基于MMA7361角度傳感器的帆板控制系統設計

單片機作為微控制器的一種，廣泛應用于日常生活。該課程由于其綜合性和實(shí)踐性較強，涉及知識較多，對培養和鍛煉學(xué)生運用單片機技術(shù)的硬件、軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)設計的能力，學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，高職學(xué)生職業(yè)技能，實(shí)踐創(chuàng )新能力有重要的作用，為從事自動(dòng)控制及應用電子產(chǎn)品的檢測、設計奠定基礎。

該系統要求通過(guò)鍵盤(pán)預置角度，利用風(fēng)扇風(fēng)力大小控制帆板轉角，并實(shí)時(shí)顯示。涉及了角度檢測、電機驅動(dòng)、PWM、閉環(huán)控制、AD轉換等單片機應用技術(shù)，是帆板自主航行系統中重要的組成部分。

1 系統方案描述

根據要求，本系統由單片機最小系統、人機交互模塊、風(fēng)扇控制模塊、角度檢測模塊、聲光報警模塊、系統電源6大模塊構成，具體框圖如圖1所示。

1.1 微處理器模塊

采用STC公司的STC12C5A60S2單片機作為微處理器。

該單片機為增強型51單片機，具有高速、低功耗及超強抗干擾等特點(diǎn)，內部集成MAX810專(zhuān)用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換器(速度達25萬(wàn)次/秒)，非常符合系統要求。

1.2 角度檢測模塊

采用MMA7361加速度角度傳感器測量角度。加速度角度傳感器是通過(guò)測量由于重力引起的加速度計算出器件相對于某一平面的傾斜角度。角度傳感器反應靈敏、輸出數據準確且價(jià)格適中。利用加速度傳感器進(jìn)行角度測量分為3種：?jiǎn)屋S傾角測量、雙軸傾角測量和三軸傾角測量。

本次設計中，由于只要測量帆板與豎直方向夾角，故選用單軸傾角測量。單軸傾角測量的原理如圖2所示，單個(gè)軸(即x軸)通過(guò)重力旋轉。

由于本方法近僅使用單個(gè)軸且要求重力矢量，僅當器件具有特定方向且x軸始終具有處于中心面時(shí)，算出的傾角才能準確。根據基本三角原理，x軸上的重力矢量投影會(huì )產(chǎn)生等于加速度計x軸與水平線(xiàn)夾角正弦值的輸出加速度。水平線(xiàn)通常為與重力矢量垂直的平面。在重力為理想值1 g時(shí)，輸出加速度為：

AX.OUT[g]=lgxsin(φ)

在實(shí)際使用中，查閱所用傳感器MMA7361技術(shù)手冊及利用加速度傳感器測量角度的原理，可得輸出電壓與測量角度的關(guān)系為：

其中，VOUT表示加速度傳感器的輸出電壓，VOFFSET表示重力加速度為0 g加速度傳感器的偏移量，

表示加速度傳感器的靈敏度，1 g表示地球上的重力加速度，θ表示偏轉角度。