基于MSP430MCU的風板控制器的設計

張常友（江西工程學院，江西　新余　338000）

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基于MSP430MCU的風板控制器的設計

張常友
（江西工程學院，江西新余338000）

摘要：本系統采用德州儀器公司生產的16位超低功耗MSP430F1611單片機為控制核心，利用高精度角度傳感器MPU6050連續的反饋角度信號與系統預先設定值進行比較判斷。從而輸出相應的PWM通過場效應管IRF3205驅動左右兩組直流風機，調整風機轉速。進而改變風板角度Φ，并采用LCD12864實時顯示風板轉角及系統運行狀態。通過數字矩陣按鍵作為人機交換接口，操作簡便，軟件采用層次化，模塊化設計方法，使得復雜的數學模型和控制算法得以簡化和快速開發。

關鍵詞：MSP430單片機；角度傳感器；直流風機

1　系統總體方案設計

控制器主要由主控制模塊，顯示模塊，輸入模塊，角度傳感模塊，電機驅動模塊，以及聲光提示模塊組成，具體結構如圖1所示。主控MCU采用的是德州儀器公司生產的16位超低功耗MSP430F1611MCU為控制核心，顯示部分采用的是LCM12864顯示屏，可以實時顯示風板的角度，反饋部分采用高精度角度傳感器MPU6050，通過PWM技術實時控制直流風機的角度。直流風機的驅動電路采用MOSFET IRF3205驅動。

2　系統硬件設計

核心控制芯片采用TI公司生產的MSP430F1611，內部資源豐富，片上資源有48KBfash，10240BRAM，8通道12bitA/D，雙12bitD/A，DMA；48個I/O口，16位WDT，1個16位Timer_A（3個捕獲/比較寄存器），1個16位Timer_B（7個捕獲/比較寄存器），2個USART接口，8通道PWM，集成度高，處理速度快，使之能夠實時快速的處理計算角度信號并作出相應的判斷，使系統更加的穩定可靠。

電機控制直接采用MSP430F1611的PWM端口控制IRF3205場效應管，通過軟件控制IRF3205，從而控制直流風機的轉速，形成閉環系統以達到風板角度達到穩定，IRF3205場效應管工作電流可達110A，幾乎可以滿足所有小型電機的驅動電流。

角度傳感器采用MPU6050三軸加速度陀螺儀，該傳感器將測量角度轉換成數字信號，僅通過兩根數據線即可與單片機進行IIC通信，使用簡單，體積小，便于放置，可以滿足題目精度的要求。MPU6050可以將風板角度實時反饋回單片機，單片機通過對角度的計算并轉換后與系統預先設定的角度進行比較，輸出合適的PWM波控制IRF3205調整風扇的轉速，以實現對角度的實時控制，如圖2所示。

由于風板容易受到外界的風力及支撐裝置摩擦力的干擾，無法直接得到轉速與PWM占空比的關系，所以需采用判斷角度傳感器的反饋值與系統預先設定值進行比較再對PWM進行調節控制。

3　系統的理論分析與計算

在控制角度時為能夠實時實現風板的角度和設定角度即時對應，軟件上采用查表+微調的方法來實現，具體方法是：首先給系統上電，將45～135°每個角度所對應的左右兩個電機PWM記錄下來，然后在實際控制時，將預設角度和記錄的角度相比較，然后輸出相對應PWM值，由于外部環境的干擾及系統硬件的不確定因素，會使得實際輸出角度存在誤差，所以當系統查表輸出相對應的PWM波一定時間后，通過角度傳感器的反饋值與預設值進行比較，再改變PWM波占空比，微調轉速，從而使測量值與設定角度相等或最接近。角度控制部分軟件的設計流程如圖3所示。

參考文獻：

［1］郭天祥.51單片機C語言教程［M］.北京:電子工業出版社，2009（12）.

［2］張洪潤，張亞凡主編.傳感器技術與應用教程［M］.清華大學出版社，2005.

［3］童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社，2001（03）.

［4］張友漢.電子線路設計應用手冊［M］.福建：福建科學技術出版社，2000（01）.

［5］高吉祥.數字系統與自動控制系統設計［J］.北京：電子工業出版社，2007（06）.

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