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综合电子设计 小型模拟风洞系统 2013.9 综合电子设计 小型模拟 风洞系统 刘石劬 尹哲浩 赵正扬 董元 综合电子设计 小型模拟风洞系统 2013.9 一、引言 二、设计思路 2.1 整体功能设想 2.2 模块实现方式确定 三、设计内容及部分电路仿真 3.1 输入模块设计部分 3.1.1 按钮功能电路实现与仿真 3.1.2 控制输入电路实现与仿真 3.2 控制模块设计部分 3.2.1 硬件选型及论证 3.2.2 风扇控制信号的分析 3.3 整体原理图与PCB设计 四、整体实物图即测试结果 五、课程收获与心得 六、参考文献 综合电子设计 小型模拟风洞系统 2013.9 一、引言 风洞是空气动力学研究的重要地面试验设备，通过对流体力学方法的计算， 可以研究物体模型所受不同方向、不同大小的气动阻力影响，为汽车、高速列车 等等的选型提供大量的参考依据。同时，风洞也是试验高速飞行器必不可少的一 [1] 种设备，是保证一个国家航空航天处于领先地位的基础研究设施 。随着时代的 发展，飞机研究制造业的竞争越加激烈，尤其在军事领域，现有风洞试验设备的 模拟能力已经成为制约第四第五代战斗机的研制和未来高超声速飞行器发展的 瓶颈。 这次课题设计，我们想以自己现有的能力和一些简单的器材来完成一个简易 的小型风洞设计，用以模拟产生不同风力大小的气流。我们采用电脑CPU 风扇 为风力的发生装置，以输入信号的占空比来调节风扇转速的大小，并可以根据风 扇所发出的风力大小来实现结果的反馈。 二、设计思路 2.1 整体功能设想 风扇的输入信号可以控制风扇实现不同的转速，也可以让风扇的工作处于测 试模式下，即风扇的转速按预定的延时变化，风力将由大至小，再由小变大循环 往复。也可以通过键盘，让帆板到达指定高度。 2.2 模块实现方式确定 (1) 输入模块：使用者将通过按钮进行输入信号的控制，工作时不会存在两 个按钮同时有效的情况。本模块的大体部分会以门电路的形式构成，功能上通过 计数器不同的计数值来形成不同的输入信号，但必须保证信号的频率一致。最后， 所有档位的信号必须以同一个输出端口输送至风扇，对风扇进行相应的控制。 (2) 控制模块：采用MSP430F6638 作为主控芯片，它是由TI 公司推出的16 位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。用LSM303 作为检测 角度的传感器，用AVC 8038 风扇作为风力来源。 综合电子设计 小型模拟风洞系统 2013.9 三、设计内容及部分电路仿真 3.1 输入模块设计部分 输入模块是指将控制信号输入风扇前的所有电路，由档位控制按钮部分、档 位实现部分、风扇输入部分等组成。通过对这些部分的整合，可以达成输出一个 频率相同，占空比可变的方波信号的功能。输入模块的设计大多以简单的数字门 电路来实现，使用的芯片也以74LS系列为主。 输入部分原理图如下： 3.1.1 按钮功能电路实现与仿真 我们所设想的的按钮具体有按下和悬空两种状态。当使用者按下一个按钮 后，对应的档位就会开始工作，输出对应占空比的波形。若使用者第二次按同一 按钮，则按钮将会弹起恢复悬空状态，对应的档位不再工作。在一个档位处于工 作状态下，使用者按下其他按钮将不会起任何作用，必须将上一个按钮取消后， 按下的新按钮才会正常开始工作。 如下图所示，button1到button3分别为风扇的3个不同档位的控制按钮， 而button4则为测试模式的控制按钮。 这四个输