基于AVR單片機(jī)帆板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了解決帆板在與風(fēng)機(jī)近距離且小角度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其穩(wěn)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(jī)根據(jù)預(yù)置參數(shù)的大小，控制三極管Q2驅(qū)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PWM算法設(shè)計(jì)

由于風(fēng)扇與帆板之間的距離d不固定，每次風(fēng)扇電機(jī)起動(dòng)時(shí)，PWM先按最大值距離時(shí)預(yù)置參數(shù)對(duì)應(yīng)的PWM2值給定，當(dāng)控制帆板轉(zhuǎn)到預(yù)置參數(shù)值后，PWM值按下列公式計(jì)算出。

PWM=PWM2-((PWM2-PWM1)/K)×(θ1-θ2)

θ1=帆板轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際角度值；

θ2=預(yù)置參數(shù)；

PWM1最小距離時(shí)θ2對(duì)應(yīng)的PWM值(由實(shí)驗(yàn)獲得)；

PWM2最大距離時(shí)θ2對(duì)應(yīng)的PWM值(由實(shí)驗(yàn)獲得)；

K=d+13

PWM賦值范圍是0~255。

軟件流程設(shè)計(jì)

角度檢測(cè)單元

角度檢測(cè)單元主程序流程框圖見圖8所示，主要包括：

（1）初始化：I2C模式通信設(shè)置、定時(shí)器中斷等；

（2）采集判斷：采集完成標(biāo)志位有效，傳感器的數(shù)據(jù)保留；

（3）數(shù)據(jù)運(yùn)算：每次采集到實(shí)際角度的信息,線性化后轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)采集；

（5）生成偏差量：實(shí)測(cè)帆板轉(zhuǎn)角與預(yù)置參數(shù)運(yùn)算，生成待調(diào)節(jié)的偏差量。

圖8 角度檢測(cè)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(bào)警判斷與處理和設(shè)置參數(shù)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(shù)初始化等；

（2）起動(dòng)按鍵判斷與處理：按鍵有效，執(zhí)行電機(jī)起動(dòng)子程序（主要工作：讀出EEPROM中預(yù)置參數(shù)，由PWM信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出，并累計(jì)控制過程的用時(shí)）；

（3）停止按鍵判斷與處理：按鍵有效，執(zhí)行電機(jī)停止子程序（主要工作：停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出，并清零累計(jì)控制過程的時(shí)間）；

（4）報(bào)警判斷與處理：帆板轉(zhuǎn)到預(yù)置參數(shù)時(shí)，執(zhí)行聲光報(bào)警子程序（主要工作：聲光報(bào)警，停止累計(jì)控制過程的用時(shí)）；

（5）設(shè)置參數(shù)判斷與處理：按鍵有效，執(zhí)行參數(shù)設(shè)定子程序（主要工作：實(shí)現(xiàn)帆板轉(zhuǎn)動(dòng)的預(yù)置參數(shù)設(shè)定，并存儲(chǔ)保留參數(shù)值）。

測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

1.測(cè)試儀器：量角器、刻度尺、示波器、溫度計(jì)、數(shù)字萬用表。

2.測(cè)試結(jié)果分析：經(jīng)反復(fù)測(cè)試，要達(dá)到分辨力為1°、絕對(duì)誤差≤3°、調(diào)整時(shí)間小于3秒、距離d在5cm~18cm 范圍可變、旋轉(zhuǎn)角度在0~20°之間變化時(shí)，電機(jī)供電電壓應(yīng)為9V；當(dāng)風(fēng)帆轉(zhuǎn)角在21°~70°之間變化時(shí)，電機(jī)供電電壓應(yīng)為20V。對(duì)應(yīng)的PWM數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 PWM數(shù)據(jù)