2015全國大學生電子設計競賽設計報告風力擺

1、enforcement who, who law popularization, the work, do a good job duties within the scope of work and the related service object of legal publicity and education work. (4) on the effectiveness of legal publicity and education is obvious. perfect and implement the party theory study group, group study

2、, legal seminars, training of the legal system, legal knowledge examination and assessment system, promote leading cadres learning methods often, system; establish long-term mechanism of adolescent students of publicity and education on law; on floating population, migrant workers to carry out its c

3、losely related laws and regulations, publicity and education. (5) around the overall situation to carry out publicity and education on law. stick around a major deployment of the party and the country, major task and the district, state, county party committee, government center, organize momentum,

4、have the effect of legal publicity and education theme activities. with the deep development of promoting economic development, safeguard the peoples livelihood of publicity and education activities, carry out anti violence rule of law and order and with the maintenance of social stability of laws a

5、nd regulations related to the study and publicize, vigorously carry out strict enforcement of the law publicity and education in the typical deeds and favoritism case. give full play to the legal publicity and education in the promotion of the economic and social development, maintaining social harm

6、ony and stability, the service guarantee and improve the livelihood of the people in the area polar effect.strengthen organization of an important node of the legal publicity planning. earnestly carry out 3, 15 consumer rights day, april autonomous region constitutional law awareness month, 12 - 4 n

7、ational legal advocacy, etc. an important node of the legal publicity and education activities, expand the legal publicity and education effect. (vi) to create a legal governance according to law qualified units to the carrier of rule of law in authority to carry out in-depth. conscientiously implem

8、ent the catch double hung system, carry out the creation of legal governance according to law qualified units. combined with practical work to take measures to work for application, solve each into the existing difficulties and problems to ensure my bureau the rule of law into the organs work with r

9、emarkable results. (vii) according to law governance and the rule of law activities to create deepening. insist on the combination of publicity and education in the legal system and the rule of law and practice, consolidate legal governance according to law results based, deepening activities to cre

10、ate the rule. to further promote the legal governance according to law, qualified units to create activities, efforts to enhance our bureau and the rule of law building effect. actively carry out safety production, road traffic, public security, environmental protection and other special rectificati

11、on activities, and further improve the level of rule of law. (viii) actively promoting popularization of governance according to law innovation. make full use of radio, television, newspapers, networks and other media open legal2015年全國大學生電子設計競賽風力擺控制系統(tǒng)（b題）2015年8月15日publicity column (column, pages and

12、 pages), active use of its advantages, make full use of the television building and modern bus tv, mobile news, government information network media to carry out distinctive legal publicity and education. (ix) strengthen legal governance according to law to protect the building. in-depth implementat

13、ion of the , establish reward mechanism, clear job responsibilities, form pays special attention to the legal work force. the franco prussian funding is guaranteed. through a variety of ways to grow publicity team. open exhibition legal propaganda activities on a regular basis.three, job requirement

14、s (a) to strengthen organization and leadership, to the work of self-examination and listed on the agenda of legal popularization and governance according to law, held a special meeting arrangements, the person responsible for, to ensure the orderly conduct of the work.(two) pay attention to the eff

15、ectiveness of the work. in strict accordance with the program to carry out self-examination, but also to sum up good experience and practice, found the existing problems and deficiencies, and put forward the improvement measures in time.since the beginning of this year, xx town in the district, unde

16、r the leadership of the district government and the district commission for discipline inspection, implement the partys eighteen commission for discipline inspection and the eighth session of the fifth plenary session of the spirit of learning, effectively assume responsibility main body, earnestly

17、implement the eight provisions, solidly carry out the work, efforts to solve the populace to reflect strong outstanding problems, to the town to build a clean government and anti-corruption work has achieved great development, give full play to the role of the town commission for discipline inspecti

18、on and supervision, for the towns economic and social good and fast development with a strong political, organization, discipline guarantee. reports are as follows:, grasping the implementation of the responsibility, strict implementation of honest government, accountability to ensure clean and hone

