【正文】 單片機(jī) ATMEGA328的處理速度和 ram資源的限制，一般不采用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，而將 所有參數(shù)全部用整數(shù)，運(yùn)算到最后再除以一個(gè) 2的 N次方數(shù)據(jù)（相當(dāng)于移位），作類似定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，可大大提高運(yùn)算速度，根據(jù)控制精度的不同要求，當(dāng)精度要求很高時(shí)，注意保留移位引起的 “ 余數(shù) ” ，做好余數(shù)補(bǔ)償。 圖 位置式 PID 控制算法的簡(jiǎn)化示意圖 A、圖 B。 ATMEGA328 單片機(jī)通過(guò) AD 對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，變成數(shù)字信號(hào)，再在單片機(jī)中通過(guò)算法實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算，再通過(guò) DA 把控制量反饋回控制源。當(dāng)帆板 受到風(fēng)扇風(fēng)力 運(yùn)動(dòng)時(shí)，三軸加速傳感器檢測(cè)到帆板 運(yùn)動(dòng)的輸出信號(hào)， 把該輸出的電壓值用三角函數(shù)數(shù)出來(lái)在把結(jié)果送往 張家界10 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ATMEGA328 單片機(jī)進(jìn)行處理，通過(guò)按鍵控制與液晶顯示屏進(jìn)行顯示。 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速 、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步，兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)的越快 。如果電機(jī)運(yùn)動(dòng)則可將 IN1， IN2 和 IN3， IN4兩對(duì)引腳分別接高低電平，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出 PWM 信號(hào)控制 A,B 即可。 用電阻和電容組成高通濾波電路 ，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整輸入脈沖的占空比，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。 2. 單元電路設(shè)計(jì) 風(fēng)扇控制電路 9 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 風(fēng)扇控制電路 主要是由 ATMEGA32 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。只有Ｔｄ合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間 。 離散化公式： Δu(t) = q0e(t) + q1e(t 1) + q2e(t2) 當(dāng) |e(t)|≤β 時(shí) q0 = Kp(1+T/Ti+Td/T) q1 = Kp(1+2Td/T) q2 = Kp Td /T 當(dāng) |e(t)|＞ β 時(shí) q0 = Kp(1+Td/T) q1 = Kp(1+2Td/T) q2 = Kp Td /T u(t) = u(t1) + Δu(t) 微分控制對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔｄ偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。特別是對(duì)于溫度、成份等變化緩慢的過(guò)程，這一現(xiàn)象將更嚴(yán)重。 遇限消弱積分： 一旦控制變量進(jìn)入飽和區(qū)，將只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算而停止進(jìn)行增大積分項(xiàng)的運(yùn)算。其中的集成電路 ATMEGA328單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶顯示模塊、 控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)改變風(fēng)扇風(fēng)力的大小從而改變帆板的角度，角度傳感器把接收到的輸出信號(hào)傳送給 ATMEGA328單片機(jī)進(jìn)行處理再更新顯示。 綜上所述，選擇方案三，用鋁板作為帆板使用。 方案三、 采用 鋁板 作為 帆板。泡沫的體積太輕，很容 易滿足設(shè)計(jì)所需要的角度，缺點(diǎn)： 泡沫的穩(wěn)定性不高，干擾成分太多。 考慮風(fēng)力的大小和自身重力，不宜采用。 7 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案一、 采用 電路板 作為帆板?？梢燥@示英文及數(shù)字，利用程序去驅(qū)動(dòng)液晶 顯示模塊，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且界面美觀舒適，耗電小。但在此次設(shè)計(jì)中需要設(shè)定的參數(shù)種類多，使用 LED 數(shù)碼管不能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不宜采用。 方案一、采用 LED 數(shù)碼管顯示。 該傳感器的優(yōu)點(diǎn)：線性精度高、體積小 、工作可靠、 標(biāo)識(shí)清晰、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。 方案三 、 采用 MMA7455 三軸加速度傳感器， 利用 物體運(yùn)動(dòng)和方向改變輸出信號(hào)的電壓值 ， 把檢測(cè)到的信號(hào)傳送給 ATMEGA328 的 AD 轉(zhuǎn)化器進(jìn)行轉(zhuǎn)化與讀取此輸出信號(hào) 。 方案二、采用電位器進(jìn)行調(diào)角：帆板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電位器 跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，電壓隨之發(fā)生變化，通過(guò)電壓的值轉(zhuǎn)換成角度值。 電刷在導(dǎo)軌上移動(dòng)獲得輸出，數(shù)值越小，精度越高。 方案 一、 采 用 WDS35D4 精密導(dǎo)電塑料角位移傳感器 ， 利用 該傳感器的輸入端加上一個(gè)直流電壓，在輸出端得到一個(gè)直流電壓信號(hào)， 把角度位移的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，用輸出電壓進(jìn)行角度位移的 控制。利用該方法方便簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。只需使用兩節(jié)電池，既節(jié)省了電池，又減小了系統(tǒng)體積重量，但該電路供電電流小，供電時(shí)間短，無(wú)法是相對(duì)龐大的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。 方案二、 采用升壓型穩(wěn)壓電路。 方案論證與比較 系統(tǒng)需要多個(gè)電源， ATMEGA32 L29 MMA7455 都使用 5V的穩(wěn)壓電源，電 6 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)驅(qū)動(dòng)需要 24V 電壓。 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路 題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)翻版控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小，改變帆板轉(zhuǎn)角 θ 。 （ 3） 帆板的材料和厚度自定，固定軸應(yīng)足夠靈活，不阻礙帆板運(yùn)動(dòng)。 說(shuō)明 （ 1） 調(diào)速裝置自制。最大誤差的絕 5 張家界 航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 對(duì)值不超過(guò) 5176。 （ 2） 間距 d 在 7~15cm 范圍內(nèi)任意選擇，通過(guò)鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角，范圍為 0~60176。要求 θ在 5 秒內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，并實(shí)時(shí)顯示θ。要求控制過(guò)程在 10 秒內(nèi)完成，實(shí)時(shí)顯示θ，并 由聲光提示，以便進(jìn)行測(cè)試。 5176。 （ 3）當(dāng)間距 d=10cm 時(shí)，通過(guò)操作鍵盤控制風(fēng)力大小，使帆板轉(zhuǎn)角θ穩(wěn)定在 45176。 （ 2）當(dāng)間距 d=10cm 時(shí)，通過(guò)操作鍵盤控制風(fēng)力大小，使帆板轉(zhuǎn)角θ能夠 在 0~60176。 分辨力為 2176。 基本 要求 （ 1）用手轉(zhuǎn)動(dòng)帆板時(shí)，能夠數(shù)字顯示帆板的轉(zhuǎn)角θ。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。 178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 17 附錄 3 程序清單178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 15 附錄 1 元器件明細(xì)表178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 15 5. 總結(jié) 178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 14 測(cè)試結(jié)果分析178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 14 測(cè)試數(shù)據(jù)完整性 178。178。178。 178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 13 程序流程圖178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 10 3. 軟件設(shè)計(jì)178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 178。178。178。1