2021年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽論文B題：風(fēng)力擺控制系統(tǒng)的設(shè)計2021年8月15日

摘

要

該系統(tǒng)以高速單片機STC89C52RC為控制核心,主要由物理框架、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)四大部分組成。主控系統(tǒng)以高速單片機STC11F52XE為核心，實現(xiàn)對執(zhí)行系統(tǒng)對直流電機的控制，從而實現(xiàn)基于自由擺的擺動控制系統(tǒng)。此方案可行性高，且精確度較高。

關(guān)鍵詞：單片機（STC11F52XE），直流電機，風(fēng)力擺擺動控制目錄1、系統(tǒng)方案論證與選擇........................................................11.1控制系統(tǒng)的論證與選擇....................................................11.2供電系統(tǒng)的論證與選擇....................................................21.3風(fēng)力擺角度調(diào)整系統(tǒng)的論證與選擇..........................................22、系統(tǒng)理論分析與計算...........................................................32.1建模與控制方法..........................................................32.1.1基本部分的第一項控制方法..............................................32.1.2基本部分的第二項控制方法..............................................33、硬件電路設(shè)計與分析.........................................................33.1系統(tǒng)電路總體框圖........................................................33.2主要模塊電路的設(shè)計.....................................................43.2.1繼電器模塊電路........................................................43.2.2單片機模塊電路........................................................44、測試方案與測試結(jié)果..........................................................54.1測試儀器................................................................54.2測試方案以及結(jié)果........................................................54.2.1測試基本部分（1）...................................................54.2.2測試基本部分（2）.....................................................55、總結(jié)………………………145.1硬件小結(jié)…………………145.2軟件小結(jié)…………………155.3心得體會………………15附錄1電路原理圖和PCB版圖………………16附錄2主要元器件清單…………18風(fēng)力擺控制系統(tǒng)（B題）【本科組】1、系統(tǒng)方案論證與選擇 本任務(wù)要求設(shè)計制作一個基于風(fēng)力擺測控系統(tǒng)，控制驅(qū)動各風(fēng)機使風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運動，激光筆在地面上畫出要求的軌跡。據(jù)題目要求分析，我們得到基本思路，如圖1.1所示：供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)顯示模塊顯示控制模塊反饋最小系統(tǒng)模塊顯示模塊顯示控制模塊反饋最小系統(tǒng)模塊圖1.1系統(tǒng)總體方案1.1控制系統(tǒng)的論證與選擇方案1：用繼電器來產(chǎn)生直流機的控制信號。它是利用電磁效應(yīng)實現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的原件，廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動化設(shè)備中。在各種自動設(shè)備中，都要求用一個低電壓電路提控制一個高電壓的電器電路。這樣不僅可以為電子線路和電器電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。