19、st administration the responsibility system strictly enforced, effective implementation, combined with the practical in our town, strengthen construction of a clean and honest administration responsibilities to implement the work of the leadership, the implementation of a pair of leading cadres. sup

20、ervise the town cadres to conscientiously implement the , , increase of the party, government, efforts to check the work of village affairs to ensure standardization of public, program, system. we make full use of hong kong north portal, town government of party and government affairs open column, b

21、lackboard newspaper publicity slogans and village, public bar to the issuance of capital huinong, membership dues collection, party branch public commitments and other open device. items one by one for publicity, and consciously摘 要 本風力擺系統(tǒng)主要包括單片機控制模塊，開關電源（電源模塊）激光筆及小型軸流風機，以及基于六軸傾角儀mpu6050的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中控制模

22、塊采用stm32為核心控制芯片，激光筆作為系統(tǒng)的執(zhí)行機構，12v2.5a的小型軸流風機作為驅動風力擺的唯一動力，用12v的開關電源驅動軸流風機。軸流風機和擺桿通過萬向節(jié)固定在支架上（用粗股導線將風力擺懸掛在支架上）。固定在支架上，測量得到的角度經過軟件處理得到風力擺擺動所需要的pwm值。（本系統(tǒng)的pid算法算法是通過實際經驗試驗出風力擺的控制規(guī)律，穩(wěn)定的完成風力擺運動過程中激光筆畫軌跡。） 關鍵詞：風力擺; stm32; 軸流風機; pid算法; mpu6050 i目 錄一、系統(tǒng)結構方案與設計11、機械結構設計12、主控芯片的論證與選擇13、風力擺結構方案的論證和選擇24、運動控制算法的論證和

23、選擇2二、系統(tǒng)理論分析與計算21、擺桿位置檢測22、風力擺運動控制分析23、 控制算法分析2三、電路與程序設計31、電路的設計3（1）stm32最小系統(tǒng)電路4（2）穩(wěn)壓電源電路42、程序的設計4（1）程序功能描述與設計思路4（2）程序流程圖4四、測試方案與測試結果51、測試方案52、測試條件與儀器53、 測試結果及分析5（1）測試結果(數(shù)據(jù))5（2）數(shù)據(jù)分析與結論7五、結論與心得7六、參考文獻8附錄1：電路原理圖9附錄2：源程序11風力擺控制系統(tǒng)（b題）【本科組】一、系統(tǒng)結構方案與設計1、機械結構設計 我們以生鋼為材料加工成的十字作為風力擺支架的底盤，結構堅固克服擺動時的震動。以實心的鋼棒作為

24、擺桿減小了擺動時的自旋，用萬向節(jié)將擺桿和支架的水平臂連接保證了擺動的靈活性以及達到了擺動角度和速度的精確控制。置于擺桿上的姿態(tài)采集模塊mpu6050作為系統(tǒng)的閉環(huán)控制。四個軸流風機連接成方形作為系統(tǒng)的動力。這樣我們就搭建了一個穩(wěn)定可靠的機械系統(tǒng)，這使系統(tǒng)的各項參數(shù)處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，有利于后期控制系統(tǒng)的調節(jié)。 （本系統(tǒng)的pid算法算法是通過實際經驗試驗出風力擺的控制規(guī)律，穩(wěn)定的完成風力擺運動過程中激光筆畫軌跡。）圖1 風力擺結構示意圖2、主控芯片的論證和選擇方案一：選擇ats89c52單片機作為核心控制芯片，該單片機體積小操作簡單，價格便宜。因為89c52單片機內部沒有集成的函數(shù)庫，且控制芯片

25、外設模塊較多，實際軟件編寫時復雜麻煩。 方案二:選擇stm32單片機進行系統(tǒng)的控制。stm32系列芯片時鐘頻率高達168mhz 具有512k字節(jié)sram，具有極強的處理計算能力。較為適合需要快速反應的倒立擺系統(tǒng)。通過比較，我們選擇方案二，采用stm32單片機作為控制器。3、風力擺結構方案的論證和選擇方案一：采用3個風機連接背向擺成三角形作為擺的結構方案二：用4個風機連接擺成方形。比較：三角形較方形來說結構穩(wěn)固，且風擺整體重量較輕。但在設置風力擺擺動的任意角度時方形結構容易控制，程序算法較為簡單，故采用方形結構。4、運動控制算法的論證和選擇方案一：使用lqr控制器進行控制。lqr控制需要調整兩個

