基于STC12C5A60S2的單片機帆板控制系統

劉增俊

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132000）

基于STC12C5A60S2的單片機帆板控制系統

劉增俊

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132000）

本系統以STC12C5A60S2單片機作為系統的核心控制芯片，經過充分的比較與論證，最終選用驅動模塊L298N，通過單片機輸出PWM脈沖，更好地實現了電機的調速；并且加入PID控制，實現了控制角度的優化。系統顯示部分采用12864液晶顯示，編程容易，并且現實的信息量大。

STC12C5A60S2；PWM脈沖；L298N

1 系統方案選擇及論證

本系統主要由主控制模塊、驅動模塊、采集模塊、顯示模塊、電源模塊組成，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統總框圖

該系統的工作原理是：通過調節裝置（單片機）控制電機驅動芯片L298N,控制兩臺電機帶動風扇的轉動（通過調節PWM調節電機的轉速），使帆板與豎直平面達到到一定的夾角（45°～135°），通過角度傳感器不斷測量帆板的轉角（即實際轉角），該實際轉角與給定轉角作比較，形成轉角偏差，通過直流電機控制風扇的轉速，通過PID控制不斷修正該轉角偏差，最終使轉角保持在給定范圍之內。

（1）主控制器的選擇。采用STC12C5A60S2單片機，其特點是高速、低功耗、超強抗干擾，器件采用的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8路AD與兩路PWM。

（2）電源模塊的選擇。使用交流電220V供電，搭建獨立電源模塊，經變壓器變壓后，再用7812、7805芯片進行穩壓。5V電源為單片機及其他傳感器、顯示屏等模塊供電。使用220V交流電不僅能保證電量充足，而且相對于干電池有恒定的電壓和電流。

（3）角度信號采集模塊的選擇。方案一：采用WDD35D4角度傳感器（精密電阻式），WDD35D4角度為機械位移量轉換成電信號，將傳感器的安置在固定部位，通過電刷在電阻基體上的位移來測量不同的阻值，再通過AD0804轉換傳遞給單片機，實現角度檢測，WDD35D4有機械壽命長，分辨率高，轉動順滑，動態噪聲小的優良性能。且該方案實現較易，精度為1.4度。

（4）A/D轉換模塊的選擇。利用STC12系列單片機內部AD10位模數轉換器，在該系統中節省硬件結構與接線非常適合在系統測量中的應用。適合在系統測量中的應用。

（5）驅動模塊的選擇。采用L298N驅動芯片。L298N芯片是較常用的電機驅動芯片。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性能，可用單片機的I/O口提供信號，其輸出的PWM脈沖控制直流電機，能夠對電機轉速的上升與下降進行平滑調節，保證調節過程中本身對風扇的影響最低，且電路簡單、易用、穩定，具有較高的性價比。

2 系統硬件設計與實現

2.1 系統硬件的基本組成

本系統主要由主控制模塊、驅動模塊、采集模塊、顯示模塊、電源模塊組成其結構框圖如圖2所示，幾個模塊之間相互獨立且存在聯系，實現狀態的上傳和控制命令的下發。

圖2 系統控制框圖

2.2 硬件電路模塊設計

（1）驅動模塊電路設計。驅動模塊采用L298N驅動芯片。利用12V電源供電，通過單片機的I/O口提供輸入信號，其輸出的PWM脈沖控制直流電機，能夠對電機轉速的啟動與停止進行調節。

（2）顯示模塊電路設計。顯示模塊利用ST7920的12864液晶顯示，液晶通過串行工作方式與單片機I/O口連接，當顯示數據時，液晶能很好地顯示出所要的效果。

（3）主控制電路設計。主控制電路主要由單片機、獨立按鍵等部分組成，通過控制主控電路來控制系統的正常運行，從而實現要求。電路圖如圖3所示。

圖3 主控電路電路圖

3 軟件設計

（1）程序功能描述。根據題目要求軟件部分主要實現鍵盤的設置和液晶的顯示。①鍵盤實現功能：首先，鍵盤我們選擇8個獨立按鍵，通過調節按鍵來控制電機的轉速從而控制風速的大小、風扇的啟動與停止以及設定角度的調節。②顯示部分：在液晶上顯示帆板轉動的實時角度，并且顯示程序設定的角度。

（2）程序設計思路。通過按鍵控制單片機輸出PWM脈沖，經驅動電路L298N帶動電機的轉動與電機的控制，從而控制帆板的旋轉的角度，經AD轉換芯片將傳感器輸出的模擬信號量轉換成數字信號量，送回到單片機中，與實際角度相比較后，經PID調節輸出PWM的脈寬，來控制電機的轉速達到調解帆板角度的目的。

4 測試結果

（1）用手轉動帆板時，能夠數字顯示帆板的轉角θ，顯示范圍為45～135°，分辨力為2°，絕對誤差≤5°。測試結果如表1所示。

表1 測試結果1

表2 測試結果

（2）當間距d=10cm時，通過鍵盤設定帆板轉角，其范圍為45～135°。要求θ在5s內達到設定值，并實時顯示θ，最大誤差的絕對值不超過5°。測試結果如表2所示。

4 結語

根據上題例子可以看出，我們采用的加工方法相當自動編程里輪廓銑精加工命令，等高輪廓銑主要用于陡峭曲面的精加工，由于本例未給出表面粗糙度值，加工余量并不大，加工精度要求高時，或是加工余量較大時，工藝安排時可采用一次粗加工后再精加工輪廓，這樣有利于提高工件的形狀精度。如果采用編程軟件（如MASTERCAM）來生成這個程序的話，那么程序長度將會很長，對于程序本身的閱讀和修改都不是很方便 ，而且也會過多占用計算機的內存。如果使用宏程序的話，就很容易解決這個問題。

［1］雷玉勇.宏程序在數控銑削凸球面類零件中的應用研究［J］．煤礦機械，2012，（1）:15．

［2］桂慧，孫亮波．宏程序在橢圓分布孔數控加工編程中的應用［J］．煤礦機械.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

劉增俊（1978-），男，講師，主要研究方向：供用電技術。