基于A(yíng)VR單片機帆板控制系統的設計

為了解決帆板在與風(fēng)機近距離且小角度轉動(dòng)時(shí)，其穩定性不易精確控制的難題，我們采用可自動(dòng)跳變的雙電源，即供給L298芯片的主電源VCC_K有9V和20V兩種電壓。單片機根據預置參數的大小，控制三極管Q2驅動(dòng)繼電器K1，自動(dòng)切換兩種電源的輸出。

顯示電路略。

系統軟件設計

PWM算法設計

由于風(fēng)扇與帆板之間的距離d不固定，每次風(fēng)扇電機起動(dòng)時(shí)，PWM先按最大值距離時(shí)預置參數對應的PWM2值給定，當控制帆板轉到預置參數值后，PWM值按下列公式計算出。

PWM=PWM2-((PWM2-PWM1)/K)×(θ1-θ2)

θ1=帆板轉動(dòng)的實(shí)際角度值；

θ2=預置參數；

PWM1最小距離時(shí)θ2對應的PWM值(由實(shí)驗獲得)；

PWM2最大距離時(shí)θ2對應的PWM值(由實(shí)驗獲得)；

K=d+13

PWM賦值范圍是0~255。

軟件流程設計

角度檢測單元

角度檢測單元主程序流程框圖見(jiàn)圖8所示，主要包括：

（1）初始化：I2C模式通信設置、定時(shí)器中斷等；

（2）采集判斷：采集完成標志位有效，傳感器的數據保留；

（3）數據運算：每次采集到實(shí)際角度的信息,線(xiàn)性化后轉換成可顯示的角度值；

（4）50次采集判斷：是否完成了50次角度數據采集；

（5）生成偏差量：實(shí)測帆板轉角與預置參數運算，生成待調節的偏差量。

圖8 角度檢測單元主程序流程框圖

控制單元

控制單元主程序流程，主要包括初始化、起動(dòng)按鍵判斷與處理、停止按鍵判斷與處理、報警判斷與處理和設置參數判斷與處理等。

（1）初始化：主要包括引腳配置初始化、相關(guān)參數初始化等；

（2）起動(dòng)按鍵判斷與處理：按鍵有效，執行電機起動(dòng)子程序（主要工作：讀出EEPROM中預置參數，由PWM信號控制電機驅動(dòng)器輸出，并累計控制過(guò)程的用時(shí)）；

（3）停止按鍵判斷與處理：按鍵有效，執行電機停止子程序（主要工作：停止電機驅動(dòng)器輸出，并清零累計控制過(guò)程的時(shí)間）；

（4）報警判斷與處理：帆板轉到預置參數時(shí)，執行聲光報警子程序（主要工作：聲光報警，停止累計控制過(guò)程的用時(shí)）；

（5）設置參數判斷與處理：按鍵有效，執行參數設定子程序（主要工作：實(shí)現帆板轉動(dòng)的預置參數設定，并存儲保留參數值）。

測試方案與測試結果

1.測試儀器：量角器、刻度尺、示波器、溫度計、數字萬(wàn)用表。

2.測試結果分析：經(jīng)反復測試，要達到分辨力為1°、絕對誤差≤3°、調整時(shí)間小于3秒、距離d在5cm~18cm 范圍可變、旋轉角度在0~20°之間變化時(shí)，電機供電電壓應為9V；當風(fēng)帆轉角在21°~70°之間變化時(shí)，電機供電電壓應為20V。對應的PWM數據如表1所示。

表1 PWM數據