26、矩陣，對于lqr控制來說，需要求解riccati方程和確定q和r權矩陣，算法較為復雜，計算代價較高，相應時間較長，且不易被操作人員理解q與r矩陣的物理意義。 方案二：雖然pid算法調整參數(shù)較為麻煩，但pid可以實現(xiàn)單環(huán)穩(wěn)定，對于pid控制來說，更容易被人理解，pid控制結構簡單，調試方便，易于工程上實現(xiàn)。綜上，我們采用pid控制算法對風力擺運動系統(tǒng)進行控制。二、系統(tǒng)理論分析與計算 1、擺桿位置檢測為了檢測擺桿的角度，從而判斷擺桿的位置。我們采用高精度的串口6軸加速度計/陀螺儀mpu6050模塊不斷采集桿的位置信息。通過mpu6050模塊與單片機的串口通信我們可以直接獲取擺桿的三維角度angel

27、_x，angel_y，angel_z。姿態(tài)采集模塊得到的角用于閉環(huán)控制系統(tǒng)擺動的線路確保激光筆按照要求畫出軌跡。2、風力擺運動控制分析 風力擺采用4個4.65a的軸流風機作為動力系統(tǒng)。姿態(tài)采集模塊mpu6050不斷采集擺桿的角度，返給單片機處理調節(jié)單片機調節(jié)風機的pwm，從而是實現(xiàn)對風力擺的控制。3、控制算法分析本系統(tǒng)采用pid算法來控制風機轉動的速度。風機開始工作后，姿態(tài)采集模塊不斷采集風力擺擺動的角度，并與之前的角度比較使得風力擺的擺動狀態(tài)趨向平穩(wěn)。pid分別表示擺桿的角度比例（p）、角度誤差（i）、角度積分（d）。p：對風擺的當前角度偏差e（t)進行調整，系數(shù)越大調節(jié)速度越快，減小誤差，

28、但是過大的比例，會造成風機速度狀態(tài)的突變，從而導致擺桿狀態(tài)不穩(wěn)定i:加入積分調節(jié)，可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高無誤差度。系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。d:微分調節(jié)反應的是風擺的角速度，可以預見偏差變化的趨勢具有可預見性因而可以產生超前調節(jié)，加入微分調節(jié)可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。比例（p）執(zhí)行器積分（i）微分（d） 傳感器圖2 pid結構原理圖 pid控制器由比例單元（p）、積分單元（i）和微分單元（d）組成。其輸入e (t)與輸出u (t)的關系為：u(t)=kp(e(t)+1/tie(t)dt+td*de(t)/dt) 式中積分的上下限分別是0和t。因此它的傳遞函數(shù)為：g(s)=u(s)/e

29、(s)=kp(1+1/(ti*s)+td*s)其中kp為比例系數(shù)； ti為積分時間常數(shù)； td為微分時間常數(shù) 三、電路與程序設計1、電路的設計 (1)電路模塊 經過上述的分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊采用的最終方案如下： 控制模塊：采用stm32單片機； 姿態(tài)采集模塊:6軸加速度計/陀螺儀mpu6050模塊電源模塊：穩(wěn)壓12v，5v給單片機風機供電鍵盤模塊：采用獨立按鍵； 撥碼開關:5位撥碼開關 蜂鳴器：（用于提示目標任務完成） 根據(jù)題目要求，系統(tǒng)主要實現(xiàn)風力擺的各項功能系統(tǒng)框圖如圖所示激光筆風力擺撥碼開關軸流風機姿態(tài)采集模塊按鍵模塊stm32控制系統(tǒng)圖3 系統(tǒng)框圖（2）stm32最小系統(tǒng)電路（

