基于單片機控制的角度自動調整系統設計

摘要：本系統采用單片機STC12C5A08S2作為主控芯片，輸出可控的PWM信號，通過L298N專用驅動電路對風扇的轉速進行控制，調節風力大小，改變帆板偏轉角度。使用WDD35D4角度傳感器檢測帆板偏轉角度，檢測信號送回單片機控制系統，形成閉環系統。系統可通過鍵盤輸入進行風力控制達到自動調整帆板偏轉角度目的。同時系統還可通過顯示電路實時顯示帆板偏轉角度值。
關鍵詞：單片機；帆板；偏轉角度；角度傳感器

角度自動調整控制系統在航空航天、航海、汽車駕駛等現實生活領域中都有重要應用，因此有著非常重要的研究價值和廣泛的應用價值。把單片機與角度傳感器有效結合起來，就可實現一般領域的角度自動調整控制。文中詳細介紹了基于單片機控制的角度自動調整系統設計方法，該系統針對帆板角度進行控制，可根據需要自動調整帆板偏轉角度大小。

1 系統方案設計及電路工作原理
本系統包括單片機控制系統、角度檢測電路、驅動電路、角度檢測電路、顯示電路、電源電路、機械控制模塊等組成，如圖1所示。

系統設計方案總體描述：方案設計的思路就是由單片機控制系統輸出PWM驅動信號給驅動電路，由驅動電路驅動風扇運轉，從而使帆板發生角度偏轉，角度檢測電路檢測帆板偏轉角度值送給單片機控制系統，由液晶顯示器上顯示出帆板所偏轉的角度。
控制系統采用單片機控制系統STC1205A08S2。由單片機輸出PWM信號給驅動電路，改變輸出電壓，從而實現對風扇轉速的改變。由于單片機系統是一個數字系統，其控制信號的變換受外界干擾小，整個系統工作可靠，從而利用單片機控制系統更能精確的實現對PWM波占空比的調整，達到對帆板角度偏轉進行精確地調整。且具有價格便宜、電路簡單等優點。
角度檢測電路采用WDD35D4角度傳感器。WDD35D4采用硬質鋁合金材料制作外殼，采用導電塑料作為電阻材料，多種電阻值可選，獨立線性度可達到0．1％，具有機械壽命長，分辨率高，轉動順滑，動態噪聲小的優良性能。
驅動電路采用采用PWM控制專用驅動芯片L298N。L298N是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46 V、2 A以下的電機。
顯示電路用LCD液晶進行顯示。LCD液晶顯示由于其驅動電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、無閃爍、顯示清晰、使用方便、顯示快速等優點而得到了廣泛的應用。
風扇采用型號為WFB1212LE的大口徑風扇。在選擇風扇時應考慮風扇的材料、性能強勁、工作穩定、壽命長等特性，還要考慮風扇的地面尺寸。與風扇地面尺寸息息相關的數據是過風面積，進一步影響到風扇的重要指標是風量，擁有更大的地面尺寸，一般就可以獲得更大的過風面積，在風速相當的情況下，將獲得更大的風量。
機械控制模塊的設計關鍵是使帆板轉動自由、能順利回到零點；角度傳感器輸出精度高。直接把角度傳感器和帆板轉軸相連。此方案簡單、可行。但若帆板轉動范圍較小，角度傳感器輸出角度也較小，輸出精度相對低些。

2 理論分析與計算
2．1 測量角度原理
角度傳感器是一種精密的線繞電位器，如圖2所示。

由于角度傳感器是線性電位器，則有

若最大角αmax和最大輸入電壓Umax往往是已知，若求出或測出輸出電壓，便可計算或測量角度。