帆板控制系统设计电子信息工程论文
电赛论文最终.

帆板控制系统设计(F题)摘要:本系统以单片机STC12C5A48S2为控制核心及数据处理核心,采用加速度传感器MMA7260作为角度检测的核心器件,设计并制作了一个帆板控制系统。
以L293构成电机的电路,通过对风扇转角的控制,调节风力的大小,改变帆板的转角θ。
可以通过键盘设置帆板转角0~60o,并在LCD上实时显示θ。
使用了PID算法,使系统能快速达到稳定。
由于采用了低功耗单片机,并且使用了一些高性价比、低功耗的器件去设计电路,因此本放大器具有成本低,功耗小,性价比高的优点。
关键词:控制系统;角速度传感器;单片机;PID;一、方案比较与选择题目分析:综合分析题目要求,转动帆板时,实现实时显示角度,且能够通过键盘控制风力,是本题的最大难点,也是设计的重点之一。
另一难点是使帆板转角达到60o。
要得到更好的性能指标,放大电路的零点漂移也是一个很难解决的问题。
此外,在整个电路的设计中,要考虑其成本。
1、数据处理和控制核心选择方案一:采用DSP最小系统板。
即由DSP来实现电机的控制、传感器信号采集和人机界面控制等功能。
方案二:采用单片机STC12C5A48S2最小系统板。
即由单片机STC12C5A48S2实现整个系统的统一控制和数据处理。
本系统不涉及大量的数据存储和复杂处理,虽然方案一控制更灵活更方便,但DSP的资源得不到充分利用,且系统规模大,成本高。
而单片机STC12C5A48S2是一种8位低功耗微、高性能处理器,具有丰富的片上外设和较强的运算能力,且可串口编程,使用十分方便,性价比高。
综上所述,故采用方案二。
2、角度传感器的比较与选择方案一:角度传感器KMZ41与信号调理芯片UZZ9001组成的角度采集模块。
KMZ41与信号调理芯片UZZ9001一起,能够对180°范围内的角度信号进行测量,并利用SPI方式提供11位的角度信号输出。
调试繁琐,且电路稳定性差。
方案二:采用MMA7260三轴加速度传感器。
关于帆板控制系统的设计实现

关于帆板控制系统的设计实现
单片机作为微控制器的一种,广泛应用于日常生活。
该课程由于其综合性和实践性较强,涉及知识较多,对培养和锻炼学生运用单片机技术的硬件、软件进行开发设计的能力,学生分析问题,解决问题的能力,高职学生职业技能,实践创新能力有重要的作用,为从事自动控制及应用电子产品的检测、设计奠定基础。
本文来源于2011年全国电子设计竞赛F题,设计实现帆板控制系统。
系统要求通过键盘预置角度,利用风扇风力大小控制帆板转角,并实时显示。
本题涉及了角度检测、电机驱动、PWM、闭环控制、AD 转换等单片机应用技术,是帆板自主航行系统中重要的组成部分。
1 系统方案描述
根据要求,本系统由单片机最小系统、人机交互模块、风扇控制模块、角度检测模块、声光报警模块、系统电源6大模块构成,具体框图如图1所示。
1.1微处理器模块
采用STC公司的STC12C5A60S2单片机作为微处理器。
基于人工智能的帆板控制系统设计与应用

基于人工智能的帆板控制系统设计与应用一、引言随着科技的不断发展,人工智能在各个领域都取得了重要的突破。
在航海领域,帆板控制系统的设计与应用是一项具有挑战性的任务。
本文将介绍一种基于人工智能的帆板控制系统设计与应用,并讨论其优势和应用前景。
二、基于人工智能的帆板控制系统设计1. 系统架构基于人工智能的帆板控制系统主要由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器用于感知环境参数,例如风速、风向等,通过采集数据来支持系统决策。
控制器是系统的核心,其中包含了人工智能算法,主要负责制定帆板的控制策略。
执行器根据控制器的指令,实现帆板的相应调整。
2. 人工智能算法基于人工智能的帆板控制系统可以采用各种算法,例如遗传算法、模糊控制、神经网络等。
这些算法能够通过学习和优化,不断改进系统的性能,并适应复杂多变的海洋环境。
3. 数据处理与决策基于人工智能的帆板控制系统依赖于大量的数据,传感器采集到的数据通过算法进行处理和分析,以获得环境信息。
系统根据环境信息和预设的目标,进行决策,并生成控制策略。
这种方式能够实现智能化的帆板控制,提升系统的灵活性和自适应能力。
