风力摆控制系统 设计报告

2．程序设计 程序功能描述

本系统的软件部分主要由数据采集模块、无线接收和发送、直流轴流风机PWM、PID控制模块函数组成。当单片机上电后，根据不同的按键，遥控模块无线发送对应的工作模式，风力摆的控制板按照接收到的不同工作模式，对应的完成不同的的要求工作。软件部分可实现对读取陀螺仪输出的数据信号，对直流轴流风机进行控制，实现摆杆的运动。程序流程图如图5所示。部分程序如附录一所示。

直流轴风机PWM控制 模式六 PID处理 数据采集 无线接收 无线发送 模式四 工作模式 模式三 按键 模块初始化 模式二 开始 模式一 模式五

图4 系统软件流程图

模式一：从静止开始，15s内控制风力摆做自由摆运动，使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段，其线性度偏差不大于正负2.5cm，并且具有较好的重复性；

模式二：从静止开始，15s内完成幅度可控的摆动，画出长度在30—60cm间

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可设置，长度偏差不大于正负2.5cm的直线段，并且具有较好的重复性；

模式三：可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s内按照设置的方向（角度）摆动，画出不短于20cm的直线段；

模式四：将风力摆拉起一定角度（30—45度）放开，5s内是风力摆制动达到静止状态；

模式五：以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面花园，30s内需重复3次；圆半径可在15—35cm范围内设置，激光笔画出的轨迹应落在制定半径2.5cm的圆环内；

模式六：在发挥部分（1）后继续作圆周运动，在距离风力摆1—2m距离内用一台50—60w台扇在水平方向吹风力摆，台扇吹5s后停止，风力摆能够在5s内恢复发挥部分（1）规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的轨迹。

四．测试方案与测试结果 1．测试方案

按照调试的顺序，按照以下步骤进行调试。 1）调试直流轴流风机的（PWM）速度 2）调试单片机与陀螺仪之间的数据传输

3）调试系统PID控制的三个参数值：balance.kp、balance.ki、balance.kd 4）调试各模式相应直流轴流风机的转速 5）调试两个无线模块的数据传输 2．测试仪器：

数字示波器，秒表，米尺，量角尺，风速仪，12V5A直流电源。 3．测试结果

硬件实物图如附录三所示。

（1）直流轴流风机的PWM能够正常控制其运转速度

（2）陀螺仪能正常的将数据发送给控制板，其中陀螺仪MPU6050模块的通信模式为IIC

（3）PID控制的调试：确定balance.kp、balance.kd、balance.kd三个参数的值

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（4）各模式直流轴流风机的转速，需要反复测试，目前已达到比较理想的转速，其测试结果如下表一

表一 测试数据表

模式1 1次 25s/30cm 2次 20s/40cm 3次 16s/57cm 13s/41(40)cm 30度/25cm 6s 25cm/22cm 3s 4次 14s/53cm 11s/33(30)cm 270度/21cm 4s 35cm/36cm 4s 模式2 17s/68(50)cm 14s/52(50)cm 模式3 模式4 模式5 模式6 20度/13cm 14s 15cm/23cm 8s 20度23cm 14s 15cm/17cm 6s （5）两个无线NRF模块，能够较精确相互收发数据，完成两块单片机之间的数据传递

4.总结

本次设计的风力摆控制系统完全可以实现设计基本要求和发挥部分的要求，系统稳定性较好，成功的完成了本次比赛的任务和要求。

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参考文献

【1】全国大学生电子设计竞赛组委会 编《全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》[M].北京理工大学出版社.2006年

【2】黄正瑾.《电子设计竞赛赛体解析》[M].东南大学出版社. 2003年.第五章

【3】周航慈.《单片机应用程序设计》[M]. 北京航空航天大学出版社.2006年

【4】李朝青.《单片机原理及接口技术》[M]. 北京航空航天大学出版社. 2005年.第四章

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