基于MSP430MCU的風(fēng)板控制器的設(shè)計

張常友（江西工程學(xué)院，江西　新余　338000）

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基于MSP430MCU的風(fēng)板控制器的設(shè)計

張常友
（江西工程學(xué)院，江西新余338000）

摘要：本系統(tǒng)采用德州儀器公司生產(chǎn)的16位超低功耗MSP430F1611單片機(jī)為控制核心，利用高精度角度傳感器MPU6050連續(xù)的反饋角度信號與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較判斷。從而輸出相應(yīng)的PWM通過場效應(yīng)管IRF3205驅(qū)動左右兩組直流風(fēng)機(jī)，調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。進(jìn)而改變風(fēng)板角度Φ，并采用LCD12864實時顯示風(fēng)板轉(zhuǎn)角及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。通過數(shù)字矩陣按鍵作為人機(jī)交換接口，操作簡便，軟件采用層次化，模塊化設(shè)計方法，使得復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和控制算法得以簡化和快速開發(fā)。

關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)；角度傳感器；直流風(fēng)機(jī)

1　系統(tǒng)總體方案設(shè)計

控制器主要由主控制模塊，顯示模塊，輸入模塊，角度傳感模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊，以及聲光提示模塊組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主控MCU采用的是德州儀器公司生產(chǎn)的16位超低功耗MSP430F1611MCU為控制核心，顯示部分采用的是LCM12864顯示屏，可以實時顯示風(fēng)板的角度，反饋部分采用高精度角度傳感器MPU6050，通過PWM技術(shù)實時控制直流風(fēng)機(jī)的角度。直流風(fēng)機(jī)的驅(qū)動電路采用MOSFET IRF3205驅(qū)動。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

核心控制芯片采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F1611，內(nèi)部資源豐富，片上資源有48KBfash，10240BRAM，8通道12bitA/D，雙12bitD/A，DMA；48個I/O口，16位WDT，1個16位Timer_A（3個捕獲/比較寄存器），1個16位Timer_B（7個捕獲/比較寄存器），2個USART接口，8通道PWM，集成度高，處理速度快，使之能夠?qū)崟r快速的處理計算角度信號并作出相應(yīng)的判斷，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。

電機(jī)控制直接采用MSP430F1611的PWM端口控制IRF3205場效應(yīng)管，通過軟件控制IRF3205，從而控制直流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，形成閉環(huán)系統(tǒng)以達(dá)到風(fēng)板角度達(dá)到穩(wěn)定，IRF3205場效應(yīng)管工作電流可達(dá)110A，幾乎可以滿足所有小型電機(jī)的驅(qū)動電流。

角度傳感器采用MPU6050三軸加速度陀螺儀，該傳感器將測量角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，僅通過兩根數(shù)據(jù)線即可與單片機(jī)進(jìn)行IIC通信，使用簡單，體積小，便于放置，可以滿足題目精度的要求。MPU6050可以將風(fēng)板角度實時反饋回單片機(jī)，單片機(jī)通過對角度的計算并轉(zhuǎn)換后與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的角度進(jìn)行比較，輸出合適的PWM波控制IRF3205調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)對角度的實時控制，如圖2所示。

由于風(fēng)板容易受到外界的風(fēng)力及支撐裝置摩擦力的干擾，無法直接得到轉(zhuǎn)速與PWM占空比的關(guān)系，所以需采用判斷角度傳感器的反饋值與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較再對PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

3　系統(tǒng)的理論分析與計算

在控制角度時為能夠?qū)崟r實現(xiàn)風(fēng)板的角度和設(shè)定角度即時對應(yīng)，軟件上采用查表+微調(diào)的方法來實現(xiàn)，具體方法是：首先給系統(tǒng)上電，將45～135°每個角度所對應(yīng)的左右兩個電機(jī)PWM記錄下來，然后在實際控制時，將預(yù)設(shè)角度和記錄的角度相比較，然后輸出相對應(yīng)PWM值，由于外部環(huán)境的干擾及系統(tǒng)硬件的不確定因素，會使得實際輸出角度存在誤差，所以當(dāng)系統(tǒng)查表輸出相對應(yīng)的PWM波一定時間后，通過角度傳感器的反饋值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，再改變PWM波占空比，微調(diào)轉(zhuǎn)速，從而使測量值與設(shè)定角度相等或最接近。角度控制部分軟件的設(shè)計流程如圖3所示。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.257