风力摆控制系统12（B题）.docVIP

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2018-09-01 发布于湖北
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风力摆控制系统12（B题）

2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）[本科组] 2015年8月15日摘要：本文论述了风力摆控制系统的设计思想和实践过程。该系统分为电机驱动系统、信息采集和信息处理系统，整个系统是一个控制网络。本系统采用飞思卡尔MC9S12XS128MAL单片机作为主控制器，通过控制单片机产生PWM控制轴流风机达到特定的转速，进而控制轴流风机的偏移角度，控制器通过模拟IIC端口采集MPU-6050模块发送的信号，经过对数据进行卡尔曼滤波、PID算法等处理，得到摆杆三维摆动角度，通过LED灯、扬声器、液晶显示屏等，实现系统工作状况显示、任务完成报警、风摆位置状态显示等功能。本系统可通过拨码开关分别切换控制模式，实现指定摆动、摆杆画圆等五种功能。通过对系统的测试，结果表明该系统工作稳定、可靠，在规定时间内完成了比赛的基本要求和发挥部分。关键词：风力摆；飞思卡尔MC9S12XS128单片机；MPU6050陀螺仪；卡尔曼滤波；PID算法。目录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc427421721一、方案设计与论证 PAGEREF _Toc427421721 \h 1 HYPERLINK \l _Toc4274217221.1风力摆结构分析与选择 PAGEREF _Toc427421722 \h 1 HYPERLINK \l _Toc4274217231.1.1风力摆结构分析 PAGEREF _Toc427421723 \h 1 HYPERLINK \l _Toc4274217241.1.2风力摆结构方案选择 PAGEREF _Toc427421724 \h 1 HYPERLINK \l _Toc4274217251.2方案比较与选择 PAGEREF _Toc427421725 \h 1 HYPERLINK \l _Toc4274217261.2.1控制器的比较与选择 PAGEREF _Toc427421726 \h 1 HYPERLINK \l _Toc4274217271.2.2角度传感器的比较与选择 PAGEREF _Toc427421727 \h 2 HYPERLINK \l _Toc4274217281.2.3 驱动模块的比较与选择 PAGEREF _Toc427421728 \h 2 HYPERLINK \l _Toc4274217291.2.4显示模块的比较与选择 PAGEREF _Toc427421729 \h 2 HYPERLINK \l _Toc4274217301.3系统结构方案 PAGEREF _Toc427421730 \h 2 HYPERLINK \l _Toc427421731二、理论分析与计算 PAGEREF _Toc427421731 \h 3 HYPERLINK \l _Toc4274217322.1 摆杆状态检测 PAGEREF _Toc427421732 \h 3 HYPERLINK \l _Toc4274217332.2 控制算法 PAGEREF _Toc427421733 \h 3 HYPERLINK \l _Toc427421734三、硬件电路与软件程序设计 PAGEREF _Toc427421734 \h 4 HYPERLINK \l _Toc4274217353.1 主要电路设计 PAGEREF _Toc427421735 \h 4 HYPERLINK \l _Toc4274217363.1.1 128最小控制系统及整体电路 PAGEREF _Toc427421736 \h 4 HYPERLINK \l _Toc4274217373.1.2电机驱动电路设计 PAGEREF _Toc427421737 \h 4 HYPERLINK \l _Toc4274217383.1.3角度采集电路设计 PAGEREF _Toc427421738 \h 4 HYPERLINK \l _Toc4274217393.1.4LCD12864显示屏电路设计 PAGEREF _Toc427421739 \h 4 HYPERLINK \l _Toc4274217403.2 程序结构设计 PAGEREF _Toc427421740 \h 5 HYPERLINK \l _Toc427421741四、测试方案与测试结果 PAGEREF _Toc427421741 \h 5 HYPERLINK \l _Toc4274217424.1测试仪器 PAGEREF _Toc427421742 \h 5 HYPERLINK \l _Toc4274217434.2测试方案 PAGEREF _Toc427421743 \h 5 HYP