基于單片機控制的角度自動調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本系統(tǒng)采用單片機STC12C5A08S2作為主控芯片，輸出可控的PWM信號，通過L298N專用驅(qū)動電路對風扇的轉(zhuǎn)速進行控制，調(diào)節(jié)風力大小，改變帆板偏轉(zhuǎn)角度。使用WDD35D4角度傳感器檢測帆板偏轉(zhuǎn)角度，檢測信號送回單片機控制系統(tǒng)，形成閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)可通過鍵盤輸入進行風力控制達到自動調(diào)整帆板偏轉(zhuǎn)角度目的。同時系統(tǒng)還可通過顯示電路實時顯示帆板偏轉(zhuǎn)角度值。
關(guān)鍵詞：單片機；帆板；偏轉(zhuǎn)角度；角度傳感器

角度自動調(diào)整控制系統(tǒng)在航空航天、航海、汽車駕駛等現(xiàn)實生活領(lǐng)域中都有重要應(yīng)用，因此有著非常重要的研究價值和廣泛的應(yīng)用價值。把單片機與角度傳感器有效結(jié)合起來，就可實現(xiàn)一般領(lǐng)域的角度自動調(diào)整控制。文中詳細介紹了基于單片機控制的角度自動調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計方法，該系統(tǒng)針對帆板角度進行控制，可根據(jù)需要自動調(diào)整帆板偏轉(zhuǎn)角度大小。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計及電路工作原理
本系統(tǒng)包括單片機控制系統(tǒng)、角度檢測電路、驅(qū)動電路、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(tǒng)設(shè)計方案總體描述：方案設(shè)計的思路就是由單片機控制系統(tǒng)輸出PWM驅(qū)動信號給驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路驅(qū)動風扇運轉(zhuǎn)，從而使帆板發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)，角度檢測電路檢測帆板偏轉(zhuǎn)角度值送給單片機控制系統(tǒng)，由液晶顯示器上顯示出帆板所偏轉(zhuǎn)的角度。
控制系統(tǒng)采用單片機控制系統(tǒng)STC1205A08S2。由單片機輸出PWM信號給驅(qū)動電路，改變輸出電壓，從而實現(xiàn)對風扇轉(zhuǎn)速的改變。由于單片機系統(tǒng)是一個數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號的變換受外界干擾小，整個系統(tǒng)工作可靠，從而利用單片機控制系統(tǒng)更能精確的實現(xiàn)對PWM波占空比的調(diào)整，達到對帆板角度偏轉(zhuǎn)進行精確地調(diào)整。且具有價格便宜、電路簡單等優(yōu)點。
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(dǎo)電塑料作為電阻材料，多種電阻值可選，獨立線性度可達到0．1％，具有機械壽命長，分辨率高，轉(zhuǎn)動順滑，動態(tài)噪聲小的優(yōu)良性能。
驅(qū)動電路采用采用PWM控制專用驅(qū)動芯片L298N。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46 V、2 A以下的電機。
顯示電路用LCD液晶進行顯示。LCD液晶顯示由于其驅(qū)動電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、無閃爍、顯示清晰、使用方便、顯示快速等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。
風扇采用型號為WFB1212LE的大口徑風扇。在選擇風扇時應(yīng)考慮風扇的材料、性能強勁、工作穩(wěn)定、壽命長等特性，還要考慮風扇的地面尺寸。與風扇地面尺寸息息相關(guān)的數(shù)據(jù)是過風面積，進一步影響到風扇的重要指標是風量，擁有更大的地面尺寸，一般就可以獲得更大的過風面積，在風速相當?shù)那闆r下，將獲得更大的風量。
機械控制模塊的設(shè)計關(guān)鍵是使帆板轉(zhuǎn)動自由、能順利回到零點；角度傳感器輸出精度高。直接把角度傳感器和帆板轉(zhuǎn)軸相連。此方案簡單、可行。但若帆板轉(zhuǎn)動范圍較小，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繞電位器，如圖2所示。

由于角度傳感器是線性電位器，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。