风板控制装置的设计

陈洪容+覃智广+王洪

摘 要：本设计以STC89C52单片机为控制核心，调节直流风机风力实现对风板角度的控制、监测和显示。控制角度在45°～135°之间设定，由起点开始启动装置，控制风板达到预置角度，过渡过程时间小于10s，控制角度误差小于5°，在预置角度上的稳定停留时间为 2s以上。根据功能要求可以在起点和终点位置间摆动。直流风机风力大小通过PWM控制方式实现，角度的变化通过角度传感器N1000060来检测。本装置经过实际反复测试，达到了设计要求。

关键字：PWM，风力控制，角度检测

一、装置组成

本装置如图1示，左右2个风机吹出可控风力，控制风板左右摆动，摆动角度通过角度指示标尺实时指示。

二、控制方案设计

本系统由单片机通过驱动模块控制直流风机的运行，从而控制风板的摆动，摆动角度通过角度传感器来检测，运行的状态以及角度的变化情况通过液晶显示器显示，通过按键来控制其运行方式，同时具有声光提示和报警功能。其系统组成框图如图2示。

三、 系统硬件设计

1、主控模块

本次设计采用性价比很高的STC89C52作主控系统，其具有8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，完全能满足本系统的控制要求。

2、角度检测模块

风板摆动的角度通过倾角传感器 N1000060来检测，其安装在风板摆动轴上，通过测量倾角的变化输出0～5V的电压，根据电压的变化可以计算得出相应的角度。其原理图如图3示。

3、模数转换模块

由于角度传感器采集到的信号是0～5V的电压，需要将电压信号转换为数字信号给主控模块进行计算处理，所以需要加模数转换模块。本系统通过模数芯片ADC0804来完成此功能，ADC0804是属于逐次逼近式A/D 转换器，其主要特点是：模数转换时间大约100us；方便TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时输入电压范围是0～5V；不需要调零等。控制原理图如图4示。

4、风机驱动模块

风机驱动模块芯片选用L298N驱动。该芯片驱动能力强，工作稳定，控制方式简单方便。风力的大小由主控模块通过PWM控制风机的转速来实现。其原理图如图5示。

5、显示模块

显示模块主要显示装置的运行状态，角度的变化情况等。LCD12864是一种图形点阵液晶显示模组，显示分辨率为128*64，能显示8字*4行16*16点阵的汉字，满足本系统的显示要求。

6、按键模块

本系统用到5个按键，分别实现加1、减1、移动光标、确定、返回功能，可以进行角度值的设置输入、装置的启动运行、停止等操作。由于按鍵较少，所以直接用独立式按键的连接方式。

四、 软件设计

本系统可以能根据设定角度稳定运行在指定的角度，也可以在设定的起始角和终止角间来回摆动，其主程序流程图如图6示。

五、小结

根据实际测试，在固定角摆动时，与设定角的误差小于3°，在左右摆动控制时，与设定角的误差小于5°，达到了设计效果。

参考文献

[1] 陈海宴. 51单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社， 2010.

[2] 杨清梅，孙建民.传感器与测试技术[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 2005.

[3] 康华光.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社， 2006.endprint