使得利用單片機來編程控制繼電器來產(chǎn)生一個頻率開關(guān),使風(fēng)力擺在固定的高度受到定時直流風(fēng)機的作用,加大風(fēng)力擺在這個高度的受力作用.使得風(fēng)力擺穩(wěn)定的擺動,使激光筆能畫出符合題目要求的直線.要找到風(fēng)力擺的固定高度,用單片機使用延時程序是比較容易的。所以采用這個方案。1方案2：用模擬電路來產(chǎn)生直流電機的控制信號。利用PWM脈沖對直流風(fēng)機受到穩(wěn)定的電壓驅(qū)動，在直線上受到穩(wěn)定的力，能在一條直線上運動，但需要MOS管驅(qū)動，必須對MOS管的型號、精度有更高的要求，用單片機編程有一定的難度同時在電路上有更高的要求。綜上所述兩個方案，本控制系統(tǒng)選方案1。1.2供電系統(tǒng)的論證與選擇方案1：用變壓器對家用電壓220V進行降壓。這個要修改電路圖，需打板，需要檢測，在一定程度上花費的時間更多。在選擇使用變壓器的時候，有型號要求，在電路輸出后的電壓一定為12V，而且電壓要穩(wěn)定不變。這個對于手動電路圖有一定的要求，比較嚴格。方案2：直接用電腦電源給整個系統(tǒng)供電。電腦電源能夠產(chǎn)生更穩(wěn)定的12V電源，能夠穩(wěn)定的給直流風(fēng)機供電，使直流風(fēng)機能穩(wěn)定擺動，激光筆能夠畫出題目要求的直線。不用花費太多時間去修改。容易達到我們需要的直流風(fēng)機擺動的效果。綜上所述兩個方案，本控制系統(tǒng)選方案2。1.3風(fēng)力擺角度調(diào)整系統(tǒng)的論證與選擇根據(jù)題目要求,要用直流分機來控制控制風(fēng)力擺的的平衡。直流風(fēng)機我們可以選用大、中、小的風(fēng)扇。下面是對三種型號的直流風(fēng)機的風(fēng)扇分析和比較。方案1：采用大型直流風(fēng)機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu)。大型直流風(fēng)機是日常生活中比較常用的電機類型，故直流電機可以采用由小功率三極管8050和8550組成的簡單H型PWM電路作為直流電機的驅(qū)動。雖然和脈寬調(diào)制芯片TL494、光隔離芯片TLP521等構(gòu)成的電路也能完成單片機對直流電機的控制。但是本次設(shè)計中用到電機調(diào)節(jié)平板的平衡，要求很高的精度，大型電機較難實現(xiàn)。因此不選擇此方案。方案2：采用小型直流風(fēng)機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu)。小型的直流風(fēng)機太小，四臺一起會導(dǎo)致風(fēng)力擺的重量很重，而用小型的直流風(fēng)機帶動不了那么重的風(fēng)力擺，風(fēng)力擺擺動不起來。對硬件的鏈接有了更高的要求，機械器材很難達到這么高的精度，不利于我們的控制。方案3：采用中型直流風(fēng)機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu)。中型直流風(fēng)機在各個方面的計算與配合都要好，使得風(fēng)力擺的穩(wěn)定性會比大、小型號的更強，方便攜帶。在于硬件連接上更方便我們操作。綜上所述三個方案，本控制系統(tǒng)選方案3。22理論分析與計算2.1建模與控制方法2.1.1基本部分第一項的控制方法直流風(fēng)機受與單片機的串口通信，通過單片機STC89C51X進行編程，利用程序來驅(qū)動直流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速與循環(huán)，在程序中利用軟計時方法，測得單擺的擺動周期，多次測量求平均值，再依據(jù)獲得的平均時間，在單片機程序中計算脈沖數(shù)及脈沖頻率，輸出相應(yīng)控制信號給步進電機驅(qū)動器，用繼電器來形成一個頻率開關(guān)，使得直流風(fēng)機受到相同頻率的驅(qū)動，使得風(fēng)力擺能更穩(wěn)定的擺動。從而達到控制要求，2.1.2基本部分第二項的控制方法由于風(fēng)力擺的擺動會導(dǎo)致風(fēng)力擺的轉(zhuǎn)動，這樣就便于控制圓，使得周期的畫圓，達到題目要求。3、硬件電路設(shè)計與分析3.1系統(tǒng)電路總體框圖綜合以上各模塊電路方案比較與選擇，系統(tǒng)的最終的總方案如圖3.1所示風(fēng)力擺鍵盤模塊開關(guān)頻率模塊直流風(fēng)機單片機STC89C51風(fēng)力擺鍵盤模塊開關(guān)頻率模塊直流風(fēng)機單片機STC89C51圖3.1總體方案的描述：本系統(tǒng)可通過鍵盤輸入來選擇工作模式和設(shè)定擺桿的起始位置，單片機根據(jù)輸入的工作模式和設(shè)定的具體轉(zhuǎn)角，通過繼電器來控制給直流風(fēng)機發(fā)送相應(yīng)的頻率，從而達到對直流分機的驅(qū)動，使風(fēng)力擺穩(wěn)定擺動，最終實現(xiàn)對風(fēng)力擺的控制。33.2主要模塊電路的設(shè)計3.2.1繼電器模塊電路電磁繼電器是一種用電磁鐵控制的電路開關(guān)，其構(gòu)造和工作原理如圖所示。