国大学生电子设计竞赛I题

2015年全国大学生电子设计竞赛

风板控制装置（I题）

【高职组】

摘要：系统以STC12C5A60S2单片机为主控器，设计一款风板控制装置。该装置根据设定的风板角度信息控制风机风量的输出大小，在规定时间内动态调整风板摆角，并通过LCD12864液晶实时显示风板角度变化。系统包括单片机主控模块、角度信号采集模块、键盘输入模块、显示模块、电源模块、风机驱动模块。旋转电位器完成风板角度信号采集；独立式按键设定风力等级和风板角度；采用两路稳压输出电源（12V）为系统提供工作电源。系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。

关键词：STC12C5A60S2；LCD12864;角度测量；风机风量

目 录

1设计任务与要求 ............................................................................................................................ 1

1.1设计任务 ............................................................................................................................. 1 1.2技术指标 ............................................................................................................................. 1 1.3题目评析 ............................................................................................................................. 1 2方案比较与选择 ............................................................................................................................ 2

2.1 主控MCU选择 ................................................................................................................. 2 2.2 角度测量选择 .................................................................................................................... 2 2.3 电源选择 ............................................................................................................................ 2 2.4 单片机选择 ........................................................................................................................ 2 2.5 轴流风机选择 .................................................................................................................... 3 2.6 机械结构选择 .................................................................................................................... 3 3 系统设计 ............................................................................................................................... 3 3.1系统总体设计 ..................................................................................................................... 3 3.2 单元模块设计 .................................................................................................................... 4 3.2.1 风机驱动模块 ................................................................................................................. 4

3.2.2 电源模块 ................................................................................................................. 4 3.2.3键盘模块 .................................................................................................................. 4 3.2.4声光报警模块 .......................................................................................................... 5 3.2.5 LCD显示模块 ......................................................................................................... 6

4系软件设计 .................................................................................................................................... 7 5系统测试........................................................................................................................................ 7

5.1测试所需仪器与用途 ......................................................................................................... 7 5.2测试方法和数据 ................................................................................................................ 7

5.2.1 测试方法 ................................................................................................................. 7 5.2.2 测试数据 ................................................................................................................. 8

6总结 ............................................................................................................................................... 9 参考文献......................................................................................................................................... 10 附录Ⅰ 系统原理图 ..................................................................................................................... 11 附录Ⅱ 控制部分实物图 ............................................................................................................. 12

1设计任务与要求

1.1设计任务

设计并制作一个风板控制装置。该装置能通过控制风量来控制风板完成规定动作，风板控制装置参考示意图见图1。

图1 风板控制装置参考示意图

1.2技术指标

（1） 预置风板控制角度（控制角度在45°~135°之间设定）。由起点开始启动装置，控

制风板达到预置角度，过渡过程中时间不大于10s,控制角度误差不小于5°，在预置角度上的稳定停留时间为5s，误差不小于1s。动作完成后风板平稳停留在终点位置上；

（2） 在45°~145°范围内预置两个角度值（Φ1和Φ2）。由终点开始启动装置，在10s

内控制风板到达第一个预置角度上；然后到达第二个预置角度，在两个预置角度之间做3次摆动，摆动周期不大于5s，摆动幅角误差不大于5°，动作完成后风板平稳停留在起点位置上；

（3） 显示风板设置的控制角度。风板从一个状态转变到另一个状态时应有明显的声光

提示。

（4） 其他自主发挥功能。 （5） 设计报告。

1.3题目评析

根据设计要求，对题目评析如下： 本题的重点：

① 设计合适的机械结构，选择适当的风机。 ② 传感器和转动轴灵敏度的选择。

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③ 编写合适的算法使风板停在预置角度。 本题的难点：

① 既要保证风板摆动稳定，又要保证不超时。 ② 减小角度误差。

③ 来回摆动不稳定，难以精确控制角度。

2方案比较与选择

2.1 主控MCU选择

方案一：采用ARM作为系统的核心控制芯片。ARM芯片，运算速度快，内存大，功耗低，功能强大，但是其成本高，操作指令复杂，用在该系统中还会使ARM大量资源闲置，无疑是大材小用了。

方案二：采用STC公司生产的STC12C5A60S2单片机作为系统的核心控制芯片。STC12C5A60S2单片机具有很多优点：速度快，是传统51单片机的8~12倍；功耗低、抗干扰性能强；指令代码完全兼容传统的8051，程序编写简单、价格低廉，缺点是不能再线调试，外部IO口不太丰富。

对比两个方案，综合考虑系统需要，方案二能满足系统控制要求。

2.2 角度测量选择

方案一：角度测量采用专用角度传感器芯片，由单片机进行数据运算，通过晶体管驱动电机转动。但电路比较复杂，程序比较麻烦。

方案二：角度测量采用旋转电位器，通过转动的阻值变化读取电位器的电阻值，送往AD进行数据运算，得到相应的角度。

对于以上两种方案，分析系统要求以及可供选择的现有元件，选取方案二。

2.3 电源选择

方案一：采用线性直流稳压电源。线性稳压电源制作简单，输出稳定，但价格较高。 方案二：采用开关直流稳压电源。开关电源功率大，效率高，性价比相对较高。 综合考虑，方案二可以满足系统要求。

2.4 单片机选择

方案一：89C52是80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等多种功能，适用于类似的马达控制，但其不能进行A/D转换，没有PID的计算功能，控制能力强，但精确度不高。

方案二：STC12C5A60S2是STC最新的单片机，它是单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超轻抗干扰的新一代8051单片机，其中AD转换达到10位精度ADC读书精确，而且还具有超强的PID运算，控制能力强，精确度高。

通过以上两种方案的比较，为了提高本系统的操作以及控制，选择方案二。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/76et.html