30、見附錄1）（3）穩(wěn)壓電源的電路設計（見附錄1）2、程序的設計在keil uvision4開發(fā)環(huán)境下，采用c語言編程實現(xiàn)對對傳感器輸入信號的處理、對按鍵、撥碼開關輸入的查詢，以及對風力擺風速、方向的精確控制。（1）程序功能描述與設計思路 程序功能描述： 1）獨立按鍵：實現(xiàn)對風力擺的擺幅控制2）撥碼開關：實現(xiàn)風力擺的模式選擇3）程序設計思路：用pid進行調節(jié)，使倒立擺能夠完成題目要求的各項任務（2）程序流程圖硬件初始化按鍵撥碼開關步進減步進增模式5模式4模式3模式2模式1圖4 程序流程圖四、測試方案和測試結果1、測試方案1、 硬件測試：分別對每個模塊做相應的測試。2、 軟件仿真測試：使用keil

31、mdk軟件進行仿真。 3、硬件軟件聯(lián)調：在符合要求的環(huán)境中按照題目要求對風力擺的各項功能逐一進行測試2、測試條件和儀器測試條件：12v60a開關電源測試儀器：示波器，秒表，尺子，風速儀，數(shù)字萬用表3、測試結果及數(shù)據(jù)分析（1）測試結果(數(shù)據(jù)) 基本要求：(1)從靜止開始，15s內風擺做類似自由擺運動，使激光筆穩(wěn)定在地面畫出一條不短于50cm的直線段并具有良好重復性。表1 風力擺畫長于50cm直線測試測試次數(shù)直線段長度時間149cm11.8s250.2cm10.1s350.1cm13s（2）靜止開始完成，15s內完成幅度可控的擺動，畫出長度在30-60cm間可設置，長度偏差不大于+-2.5cm，并

32、且具有較好的重復性長度設置長度偏差時間30cm1.1cm14.6s45cm0.9cm13s60cm1cm11.5s表2 風力擺畫不同長度直線測試(3) 從靜止開始，15s內按照設置的方向畫出不短于 20cm的直線段。表3 設置方向不短于20cm線段測試測試次數(shù)線段長度時間120.9cm11s219.8cm13.6s320.5cm12.5s(4) 將風擺拉倒一定角度（30-45度）5s內使風擺達到靜止狀態(tài)。風擺角度是否達到靜止時間30是8s35是5.8s40是6.1s表4 風力擺靜止測試 發(fā)揮部分： (1)以風力擺靜止時的激光筆的光點為圓心，風力擺驅動激光筆在地面畫圓30s內需重復3次,圓半徑可

33、在15-35cm范圍內設置，激光筆畫出的軌跡指定半徑+-2.5cm的圓環(huán)內。表5 風力擺畫圓測試圓半徑（r）是否可以畫圓重復3次時間15是25是30是(2) 在發(fā)揮部分(1)后繼續(xù)做圓周運動，在距離風力擺1-2m內用一臺50-60w的臺扇在水平方向吹向風力擺，臺扇吹5s后停止，風力擺能夠在5s內恢復發(fā)揮部分(1)規(guī)定的圓周運動，激光筆畫出符合要求的軌跡。實驗次數(shù)是否可以恢復恢復時間1是7s2否3是5.8s.表6 風力擺抗干擾測試（2）測試分析和結論根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，可以得出以下結論：1、 風力擺能夠很好的完成基本功能和部分發(fā)揮功能。 2、風力擺系統(tǒng)完成任務的時間較快。3、風力擺系統(tǒng)保持了很好的

34、穩(wěn)定性。綜上所述，本設計基本達到設計要求。五、結論與心得 此次全國電子設計競賽雖然只有短短的4天3夜的時間，但是我們團隊卻收獲頗豐。當然此次電子設計競賽不僅是技術的考驗，短暫的時間限制更是對我們心理素質各方面的綜合檢驗。 進入大學后，我們被提供了更多的實踐機會和平臺，我們學習的不再僅僅局限于理論知識。此次電子競賽題目的綜合性很強，將我們之前所學的知識進行融合，這就要求我們在牢固掌握基本理論知識的同時，更需要靈活的運用。 本科組賽題無論哪個題目綜合性都很強，解答的過程也很復雜，在如此短暫的時間內，要想獨立將題目的基礎部分和發(fā)揮部分完成是相當困難的，這就需要一個團隊的緊密，默契合作。團隊組成個體的