三、基于人工智能的帆板控制系统应用1. 航行效率提升基于人工智能的帆板控制系统可以根据实时环境数据和预设目标,优化帆板的姿态和调整策略,以提高航行效率。
系统可以根据风速、风向自动调整帆板角度,以实现最佳航速和成本效益。
2. 安全性增强人工智能算法可以分析环境数据,及时检测到潜在的安全隐患,并采取相应措施来保证船只的安全。
例如,在恶劣的海洋环境中,系统可以根据算法判断是否需要收帆或改变航向,以防止翻船或其他事故的发生。
3. 能源利用优化基于人工智能的帆板控制系统可以根据能源供应情况和实时环境数据,智能调整帆板的姿态和调整策略,以最大限度地利用自然风能,并减少对其他能源的依赖。
这对于长途航行和环保船舶具有重要意义。
四、基于人工智能的帆板控制系统的优势1. 自适应性强基于人工智能的帆板控制系统能够根据不同的环境情况和目标要求,自动调整控制策略,具有较强的自适应能力。
高精度帆板控制系统的设计

Ab s t r a c t :T h e p a n e l c o n t r o l s y s t e mi s c o n s i s t o f A T 8 9 S 5 2 ,a ng l e s e n s o r ,A DC,k e y b o a r d c i r c u i t ,d i s p l a y i n g p a r t a n d s o u n d a n d h t l a a r mi n g c i r c u i t ,e t c . T h e WD D3 5 4 D,a p r e c i s i o n
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高精 度帆板控制 系统 的设计
山西职业技 术学院 刘永锋
【 摘要 】帆板控 制系统主要是 由A T 8 9 s 5 2 单 片机 、角度传 感器 、A D转换、键盘 电路、显示 电路及声光提示等 电路 组成。角度传感器采用型号为wD D3 5 4 D的精 密导电塑料 电位器 ,其功能是把角度机械位 移量转换成 电信号。A D转换 电路用的是具有1 2 位分辨率 T L C 2 5 4 3 ,该芯 片将 角度 传感器输 出的模拟信 号转换成数字信号 ,单 片机采 集 数 字信 号对帆板 系统电路进行 控制。键盘电路 由 4 * 4 矩 阵键 盘组成 ,用 于调节风 扇风 力大小和帆板 转角。用L C D1 2 8 6 4 ' 怍为 显示器 ,来 显示帆板 的转 角,显示分 辨力达到O 1 度。风扇 由直流 电机控 制,对转速进行调节从 而使帆板的转动角度在7 — 1 5 c m范围内可以精确 调节。 【 关键词 】帆板控制 系统;单 片机 ;角度传感器
帆板控制系统的设计与实现

帆板控制系统的设计与实现一、引言帆船是一种以帆作为动力的水上交通工具,它利用风力推动帆板在水面上行驶。
帆板的控制系统是帆船的核心部件,其设计与实现直接影响帆船的航行性能和安全性。
本文将介绍帆板控制系统的设计与实现,包括系统架构、传感器选取、控制算法以及系统实现等方面。
二、系统架构设计帆板控制系统的架构设计需要考虑到系统的可靠性、稳定性和灵活性。
一般而言,帆板控制系统可以分为传感器模块、控制模块和执行器模块三个部分。
1. 传感器模块:传感器模块用于感知环境信息,常见的传感器包括风速传感器、陀螺仪、气压传感器等。
通过这些传感器可以获取风力、船体姿态、气压等参数,为控制模块提供所需的数据。
2. 控制模块:控制模块负责根据传感器获取的信息制定合理的控制策略,并输出控制信号来调整帆板的角度和位置。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等,根据实际需求选择合适的控制算法。
3. 执行器模块:执行器模块将控制信号转化为动力输出,用于调整帆板的角度和位置。
常见的执行器包括电机、舵机等,其选择要考虑到系统的响应速度、扭矩输出等因素。
三、传感器选取为了准确感知环境信息,需要选择合适的传感器,下面介绍几种常用的传感器:1. 风速传感器:风速传感器用于测量风的强度和方向,基于这些信息可以判断风的力度和来源,从而调整帆板的角度和位置。
2. 陀螺仪:陀螺仪用于测量帆板相对于地球的角位移和角速度,通过获取帆板的姿态数据,可以对控制模块进行反馈,实现更精确的控制。
