基于MSP430MCU的风板控制器的设计

张常友（江西工程学院，江西　新余　338000）



基于MSP430MCU的风板控制器的设计

张常友
（江西工程学院，江西新余338000）

摘要：本系统采用德州仪器公司生产的16位超低功耗MSP430F1611单片机为控制核心，利用高精度角度传感器MPU6050连续的反馈角度信号与系统预先设定值进行比较判断。从而输出相应的PWM通过场效应管IRF3205驱动左右两组直流风机，调整风机转速。进而改变风板角度Φ，并采用LCD12864实时显示风板转角及系统运行状态。通过数字矩阵按键作为人机交换接口，操作简便，软件采用层次化，模块化设计方法，使得复杂的数学模型和控制算法得以简化和快速开发。

关键词：MSP430单片机；角度传感器；直流风机

1　系统总体方案设计

控制器主要由主控制模块，显示模块，输入模块，角度传感模块，电机驱动模块，以及声光提示模块组成，具体结构如图1所示。主控MCU采用的是德州仪器公司生产的16位超低功耗MSP430F1611MCU为控制核心，显示部分采用的是LCM12864显示屏，可以实时显示风板的角度，反馈部分采用高精度角度传感器MPU6050，通过PWM技术实时控制直流风机的角度。直流风机的驱动电路采用MOSFET IRF3205驱动。

2　系统硬件设计

核心控制芯片采用TI公司生产的MSP430F1611，内部资源丰富，片上资源有48KBfash，10240BRAM，8通道12bitA/D，双12bitD/A，DMA；48个I/O口，16位WDT，1个16位Timer_A（3个捕获/比较寄存器），1个16位Timer_B（7个捕获/比较寄存器），2个USART接口，8通道PWM，集成度高，处理速度快，使之能够实时快速的处理计算角度信号并作出相应的判断，使系统更加的稳定可靠。

电机控制直接采用MSP430F1611的PWM端口控制IRF3205场效应管，通过软件控制IRF3205，从而控制直流风机的转速，形成闭环系统以达到风板角度达到稳定，IRF3205场效应管工作电流可达110A，几乎可以满足所有小型电机的驱动电流。

角度传感器采用MPU6050三轴加速度陀螺仪，该传感器将测量角度转换成数字信号，仅通过两根数据线即可与单片机进行IIC通信，使用简单，体积小，便于放置，可以满足题目精度的要求。MPU6050可以将风板角度实时反馈回单片机，单片机通过对角度的计算并转换后与系统预先设定的角度进行比较，输出合适的PWM波控制IRF3205调整风扇的转速，以实现对角度的实时控制，如图2所示。

由于风板容易受到外界的风力及支撑装置摩擦力的干扰，无法直接得到转速与PWM占空比的关系，所以需采用判断角度传感器的反馈值与系统预先设定值进行比较再对PWM进行调节控制。

3　系统的理论分析与计算

在控制角度时为能够实时实现风板的角度和设定角度即时对应，软件上采用查表+微调的方法来实现，具体方法是：首先给系统上电，将45～135°每个角度所对应的左右两个电机PWM记录下来，然后在实际控制时，将预设角度和记录的角度相比较，然后输出相对应PWM值，由于外部环境的干扰及系统硬件的不确定因素，会使得实际输出角度存在误差，所以当系统查表输出相对应的PWM波一定时间后，通过角度传感器的反馈值与预设值进行比较，再改变PWM波占空比，微调转速，从而使测量值与设定角度相等或最接近。角度控制部分软件的设计流程如图3所示。

参考文献：

［1］郭天祥.51单片机C语言教程［M］.北京:电子工业出版社，2009（12）.

［2］张洪润，张亚凡主编.传感器技术与应用教程［M］.清华大学出版社，2005.

［3］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2001（03）.

［4］张友汉.电子线路设计应用手册［M］.福建：福建科学技术出版社，2000（01）.

［5］高吉祥.数字系统与自动控制系统设计［J］.北京：电子工业出版社，2007（06）.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.257