35、差異性往往也是造成團隊內部矛盾和不和的主要原因，這就要求我們要學會求同存異，相互之間學會溝通和交流。當然，連續(xù)幾天艱苦的奮戰(zhàn)，辛苦是無可厚非的，可這同樣也磨練了我們的意志。6、 參考文獻1譚浩強.c語言程序設計m.北京:清華大學出版社,20122 全國大學生電子設計競賽組委會. 全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編 （19941995）m.北京：北京理工大學出版社，1997年第1版.3高吉祥，黃智偉，陳和.高頻電子線路m. 北京：電子工業(yè)出版社，2003年第1版 4吳運昌.模擬集成電路原理與應用m.廣州：華南理工大學出版社，2001年第1版 附錄1：電路原理圖圖5 5v穩(wěn)壓電路圖6 12v穩(wěn)壓電

36、路圖7 stm32最小系統(tǒng)原理圖附錄2:源代碼/*函數(shù): int main(void)功能: main主函數(shù)參數(shù): 無返回: 無*/int main(void) unsigned char temp11; u8 t; rcc_configuration(); /初始化時鐘 gpio_configuration(); /初始化io端口 delay_init(72); /初始化延時函數(shù) nvic_configuration(); /中斷優(yōu)先級初始化led_init(); /初始化與led連接的硬件接口key_init(); /初始化與按鍵連接的硬件接口led0=1; /點亮led usart1_c

37、onfig(); /初始化 配置usart1 usart2_config(); /初始化 配置usart2 （用于接收mpu6050數(shù)據(jù)） tim3_pwm_init(1000-1,719); / 1分頻 周期 1/72000 頻率 tim_setcompare1(tim3,200); / 設置占空比 20%gpioc- 6,7,8,9 tim_setcompare2(tim3,0); /設置占空比 40% tim_setcompare3(tim3,0); /設置占空比 60% tim_setcompare4(tim3,0); /設置占空比 80% if(sign) memcpy(temp,r

38、e_buf,11); sign=0; if(re_buf0=0x55) /檢查幀頭 switch(re_buf1) case 0x51: /標識這個包是加速度包 a0 = (short)(temp38 | temp2)/32768.0*16; /x軸加速度 a1 = (short)(temp58 | temp4)/32768.0*16; /y軸加速度 a2 = (short)(temp78 | temp6)/32768.0*16; /z軸加速度 t = (short)(temp98 | temp8)/340.0+36.25; /溫度 break; case 0x52: /標識這個包是角速度包

39、w0 = (short)(temp38| temp2)/32768.0*2000; /x軸角速度 w1 = (short)(temp58| temp4)/32768.0*2000; /y軸角速度 w2 = (short)(temp78| temp6)/32768.0*2000; /z軸角速度 t = (short)(temp98| temp8)/340.0+36.25; /溫度 break; case 0x53: /標識這個包是角度包 angle0 = (short)(temp38| temp2)/32768.0*180; /x軸滾轉角 angle1 = (short)(temp58| tem

40、p4)/32768.0*180; /y軸俯仰角 angle2 = (short)(temp78| temp6)/32768.0*180; /z軸偏航角 t = (short)(temp98| temp8)/340.0+36.25; /溫度 break; default: break; if(mode=1) if(angle0-10) if(angle00&w00&w00) tim_setcompare1(tim3,0); / 設置占空比 20%風扇1 tim_setcompare2(tim3,1000); /設置占空比 40% 風扇2 tim_setcompare3(tim3,1000); /設置占空比 60%風扇3 tim_setcompare4(tim3,1000); /設置占空比 80%風扇4 else if(angle00&w00)|(angle00) tim_setcompare1(tim3,1000); / 設置占空比 20%風扇1 tim_setcompare2(tim3,1000); /設置占空比 40% 風扇2 tim_setcompare3(tim3,0); /設置占空比 60%風扇3 tim_setcompare4(tim