基于MMA7361角度傳感器的帆板控制系統設計

單片機作為微控制器的一種，廣泛應用于日常生活。該課程由于其綜合性和實踐性較強，涉及知識較多，對培養和鍛煉學生運用單片機技術的硬件、軟件進行開發設計的能力，學生分析問題，解決問題的能力，高職學生職業技能，實踐創新能力有重要的作用，為從事自動控制及應用電子產品的檢測、設計奠定基礎。

該系統要求通過鍵盤預置角度，利用風扇風力大小控制帆板轉角，并實時顯示。涉及了角度檢測、電機驅動、PWM、閉環控制、AD轉換等單片機應用技術，是帆板自主航行系統中重要的組成部分。

1 系統方案描述

根據要求，本系統由單片機最小系統、人機交互模塊、風扇控制模塊、角度檢測模塊、聲光報警模塊、系統電源6大模塊構成，具體框圖如圖1所示。

1.1 微處理器模塊

采用STC公司的STC12C5A60S2單片機作為微處理器。

該單片機為增強型51單片機，具有高速、低功耗及超強抗干擾等特點，內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換器(速度達25萬次/秒)，非常符合系統要求。

1.2 角度檢測模塊

采用MMA7361加速度角度傳感器測量角度。加速度角度傳感器是通過測量由于重力引起的加速度計算出器件相對于某一平面的傾斜角度。角度傳感器反應靈敏、輸出數據準確且價格適中。利用加速度傳感器進行角度測量分為3種：單軸傾角測量、雙軸傾角測量和三軸傾角測量。

本次設計中，由于只要測量帆板與豎直方向夾角，故選用單軸傾角測量。單軸傾角測量的原理如圖2所示，單個軸(即x軸)通過重力旋轉。

由于本方法近僅使用單個軸且要求重力矢量，僅當器件具有特定方向且x軸始終具有處于中心面時，算出的傾角才能準確。根據基本三角原理，x軸上的重力矢量投影會產生等于加速度計x軸與水平線夾角正弦值的輸出加速度。水平線通常為與重力矢量垂直的平面。在重力為理想值1 g時，輸出加速度為：

AX.OUT[g]=lgxsin(φ)

在實際使用中，查閱所用傳感器MMA7361技術手冊及利用加速度傳感器測量角度的原理，可得輸出電壓與測量角度的關系為：

其中，VOUT表示加速度傳感器的輸出電壓，VOFFSET表示重力加速度為0 g加速度傳感器的偏移量，

表示加速度傳感器的靈敏度，1 g表示地球上的重力加速度，θ表示偏轉角度。