基于MMA7361角度傳感器的帆板控制系統(tǒng)設(shè)計

單片機(jī)作為微控制器的一種，廣泛應(yīng)用于日常生活。該課程由于其綜合性和實踐性較強(qiáng)，涉及知識較多，對培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生運用單片機(jī)技術(shù)的硬件、軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計的能力，學(xué)生分析問題，解決問題的能力，高職學(xué)生職業(yè)技能，實踐創(chuàng)新能力有重要的作用，為從事自動控制及應(yīng)用電子產(chǎn)品的檢測、設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)要求通過鍵盤預(yù)置角度，利用風(fēng)扇風(fēng)力大小控制帆板轉(zhuǎn)角，并實時顯示。涉及了角度檢測、電機(jī)驅(qū)動、PWM、閉環(huán)控制、AD轉(zhuǎn)換等單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，是帆板自主航行系統(tǒng)中重要的組成部分。

1 系統(tǒng)方案描述

根據(jù)要求，本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、人機(jī)交互模塊、風(fēng)扇控制模塊、角度檢測模塊、聲光報警模塊、系統(tǒng)電源6大模塊構(gòu)成，具體框圖如圖1所示。

1.1 微處理器模塊

采用STC公司的STC12C5A60S2單片機(jī)作為微處理器。

該單片機(jī)為增強(qiáng)型51單片機(jī)，具有高速、低功耗及超強(qiáng)抗干擾等特點，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換器(速度達(dá)25萬次/秒)，非常符合系統(tǒng)要求。

1.2 角度檢測模塊

采用MMA7361加速度角度傳感器測量角度。加速度角度傳感器是通過測量由于重力引起的加速度計算出器件相對于某一平面的傾斜角度。角度傳感器反應(yīng)靈敏、輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且價格適中。利用加速度傳感器進(jìn)行角度測量分為3種：單軸傾角測量、雙軸傾角測量和三軸傾角測量。

本次設(shè)計中，由于只要測量帆板與豎直方向夾角，故選用單軸傾角測量。單軸傾角測量的原理如圖2所示，單個軸(即x軸)通過重力旋轉(zhuǎn)。

由于本方法近僅使用單個軸且要求重力矢量，僅當(dāng)器件具有特定方向且x軸始終具有處于中心面時，算出的傾角才能準(zhǔn)確。根據(jù)基本三角原理，x軸上的重力矢量投影會產(chǎn)生等于加速度計x軸與水平線夾角正弦值的輸出加速度。水平線通常為與重力矢量垂直的平面。在重力為理想值1 g時，輸出加速度為：

AX.OUT[g]=lgxsin(φ)

在實際使用中，查閱所用傳感器MMA7361技術(shù)手冊及利用加速度傳感器測量角度的原理，可得輸出電壓與測量角度的關(guān)系為：

其中，VOUT表示加速度傳感器的輸出電壓，VOFFSET表示重力加速度為0 g加速度傳感器的偏移量，

表示加速度傳感器的靈敏度，1 g表示地球上的重力加速度，θ表示偏轉(zhuǎn)角度。