3. 气压传感器:气压传感器用于测量大气压力,通过获取气压数据可以间接了解风的强度和变化情况,进而作出相应的调整。
四、控制算法设计控制算法是帆板控制系统的核心,它决定了帆板的调整速度和精度。
常见的控制算法包括PID控制算法和模糊控制算法。
1. PID控制算法:PID控制算法是一种基于反馈调整的控制算法,通过测量系统输出和期望输出之间的误差,通过比例、积分和微分三个部分的调节来实现闭环控制。
基于人工智能技术的帆板控制系统设计与优化

基于人工智能技术的帆板控制系统设计与优化1. 引言在当今科技飞速发展的时代,人工智能技术被广泛应用于各个领域。
本文旨在基于人工智能技术,设计与优化帆板控制系统。
帆板控制系统是指通过控制帆板的摆放角度和形状,调整风帆的工作状态,从而实现船只的运动控制。
本文将从系统设计、优化方案以及未来发展等方面进行探讨。
2. 帆板控制系统设计2.1 系统组成帆板控制系统主要由传感器、控制器以及执行器三部分组成。
传感器用于感知环境信息,如风速、风向等;控制器根据传感器数据进行决策和控制;执行器负责调整帆板的形态和角度。
2.2 人工智能技术在系统设计中的应用人工智能技术在帆板控制系统设计中起到了重要作用。
通过利用机器学习和深度学习算法,系统可以自动学习和优化帆板的控制策略,提高系统的智能化水平。
此外,人工智能技术还可以帮助系统对大量的传感器数据进行分析和处理,实现实时响应和决策。
3. 帆板控制系统优化3.1 优化目标帆板控制系统的优化目标是实现船只的高效运动和稳定导航。
通过优化帆板的形态和角度,系统可以最大程度地利用风能,提高船只的速度和航行稳定性。
3.2 优化方法(1)控制策略优化:通过机器学习算法,系统可以根据实时的环境信息和船只状态,自动学习和优化帆板的控制策略。
通过大量的数据训练,系统可以提高对不同风速、风向和船只运动状态的应对能力。
(2)风能利用优化:利用人工智能技术,系统可以分析不同风向和风速下的最佳帆板形态和角度,实现风能的最大利用。
通过实时调整帆板的形态和角度,系统可以平衡船只的稳定性和速度。
(3)智能预测与优化:通过分析历史数据和环境信息,系统可以预测未来的风向和风速变化趋势,从而提前做出相应的帆板调整,优化船只的航行路径和速度。
4. 未来发展帆板控制系统基于人工智能技术的设计与优化在未来仍具有广阔的发展前景。
(1)传感器技术的发展:随着传感器技术的不断进步,传感器的精确度和灵敏度将越来越高,为帆板控制系统提供更准确和实时的环境信息。
帆板控制系统设计与实现

帆板控制系统设计与实现[引言]随着人们对可再生能源的需求不断增加,太阳能发电作为一种清洁、可持续的能源形式,受到越来越多的关注和应用。
而帆板作为太阳能发电的核心组件,帆板控制系统的设计与实现对提高太阳能发电系统的效率和可靠性至关重要。
本文将重点讨论帆板控制系统的设计与实现。
[帆板控制系统的工作原理]帆板控制系统是用于控制帆板转动与追踪太阳光线,以最大程度地提高帆板的太阳光吸收效率。
其工作原理主要包括以下几个方面:1. 光电传感器检测:光电传感器用于感知太阳光的强度和角度以及周围环境的光照条件。
通过光电传感器的检测,系统可以获取太阳位置的信息,从而调整帆板的角度和方向。
2. 帆板追踪控制:根据光电传感器检测到的太阳光位置信息,控制系统将帆板转动至最佳角度,使其与太阳光垂直或以最大吸收光能的角度进行较小角度的偏离。
3. 自动防风控制:帆板在面对强风时需要自动调整角度,以减小风对帆板的冲击力,防止损坏。
帆板控制系统需要通过相关传感器及时感知到风力情况,并将风力信息与预设的安全阈值进行比较,当风力超过安全阈值时,系统应自动调整帆板角度以减小风力对帆板的影响。
[帆板控制系统的设计和实现]1. 系统架构的设计:帆板控制系统的设计需要考虑到系统的可靠性、稳定性和实用性。
可以采用分布式控制器的架构设计,将系统分为传感器模块、控制模块和执行模块三个部分。
- 传感器模块:包括光电传感器和风力传感器等,用于感知环境信息。
- 控制模块:将传感器采集的信息进行处理和分析,确定帆板所需的角度和方向,并通过控制算法实现帆板位置的控制。
- 执行模块:根据控制模块计算得到的控制信号,控制帆板实际转动。
