【深大电赛】气压控制装置

简介:本设计实现一种气压控制装置的设计,能够对一个气囊的气压进行采集并显示在屏幕上,利用旋钮设定目标气压,控制板能控制外设对气囊进行气压检测、充气、放气。

开源协议: CC-BY-NC-SA 3.0

发布时间:2020-06-17 15:05:23
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描述

系统框图.png本方案选用STM32F103R8T6单片机[1]作为微处理器,负责整个气压控制系统数据处理和外设控制工作。

选用MPS-3119系列压力传感器采集气囊的气压数据,传感器微弱的电压信号首先需要经过放大才能输入给AD转换器使用,本方案选用INA128测量放大器[2]进行信号放大,该放大器精度高,增益可调节,有高共模抑制比和低温飘的特点,适合用于小信号的放大。放大后的信号输入到单片机片内的ADC,转化成数字信号后再输入到微控制器中进行进一步操作。

利用两个旋转编码开关作为参数调整输入,其中一个用来设置目标气压值,初始时为粗调模式,旋转编码开关可以按动,按下旋钮开关切换粗调与细调模式。粗调模式时,编码器顺时针转动一圈气压目标值+20,逆时针转动一圈-20,变化步长为1,细调模式时,顺时针转动一圈气压目标值+2,逆时针转动一圈-2,变化步长为0.1。目标气压的调整范围为0.0~30.0另一个旋转编码开关作为充/放气速度的调整旋钮,顺时针转动一格充/放气速度+1,逆时针转动一格-1,变化范围为0到10,按键切换调整充气速度和放气速度。 利用5V直流驱动的气泵对气囊进行充气,由单片机输出PWM信号控制一个NMOS场效应管的开关,并由NMOS控制气泵的工作,PWM输出的频率为5Hz。气泵输出端连接一个单向气阀,防止空气倒流造成气囊漏气。 放气电路选用5V直流驱动的两位三通微型电磁阀,该电磁阀有三个接口(如右图所示)。1孔连接气囊,2孔用于排气,3孔连接气泵,同时连接一个单向阀防止气体从气泵倒流。在电磁阀不通电时,气泵可以随时给气囊充气,电磁阀通电时,气泵充气通道关闭,同时气囊开始放气。

气压控制系统的状态由一个0.96寸12864 OLED显示屏模块显示,该显示屏由IIC接口控制,共有四个引脚,除了电源和地,还有一个时钟信号引脚和一个数据线引脚,可以由3.3V的单片机引脚直接驱动。该显示模块有128×64个像素,显示一个汉字需要16×16个像素,所以该模块能同时显示4行汉字,可以同时显示当前气压、目标气压、充气速度、放气速度、并指示当前目标气压调节速度、传感器工作状态、充放气调节状态。第一行显示当前气压,第二行显示目标气压,第三行显示充气速度和放气速度,第四行左边显示调节目标气压的速率,中间显示传感器工作状态,右边显示现在右边旋钮调节的是充气速度还是放气速度。

三段开关用来设置主控制板的工作状态,三段开关拨到上边为校准状态,此时压力传感器不连接气囊,单片机采集当前状态下的电压值,设置为气压0点。拨动到中间为暂停状态,系统待机,不采集数据,不充气放气。拨动到下边为正常工作状态。 本方案采用±5V供电,理论上5~8V电压输入均能正常工作,负电压的作用是给放大器提供负电源,否则输出将不能达到0V,将会造成数据实真。采用AMS1117-3.3低压差线性稳压电源,可将电源输入转换为3.3V恒压输出给单片机系统供电。

设计图
ID Name Designator Footprint Quantity BOM_Supplier
1 SS-3336S-02-L1 SW2 SW-SMD_SS-3336S-02-L1 1 LCSC
2 0.96 OLED IIC U3 0.96寸OLED模块I2C 1 中景圆
3 22pF C5,C6 C0603 2 LCSC
4 32.768KHz X2 FC-135R_L3.2-W1.5 1 LCSC
5 1.3K g=39.46 R24 R0603 1 LCSC
6 22uF C1,C2,C4,C14,C16 C0805 5 LCSC
7 INA128UA/2K5 U7 SOIC-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BL 1 LCSC
8 SS-12D10L5 SW1,SW5 SW-TH_SS-12D10L5 2 LCSC
9 LED-Red(0805) PWR1,PWR2 LED0805-RD 2 LCSC
10 100nF C3,C9,C10,C11,C12,C13,C15,C17,C20,C23,C24,C25,C26 C0603 13 LCSC
11 EC11K1524406 SW3,SW4 SW-TH_EC11K1524406 2 LCSC
12 8MHz X1 OSC-SMD_L11.5-W4.8-P9.50 1 LCSC
13 AMS1117-3.3 U2 SOT-223-3_L6.5-W3.4-P2.30-LS7.0-BR 1 LCSC
14 100 R5,R6 R0603 2 LCSC
15 10uH L1,L2 L0603 2 LCSC
16 1K R1,R2,R20,R21,R25 R0603 5 LCSC
17 SS210 D1 SMA_L4.3-W2.6-LS5.2-RD 1 LCSC
18 HDR-M-2.54_1x2 J1,J2,J3,J5,J6 HDR-M-2.54_1X2 5 LCSC
19 Header-Male-2.54_1x20 J7,J8 HDR-TH_20P-P2.54-V 2 LCSC
20 10K R3,R4,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14,R15,R16,R17,R18,R22,R23 R0603 16 LCSC
21 Switch,3*6*2.5Plastic head white,260G, 0.25mm,SMD RST SWITCH-3X6X2.5_SMD 1 LCSC
22 10nF C18,C19,C21,C22,C27 C0603 5 LCSC
23 MPS-3119-006GC U4 SENSOR-SMD_MPS-311X 1 LCSC
24 10pF C7,C8 C0603 2 LCSC
25 LNSC2302 Q1,Q2 SOT-23-3_L2.9-W1.6-P1.90-LS2.8-BR 2 LCSC
26 MM3Z3V6 D2 SOD-323_L1.8-W1.3-LS2.5-RD 1 LCSC
27 HDR-M-2.54_1x4 J4 HDR-M-2.54_1X4 1 LCSC
28 STM32F103R8T6 U1 LQFP-64_L10.0-W10.0-P0.50-LS12.0-BL 1 LCSC

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