基于STC12C5A60S2的单片机帆板控制系统

刘增俊

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132000）

基于STC12C5A60S2的单片机帆板控制系统

刘增俊

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132000）

本系统以STC12C5A60S2单片机作为系统的核心控制芯片，经过充分的比较与论证，最终选用驱动模块L298N，通过单片机输出PWM脉冲，更好地实现了电机的调速；并且加入PID控制，实现了控制角度的优化。系统显示部分采用12864液晶显示，编程容易，并且现实的信息量大。

STC12C5A60S2；PWM脉冲；L298N

1 系统方案选择及论证

本系统主要由主控制模块、驱动模块、采集模块、显示模块、电源模块组成，系统框图如图1所示。

图1 系统总框图

该系统的工作原理是：通过调节装置（单片机）控制电机驱动芯片L298N,控制两台电机带动风扇的转动（通过调节PWM调节电机的转速），使帆板与竖直平面达到到一定的夹角（45°～135°），通过角度传感器不断测量帆板的转角（即实际转角），该实际转角与给定转角作比较，形成转角偏差，通过直流电机控制风扇的转速，通过PID控制不断修正该转角偏差，最终使转角保持在给定范围之内。

（1）主控制器的选择。采用STC12C5A60S2单片机，其特点是高速、低功耗、超强抗干扰，器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8路AD与两路PWM。

（2）电源模块的选择。使用交流电220V供电，搭建独立电源模块，经变压器变压后，再用7812、7805芯片进行稳压。5V电源为单片机及其他传感器、显示屏等模块供电。使用220V交流电不仅能保证电量充足，而且相对于干电池有恒定的电压和电流。

（3）角度信号采集模块的选择。方案一：采用WDD35D4角度传感器（精密电阻式），WDD35D4角度为机械位移量转换成电信号，将传感器的安置在固定部位，通过电刷在电阻基体上的位移来测量不同的阻值，再通过AD0804转换传递给单片机，实现角度检测，WDD35D4有机械寿命长，分辨率高，转动顺滑，动态噪声小的优良性能。且该方案实现较易，精度为1.4度。

（4）A/D转换模块的选择。利用STC12系列单片机内部AD10位模数转换器，在该系统中节省硬件结构与接线非常适合在系统测量中的应用。适合在系统测量中的应用。

（5）驱动模块的选择。采用L298N驱动芯片。L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能，可用单片机的I/O口提供信号，其输出的PWM脉冲控制直流电机，能够对电机转速的上升与下降进行平滑调节，保证调节过程中本身对风扇的影响最低，且电路简单、易用、稳定，具有较高的性价比。

2 系统硬件设计与实现

2.1 系统硬件的基本组成

本系统主要由主控制模块、驱动模块、采集模块、显示模块、电源模块组成其结构框图如图2所示，几个模块之间相互独立且存在联系，实现状态的上传和控制命令的下发。

图2 系统控制框图

2.2 硬件电路模块设计

（1）驱动模块电路设计。驱动模块采用L298N驱动芯片。利用12V电源供电，通过单片机的I/O口提供输入信号，其输出的PWM脉冲控制直流电机，能够对电机转速的启动与停止进行调节。

（2）显示模块电路设计。显示模块利用ST7920的12864液晶显示，液晶通过串行工作方式与单片机I/O口连接，当显示数据时，液晶能很好地显示出所要的效果。

（3）主控制电路设计。主控制电路主要由单片机、独立按键等部分组成，通过控制主控电路来控制系统的正常运行，从而实现要求。电路图如图3所示。

图3 主控电路电路图

3 软件设计

（1）程序功能描述。根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和液晶的显示。①键盘实现功能：首先，键盘我们选择8个独立按键，通过调节按键来控制电机的转速从而控制风速的大小、风扇的启动与停止以及设定角度的调节。②显示部分：在液晶上显示帆板转动的实时角度，并且显示程序设定的角度。

（2）程序设计思路。通过按键控制单片机输出PWM脉冲，经驱动电路L298N带动电机的转动与电机的控制，从而控制帆板的旋转的角度，经AD转换芯片将传感器输出的模拟信号量转换成数字信号量，送回到单片机中，与实际角度相比较后，经PID调节输出PWM的脉宽，来控制电机的转速达到调解帆板角度的目的。

4 测试结果

（1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角θ，显示范围为45～135°，分辨力为2°，绝对误差≤5°。测试结果如表1所示。

表1 测试结果1

表2 测试结果

（2）当间距d=10cm时，通过键盘设定帆板转角，其范围为45～135°。要求θ在5s内达到设定值，并实时显示θ，最大误差的绝对值不超过5°。测试结果如表2所示。

4 结语

根据上题例子可以看出，我们采用的加工方法相当自动编程里轮廓铣精加工命令，等高轮廓铣主要用于陡峭曲面的精加工，由于本例未给出表面粗糙度值，加工余量并不大，加工精度要求高时，或是加工余量较大时，工艺安排时可采用一次粗加工后再精加工轮廓，这样有利于提高工件的形状精度。如果采用编程软件（如MASTERCAM）来生成这个程序的话，那么程序长度将会很长，对于程序本身的阅读和修改都不是很方便 ，而且也会过多占用计算机的内存。如果使用宏程序的话，就很容易解决这个问题。

［1］雷玉勇.宏程序在数控铣削凸球面类零件中的应用研究［J］．煤矿机械，2012，（1）:15．

［2］桂慧，孙亮波．宏程序在椭圆分布孔数控加工编程中的应用［J］．煤矿机械.2011，（12）.

Single Chip M icrocom puter Board Control System based on STC12C5A60S

LIU Zeng-jun
（Jilin Railway Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132000，China）

Thissystem takesSTC12C5A60S2 single-chip computerascore controlchip，aftercomparisonand demonstration，L298N drivemodule was choosed finally，PWM pulses were output by SCM，so as to better adjust the speed of themotor；the involvementof PID controlhelps to realized the optimization of the control points.System displays adopts 12864 liquid-crystal display，thusitiseasy toprogrameanditcancoverlargeamountofinformation in reality.

STC12C5A60S2；PWM pulse；L298N

TP273.5

A

2095-980X（2015）07-0033-02

2015-06-18

刘增俊（1978-），男，讲师，主要研究方向：供用电技术。