2. 控制算法的选择:根据帆板控制系统的需求和实际情况,选择合适的控制算法。
- 追踪算法:可采用PID控制算法来控制帆板的转动,保持帆板与太阳光的最佳角度。
- 防风算法:根据风力传感器检测到的风力信息,采用反馈控制算法自动调整帆板角度,以减小帆板受到的风力冲击。
帆板控制系统的设计与分析

帆板控制系统的设计与分析一、引言帆板控制系统是帆船的核心组成部分,它通过控制帆板的位置和角度,以实现帆船的航向控制。
本文将对帆板控制系统进行设计与分析,以实现帆船的最佳航行性能。
二、帆板控制系统的设计1. 帆板控制器的选择:帆板控制器是控制帆板位置与角度的关键设备。
在选择控制器时,需考虑其精度、可靠性、响应速度和通信接口等因素。
针对不同类型的帆船,可以选择适合的驱动方式,如电机驱动或液压驱动等。
2. 传感器的应用:为实现对帆板位置与角度的准确控制,需要搭配合适的传感器。
例如,倾斜传感器可用于测量帆板的倾斜角度,方向传感器可用于测量帆板的旋转方向。
传感器的选择要考虑其精度、稳定性和适应环境能力等因素。
3. 控制算法的设计:根据帆船的动力学特性和航行需求,设计合适的控制算法。
控制算法应考虑到风速、风向等外部环境因素,以实现帆板位置和角度的自适应调节。
常用的控制算法有PID控制、模糊控制和智能控制等,根据实际情况选择合适的算法。
三、帆板控制系统的分析1. 动力学模型分析:通过建立帆船的动力学模型,可以对帆板控制系统进行分析。
帆板控制系统的设计要充分考虑帆船的姿态稳定性、操纵性和对外部环境的适应性。
利用数学分析方法,可以优化系统设计,以达到预期的性能指标。
2. 性能评估与优化:通过对帆板控制系统的性能进行评估,可以确定系统的可行性和改进方向。
通过仿真软件或实验研究,可以评估系统的控制精度、响应速度、稳定性等指标。
在此基础上,进行系统参数的优化调整,提高帆船的航行性能。
3. 系统可靠性与安全性分析:帆船在复杂的海洋环境中航行,系统的可靠性和安全性至关重要。
需要对帆板控制系统进行故障诊断与容错设计,确保系统的可靠运行。
此外,还要进行系统的安全性评估,避免潜在的风险。
四、结论本文对帆板控制系统的设计与分析进行了详细阐述。
通过选择合适的帆板控制器和传感器,设计合理的控制算法,可以实现帆船的良好航行性能。
通过动力学模型分析和性能评估,可以优化系统设计,提高帆船的控制精度和可靠性。
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毕业设计(论文)帆板控制系统姓名:xxxxxx系别:年级:专业:电子信息工程指导老师:帆板控制系统【摘要】本设计采用STC89C52RC为中心控制器,利用角度传感器来的采集、处理实现对风扇转速的控制,调节风力大小,进而改变帆板转角大小;帆板的角度检测,通过ADXL345模块,实现控制帆板角度的大小;通过充分比较、论证,最终选用小型直流电机作为风扇的制动源,小型直流电机力矩大、操作简单、价格低且能满足设计需求;系统显示采用LCD12864液晶,用于实时显示帆板的角度大小;控制电机是以NPN三极管BU406为驱动,再利用PWM算法算出合理的脉冲占空比;最后经过多次测试表明,系统完全达到了设计要求,不但完成了所有基本和发挥部分的要求,并增加实现了实时显示占空比全程变化的功能。
【关键词】自动控制、帆板、角度测量、小型直流电机、液晶显示、脉宽调制Panel Control System【Abstrct】According to the panel control system design requirements, to design the whole system was studied, established the optimal design scheme, using STC89C52RC as the center controller, using the angle sensor to the acquisition, processing of the fan speed control. The power adjustment, and then change the windsurfer windsurfing angle; angle detection. Through the