基于AVR单片机帆板控制系统的设计

为了解决帆板在与风机近距离且小角度转动时，其稳定性不易精确控制的难题，我们采用可自动跳变的双电源，即供给L298芯片的主电源VCC_K有9V和20V两种电压。单片机根据预置参数的大小，控制三极管Q2驱动继电器K1，自动切换两种电源的输出。

显示电路略。

系统软件设计

PWM算法设计

由于风扇与帆板之间的距离d不固定，每次风扇电机起动时，PWM先按最大值距离时预置参数对应的PWM2值给定，当控制帆板转到预置参数值后，PWM值按下列公式计算出。

PWM=PWM2-((PWM2-PWM1)/K)×(θ1-θ2)

θ1=帆板转动的实际角度值；

θ2=预置参数；

PWM1最小距离时θ2对应的PWM值(由实验获得)；

PWM2最大距离时θ2对应的PWM值(由实验获得)；

K=d+13

PWM赋值范围是0~255。

软件流程设计

角度检测单元

角度检测单元主程序流程框图见图8所示，主要包括：

（1）初始化：I2C模式通信设置、定时器中断等；

（2）采集判断：采集完成标志位有效，传感器的数据保留；

（3）数据运算：每次采集到实际角度的信息,线性化后转换成可显示的角度值；

（4）50次采集判断：是否完成了50次角度数据采集；

（5）生成偏差量：实测帆板转角与预置参数运算，生成待调节的偏差量。

图8 角度检测单元主程序流程框图

控制单元

控制单元主程序流程，主要包括初始化、起动按键判断与处理、停止按键判断与处理、报警判断与处理和设置参数判断与处理等。

（1）初始化：主要包括引脚配置初始化、相关参数初始化等；

（2）起动按键判断与处理：按键有效，执行电机起动子程序（主要工作：读出EEPROM中预置参数，由PWM信号控制电机驱动器输出，并累计控制过程的用时）；

（3）停止按键判断与处理：按键有效，执行电机停止子程序（主要工作：停止电机驱动器输出，并清零累计控制过程的时间）；

（4）报警判断与处理：帆板转到预置参数时，执行声光报警子程序（主要工作：声光报警，停止累计控制过程的用时）；

（5）设置参数判断与处理：按键有效，执行参数设定子程序（主要工作：实现帆板转动的预置参数设定，并存储保留参数值）。

测试方案与测试结果

1.测试仪器：量角器、刻度尺、示波器、温度计、数字万用表。

2.测试结果分析：经反复测试，要达到分辨力为1°、绝对误差≤3°、调整时间小于3秒、距离d在5cm~18cm 范围可变、旋转角度在0~20°之间变化时，电机供电电压应为9V；当风帆转角在21°~70°之间变化时，电机供电电压应为20V。对应的PWM数据如表1所示。

表1 PWM数据