基于单片机控制的角度自动调整系统设计

作者：时间：2012-02-23 来源：网络收藏

由于单片机只能处理数字信号，因此需要通过一个A／D转换电路把模拟信号转换为数字信号送给单片机系统。WDD35D4角度传感器的量程为：0～2 k，角度传感器两端电压为12 V，由于帆板受到风力，使得帆板带动角度传感器的旋转，从而改变角度传感器分得的电压，因此我们得到的控制算法为(x为假设的角度传感器输出电压模拟量)：

2．2 PWM控制原理
PWM的意思是脉宽调节，也就是调节方波高电平和低电平的时间比，一个20％占空比波形，会有20％的高电平时间和80％的低电平时间，而一个60％占空比的波形则具有60％的高电平时间和40％的低电平时间，占空比越大，高电平时间越长，则输出的脉冲幅度越高，即电压越高。如果占空比为0％，那么高电平时间为0，则没有电压输出。如果占空比为100％，那么输出全部电压。所以通过调节占空比，可以实现调节输出电压的目的，而且输出电压可以无级连续调节。从而可精确调整电动机的转速。
分辨率也就是占空比最小能达到多少，如8位的PWM，理论的分辨率就是1：255(单斜率，即28之一)，16位的PWM理论就是1：655 35(单斜率，即216之一)。为提高系统中的分辨率，本系统中采用10位的PWM，理论上的分辨率为1：1 024。
本系统设计的核心算法为PID算法，它根据本次采集的数据与设定值进行比较得出偏差e(n)，对偏差进行PID运算，最终利用运算结果控制PWM脉冲的占空比来实现对加在电机两端电压的调节，进而控制电机转速。其运算公式为：
u(n)=Kp[e(n)-e(n-1)]+KIe(n)+KD[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]+u0 (8)

3 硬件主要模块电路设计与分析
3．1 驱动电路
根据电路系统设计要求，驱动电路采用了L298N集成电路。L298N是一种高压、大电流双全桥式驱动器，其设计是为接受标准TTL逻辑电平信号和驱动电感负载的。L298N芯片可驱动48 V、2A以下的电机。电路图如图3所示。L298N驱动1个电机，OUT3、OUT4之间接1个电动机。 5、7、10、12、脚接输入控制电平，ENA接控制使能端(PWM信号)，控制电机的停转。

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