ADXL345 module realization of control panel, in terms of size; by comparison, the final selection of full proof, small DC motor as the braking source fan, small DC motor torque, simple operation, low price and can satisfy the design requirement; display system using LCD12864, used for real-time display panel angle; control motor is NPN three. BU406 drive, then the use of PWM algorithm calculates the reasonable pulse duty ratio; finally after many tests show that.The system meets the design requirements, not only finished all the basic and the requirements to play a part, and to increase the real-time display of the whole function of the variation of duty ratio.【Keywords】A utomatic Control, Windsurfing, Angle Measurement, Small DC Motor, Liquid Crystal Display, Pulse Width Modulation目录一、系统方案 (2)1、方案论证与选择 (2)1.1电源模块的论证与选择 (2)1.2电机模块的论证与选择 (2)1.3 控制系统的论证与选择 (2)1.4 角度检测模块论证与选择 (2)1.5 显示模块论证与选择显示模块 (3)2、系统设计 (3)3、结构方框图 (4)二、理论分析与计算 (5)三、电路与程序设计 (5)1、单片机最小系统和1602显示电路图示 (6)2、电源图示 (6)3、声光警报电路图示 (6)4、ADXL345模块图示 (7)5、程序流程图 (8)四、测试方法与数据 (9)1、仪器表 (9)2、按键测试 (9)3、基本要求测试 (9)4、发挥部分测试 (10)四、结果分析 (10)五、实现功能 (10)六、设计总结 (10)七、参考文献 (11)附录1:源程序 (12)一、系统方案本系统主要由电源模块,电机模块,角度检测模块,最小系统模块,显示模块,声光模块,驱动部分下面分别论证这几个模块的选择。
1、方案论证与选择1.1 电源模块的论证与选择方案一:铅酸电池供电,优点电流大,缺点重量太沉。
方案二:电池组供电,可提供800mAh电流,重量很轻。
方案三:太阳能电池板,绿色能源无污染,但受环境限制。
方案四:利用12V的开关电源,功率高,稳定性好。
经比较,我们选择方案四,12v可直接供给直流电机,可用LM7805转换后给控制器、传感器等模块使用。
综合以上三种方案,选择方案三。
1.2 电机模块的论证与选择电机模块选择是整个方案设计的关键,按照设计要求,要是帆板达到目标角度,这需要对风扇的较精确控制,而且风扇制动性能要好。
方案一:采用步进电机,可准确控制帆板的角度,但转速慢,不能实现目标。
方案二:采用CPU风扇,体积适中,安装简单,噪声小,但风力太散,亦不能达到目标。
方案三:采用小型直流电机,体积适中,安装简单,风力大,转速易于控制。
经过反复的比较、论证,我们最终选用了方案三。
虽然直流电机精确控制比步进电机低,但是能用直流电机就能满足要求时,应选择直流电机。
综合以上三种方案,选择方案三。
1.3 控制系统的论证与选择方案一:采用STC公司的STC12C5A16AD 单片机作为控制器的方案。
该单片机I/O资源丰富,内部并集成了8路高速AD及两路PWM模块。
芯片比普通单片机快8-12倍,抗干扰能力较强,价格高贵,并且功能强大,大大简化了系统开发调试的复杂度。
方案二:采用STC 公司的STC89C52RC。
