基于單片機控制的角度自動(dòng)調整系統設計

摘要：本系統采用單片機STC12C5A08S2作為主控芯片，輸出可控的PWM信號，通過(guò)L298N專(zhuān)用驅動(dòng)電路對風(fēng)扇的轉速進(jìn)行控制，調節風(fēng)力大小，改變帆板偏轉角度。使用WDD35D4角度傳感器檢測帆板偏轉角度，檢測信號送回單片機控制系統，形成閉環(huán)系統。系統可通過(guò)鍵盤(pán)輸入進(jìn)行風(fēng)力控制達到自動(dòng)調整帆板偏轉角度目的。同時(shí)系統還可通過(guò)顯示電路實(shí)時(shí)顯示帆板偏轉角度值。
關(guān)鍵詞：單片機；帆板；偏轉角度；角度傳感器

角度自動(dòng)調整控制系統在航空航天、航海、汽車(chē)駕駛等現實(shí)生活領(lǐng)域中都有重要應用，因此有著(zhù)非常重要的研究?jì)r(jià)值和廣泛的應用價(jià)值。把單片機與角度傳感器有效結合起來(lái)，就可實(shí)現一般領(lǐng)域的角度自動(dòng)調整控制。文中詳細介紹了基于單片機控制的角度自動(dòng)調整系統設計方法，該系統針對帆板角度進(jìn)行控制，可根據需要自動(dòng)調整帆板偏轉角度大小。

1 系統方案設計及電路工作原理
本系統包括單片機控制系統、角度檢測電路、驅動(dòng)電路、角度檢測電路、顯示電路、電源電路、機械控制模塊等組成，如圖1所示。

系統設計方案總體描述：方案設計的思路就是由單片機控制系統輸出PWM驅動(dòng)信號給驅動(dòng)電路，由驅動(dòng)電路驅動(dòng)風(fēng)扇運轉，從而使帆板發(fā)生角度偏轉，角度檢測電路檢測帆板偏轉角度值送給單片機控制系統，由液晶顯示器上顯示出帆板所偏轉的角度。
控制系統采用單片機控制系統STC1205A08S2。由單片機輸出PWM信號給驅動(dòng)電路，改變輸出電壓，從而實(shí)現對風(fēng)扇轉速的改變。由于單片機系統是一個(gè)數字系統，其控制信號的變換受外界干擾小，整個(gè)系統工作可靠，從而利用單片機控制系統更能精確的實(shí)現對PWM波占空比的調整，達到對帆板角度偏轉進(jìn)行精確地調整。且具有價(jià)格便宜、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
角度檢測電路采用WDD35D4角度傳感器。WDD35D4采用硬質(zhì)鋁合金材料制作外殼，采用導電塑料作為電阻材料，多種電阻值可選，獨立線(xiàn)性度可達到0．1％，具有機械壽命長(cháng)，分辨率高，轉動(dòng)順滑，動(dòng)態(tài)噪聲小的優(yōu)良性能。
驅動(dòng)電路采用采用PWM控制專(zhuān)用驅動(dòng)芯片L298N。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內部包含4通道邏輯驅動(dòng)電路。是一種二相和四相電機的專(zhuān)用驅動(dòng)器，即內含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動(dòng)器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動(dòng)46 V、2 A以下的電機。
顯示電路用LCD液晶進(jìn)行顯示。LCD液晶顯示由于其驅動(dòng)電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、無(wú)閃爍、顯示清晰、使用方便、顯示快速等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應用。
風(fēng)扇采用型號為WFB1212LE的大口徑風(fēng)扇。在選擇風(fēng)扇時(shí)應考慮風(fēng)扇的材料、性能強勁、工作穩定、壽命長(cháng)等特性，還要考慮風(fēng)扇的地面尺寸。與風(fēng)扇地面尺寸息息相關(guān)的數據是過(guò)風(fēng)面積，進(jìn)一步影響到風(fēng)扇的重要指標是風(fēng)量，擁有更大的地面尺寸，一般就可以獲得更大的過(guò)風(fēng)面積，在風(fēng)速相當的情況下，將獲得更大的風(fēng)量。
機械控制模塊的設計關(guān)鍵是使帆板轉動(dòng)自由、能順利回到零點(diǎn)；角度傳感器輸出精度高。直接把角度傳感器和帆板轉軸相連。此方案簡(jiǎn)單、可行。但若帆板轉動(dòng)范圍較小，角度傳感器輸出角度也較小，輸出精度相對低些。

2 理論分析與計算
2．1 測量角度原理
角度傳感器是一種精密的線(xiàn)繞電位器，如圖2所示。

由于角度傳感器是線(xiàn)性電位器，則有

若最大角αmax和最大輸入電壓Umax往往是已知，若求出或測出輸出電壓，便可計算或測量角度。