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[導(dǎo)讀]摘要:為實(shí)現(xiàn)遮風(fēng)板角度控制,提出了一種以增強(qiáng)型單片機(jī)STC12C5A60S2為主控電路,3.0英寸TFT彩屏為顯示單元,MMA7260Q加速傳感器采集的模擬信號(hào)經(jīng)12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543CN轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度信號(hào),通過單片機(jī)處理信號(hào),

摘要:為實(shí)現(xiàn)遮風(fēng)板角度控制,提出了一種以增強(qiáng)型單片機(jī)STC12C5A60S2為主控電路,3.0英寸TFT彩屏為顯示單元,MMA7260Q加速傳感器采集的模擬信號(hào)經(jīng)12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543CN轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度信號(hào),通過單片機(jī)處理信號(hào),顯示屏顯示實(shí)時(shí)角度和PID調(diào)節(jié),控制遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)精度較高,并能夠進(jìn)行自動(dòng)修正,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞:遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角;PID;MMA7260Q;控制系統(tǒng)

遮風(fēng)板控制系統(tǒng),通過對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制,調(diào)節(jié)風(fēng)力大小,改變遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角θ,顯示范圍為0~60°,分辨力為2°,絕對(duì)誤差不大于5°;當(dāng)間距d=10 cm時(shí),通過操作鍵盤控制風(fēng)力大小,控制遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角θ,要求控制過程在10 s內(nèi)完成,如圖1所示。

1 方案的確定

遮風(fēng)板控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制及顯示模塊、角度信息采集模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、A/D采樣模塊、電源模塊等構(gòu)成。

1)角度信息采集模塊  光電對(duì)管測(cè)量分辨率低,工作繁瑣且工藝要求高;電位器測(cè)量角度,歸零方便,但精確度不夠高,調(diào)節(jié)難度大,溫漂較大。采用MMA7260Q-3軸小量程加速傳感器具有低功耗、低噪音、分辨率高精度高且能多角度調(diào)節(jié)。

2)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊  采用NEC公司電機(jī)控制ASSP芯片MMC-1配合1298N.MMC-1為多通道兩相四線步進(jìn)電機(jī)/直流電機(jī)控制芯片,基于NEC電子16位通用MCU固化專用程序?qū)崿F(xiàn),通過VART或SOI串行為主控MCU擴(kuò)展專用電機(jī)控制功能,可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制和速度控制256檔,并具備過流檢測(cè)功能,工作電流2 A,可同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。

3)A/D采樣模塊  采用TLC2543CN將角度信息的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),TLC2543CN是TI公司的12位串位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程,且其串口輸入能節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源,性價(jià)比、分辨率都極高。

4)控制系統(tǒng)的選擇  采用STC12C5A60S2作為主控器,STC系列單片機(jī)是紅星科技生產(chǎn)單時(shí)鐘、機(jī)器周期(IT)單片機(jī),是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,自帶A/D PWM。

5)顯示模塊選擇  采用TFT彩屏進(jìn)行角度的顯示,彩屏性能穩(wěn)定、單位解析度高,可以完成文字、圖形的顯示,畫面生動(dòng),人機(jī)界面友好。

2 分析與計(jì)算

本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)角度的采集和角度的實(shí)時(shí)顯示,以TFT彩屏顯示角度的數(shù)值,傳感器采集角度信息通過單片機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算。采用MMA7260 Q-3軸小量程加速傳感器采集角度信息,通過12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543CN將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),經(jīng)運(yùn)算后在TFT顯示出角度值。當(dāng)采集的角度信息與預(yù)設(shè)值不符合時(shí),單片機(jī)會(huì)進(jìn)行PID運(yùn)算,控制電機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角。

角度的計(jì)算:

3 電路系統(tǒng)的構(gòu)成

遮風(fēng)板控制系統(tǒng)主電路框圖如圖2所示。

3.1 角度信息采集、信息處理系統(tǒng)構(gòu)成

角度信息采集、信息處理系統(tǒng)電路原理圖如3所示。由角度信號(hào)采集電路、A/D采樣電路組成。采用MMA72600加速傳感器及外接屏蔽線檢測(cè)遮風(fēng)板轉(zhuǎn)動(dòng)角度,再由A/D轉(zhuǎn)換器TLC-2543CN完成信號(hào)轉(zhuǎn)換,屏蔽線避開電機(jī)中線圈的干擾,能隙式精密電壓源MC1403提供2.5 V的基準(zhǔn)電壓,提高系統(tǒng)的分辨率。

3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電路原理圖如圖4所示。用驅(qū)動(dòng)芯片L298N作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主控芯片,采用7805穩(wěn)壓管提供+5 V電壓,光耦隔離輸入、輸出信號(hào),屏蔽線避開電機(jī)中線圈的干擾,提高角度測(cè)量的精確度。

3.3 控制及顯示電路

控制及顯示電路原理如圖5所示。

3.4 電源

電源系統(tǒng)電路原理圖如圖6所示。電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供+5 V、+12 V、+3.3 V的電壓,確保電路穩(wěn)定工作。

4 測(cè)試及結(jié)果分析

4.1 手動(dòng)遮風(fēng)板角度數(shù)據(jù)

手動(dòng)遮風(fēng)板角度數(shù)據(jù)如表1所示。

4.2 設(shè)定遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角角度數(shù)據(jù)

設(shè)定遮風(fēng)板轉(zhuǎn)角角度數(shù)據(jù)如表2所示。

結(jié)果分析:

手動(dòng)遮風(fēng)板角度測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)100%,預(yù)設(shè)遮風(fēng)板角度測(cè)量時(shí)絕對(duì)誤差均小于5°,且完成時(shí)間均在10s范圍內(nèi)。

5 改進(jìn)優(yōu)化

由于系統(tǒng)采用高精度角度傳感器進(jìn)行角度信息采集,進(jìn)行角度測(cè)量時(shí)遮風(fēng)板擺動(dòng)幅度偏大,不夠穩(wěn)定,在滿足電路性能指標(biāo)的前提下,盡量選擇精度稍低的器件,并對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。

6 結(jié)束語

該方案通過預(yù)設(shè)參數(shù)與采集的反饋參數(shù)對(duì)比,能夠進(jìn)行自動(dòng)修正,是一套精度較高的遮風(fēng)板角度控制系統(tǒng)。

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