51单片机价格便宜,应用广泛,但是功能单一,如果系统需要AD转换功能,还需外接AD芯片,实现功能简单复杂;运行速度一般。
综合考虑,我们选用方案二,虽然方案二有些功能比不上方案一,但性价比不高,所以,我们选择了方案二。
1.4 角度检测模块论证与选择角度检测模块也是系统的重要组成部分,我们可以利用角度传感器来测量帆板的度数。
方案一:采用MMA7455模块,可以有多种检测模式,但功能使用复杂,且不常用。
方案二:采用ADXL345模块,超低功耗,应用广泛,主机处理器负荷低。
功能框图(1)如下:综合各方面考虑,我门采用方案二,方便简单。
1.5 显示模块论证与选择显示模块方案一:用LED显示,优点亮度高、成本低。
但不能显示汉字,显示内容较少。
方案二:采用LCD12864液晶。
并行接口,显示简单。
考虑到本题的要求,只需要一片LCD就可以实现,故我们选择方案二。
2、系统设计根据上述方案论证,我们最终确定了以STC单片机STC89C52RC为控制核心,采用小型直流电机控制风扇的转速,用ADXL345角传感器模块来测量帆板的角度θ,利用LDC12864液晶来实时显示帆板角度θ的目标进度和目前进度、占空比等。
3、结构方框图系统总体框图是由键盘、角度传感器、STC89C52RC单片机、风扇、信息显示如(2)下图所示:图(2) 二、理论分析与计算帆板角度的控制难点在于ADXL 模块的应用,由于ADXL 模块是利用加速度来判断角度的大小,角度θ是为关键。
求帆板角度θ的大小,并要求角度差别绝对值不超过5°,所以算法一定要精确。
xθAx g Ay y 这样,根据以上原理一个2 轴加速度传感器可以测量在X-Y 平面上的倾斜角度⎪⎪⎭⎫⎝⎛=yx A A a arctan 。
ADXL345为3轴加速度计,本系统中因为帆板的X 轴是固定的,故采用此测量算法可以求出帆板y 轴离垂直面的倾斜角度。
θ = 180/π×arctan(Ax/Ay) 。
三、电路与程序设计1、单片机最小系统和1602显示电路如下(3)图示:STC89C52RC 单片机键盘角度传感器信息显示风扇EA/VP 31X119X218RESET 9RD 17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P 30TXD 11RXD 10U189c52GND 1VCC 2VLED 3RS 4RW 5EN 6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714CX115CX216RST 17VEE 18LED+19LED-20U2LCD12864S1RSRW ENCX1CX2VCCR310KR 42.2KVCCY112MHZC130C230R510K C322uf VCCVCCCX1CX2RST RST EN RW RS R245.1KT0T1T P1312J1P14P22P21VCC P20123456789R1410KVCC图(3)2、电源下如图(4)示:V -1A C2A C3V +4D1606C13300uFC23300uFC31000uFC41000uFC5470uFC6470uFVin1G N D 2+5V3U17805Vin1G N D2+5V3U2781212J112J212J3C7470uF12J4C9104C10104D2LED D3LEDR11KR21KR31KS1S2LE1LED VCCVCCVCC1VCC2图(4)3、声光警报电路如图(5)示R1470R61KR7100V CCV CCL1E1C3B2QPNPP14D1LEDP 13图(5)4、ADXL345模块如下(6)图示图(6)5、程序流程图软件流程图(7)所示模 模 模 式 式 式 1 2 3否是 否是否是a?>num 开始液晶,传感器,单片机初始化按键功能选择键盘加减,占空比 键盘加减,角度显示 角度显示 PWM-- a?=numo PWM++ a?=num1四、测试方法与数据1、仪器表序号仪器厂商数量1 双踪示波器RIGOL 12 模拟万用表胜利公司 13 数字万用表胜利公司 14 秒表深圳天福有限公司 15 三角尺子 16 量角器 1 2、按键测试本系统有四个按键,分别为复位按钮、功能切换按钮、加按钮、减按钮。