由電磁鐵、弱電電源和電鍵組成控制電路。由電動機、強電電源和電磁繼電器的觸點部分組成工作電路。閉合控制電路電鍵，電磁鐵線圈中有控制電流通過時，電磁鐵就吸引銜鐵，使工作電路觸點閉合，電動機啟動。斷開控制電路的電鍵，電磁鐵失去磁性，彈簧把銜鐵拉起，在觸點處切斷工作電路，電動機停止工作。利用電磁繼電器可以用低電壓、弱電流的信號電路來控制高電壓、強電流的工作電路。3.2.2單片機模塊電路44、測試方案與測試結(jié)果4.1測試儀器（1）秒表（2）量角器（3）自制方向角度圖紙4.2測試方案以及結(jié)果4.2.1測試基本要求（1）驅(qū)動風(fēng)力擺工作，使激光筆穩(wěn)定的在地面畫出一條長度不短于50cm的直線段，來回五次，記錄其由靜止至開始自由擺時間和最大偏差距離。測試結(jié)果如表1所示。表1風(fēng)力擺畫長于50cm直線測試時間（s)誤差1誤差2誤差3誤差4誤差5第一次測試第二次測試第三次測試4.2.2測試基本要求（2）設(shè)置風(fēng)力擺畫線長度，驅(qū)動風(fēng)力擺工作，記錄其由靜止至開始自由擺時間和畫不同長度直線時的最大偏差距離。測試結(jié)果如表2所示。表2風(fēng)力擺畫不同長度直線測試時間(s)誤差1誤差2誤差3誤差4誤差5畫30cm直線畫40cm直線畫50cm直線畫60cm直線4.2.3測試基本要求（3）設(shè)置風(fēng)力擺自由擺時角度，驅(qū)動風(fēng)力擺工作，記錄其由靜止至開始自由擺時間和在畫不同角度直線時的最大偏差距離。測試結(jié)果如表3所示。表3風(fēng)力擺畫不同角度直線測試4.2.4測試基本要求（4）將風(fēng)力擺拉起一定角度放開，驅(qū)動風(fēng)力擺工作，測試風(fēng)力擺制動達到靜止?fàn)顟B(tài)所用時間。測試結(jié)果如表4所示。5表4風(fēng)力擺恢復(fù)靜止測試時間（1）時間（2）時間（3）時間（4）時間（5）拉起30°拉起35°拉起40°拉起45°4.2.5測試發(fā)揮部分（1）風(fēng)力擺靜止時激光筆的光點為圓心，設(shè)置風(fēng)力擺畫圓半徑，驅(qū)動風(fēng)力擺用激光筆在地面畫圓，記錄其畫三次圓所用時間和最大偏差距離，重復(fù)測試三次。改變圓半徑再次測試，重復(fù)以上操作四次。測試結(jié)果表5所示。4.2.6測試發(fā)揮部分（2）在4.25的基礎(chǔ)上，使用一臺60W臺扇在距離風(fēng)力擺1m距離處向其吹5s后靜止，記錄風(fēng)力擺恢復(fù)畫圓狀態(tài)時間。測試結(jié)果如表5所示。表5風(fēng)力擺畫圓測試半徑15cm半徑20cm半徑25cm半徑30cm半徑30cm半徑35cm時間（1）偏差距離（1）恢復(fù)時間(1)時間（2）偏差距離（2）恢復(fù)時間（2）時間（3)偏差距離（3）恢復(fù)時間（3）總結(jié)結(jié)論應(yīng)以測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析為依據(jù)，簡潔地指出以下內(nèi)容：① 實驗得到的結(jié)果所揭示原理及其普遍性；② 研究中有無發(fā)現(xiàn)例外或難以解釋或解決的問題；③ 本論文理論上和實用上的意義和價值；④ 進一步研究本課題的建議。以上內(nèi)容不一定面面俱到，但要有感而發(fā)。參考文獻[1]童詩白，華程英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2021.[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2021.[3]黃智偉,王彥,陳文光等.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2021.[4]高吉祥,唐朝京.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程（電子儀器表設(shè)計）[M].北京：電子工業(yè)出版社.2021.[5]張友德,趙志英,涂時亮.單片機微型機原理、應(yīng)用與實踐（第五版）[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社.2021.[6]郭天祥.新概念51單片機C語言教程.入門、提高、開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社.2021.[7]梁明理.電子線路（第五版）[M].北京：高等教育出版社.2021.

公司印章管理制度一、目的公司印章是公司對內(nèi)對外行使權(quán)力的標(biāo)志，也是公司名稱的法律體現(xiàn)，因此，必須對印章進行規(guī)范化、合理化的嚴格管理，以保證公司各項業(yè)務(wù)的正常運作，由公司指定專人負責(zé)管理。二、印章的種類公章，是按照政府規(guī)定，由主管部門批準刻制的代表公司權(quán)力的印章。專用章，為方便工作專門刻制的用于某種特定用途的印章，如：合同專用章、財務(wù)專用章、業(yè)務(wù)專用章、倉庫簽收章等。3、手章(簽名章)，是以公司法人代表名字刻制的用于公務(wù)的印章。三、印章的管理規(guī)定印章指定專人負責(zé)保管和使用，保管印章的地方(桌、柜等)要牢固加鎖，印章使用后要及時收