電賽有約 | 我的風(fēng)力擺，隨風(fēng)動起來！

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今年的全國電子設(shè)計大賽緊張地進行著，我所在的團隊在本次比賽中選擇了風(fēng)力擺的設(shè)計項目，趁著與非網(wǎng)這次《電賽有約》征文大賽分享一下自己的參賽心得，希望會對后面參加此項目的朋友們帶來一些啟示。

項目的任務(wù)是設(shè)計一測控系統(tǒng)，控制驅(qū)動各風(fēng)機使風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運動，激光筆在地面畫出要求的軌跡。具體的示意圖如圖1，將一長約60cm~70cm的細(xì)管上端用萬向節(jié)固定在支架上，下方懸掛一組（2~4 只）直流風(fēng)機，構(gòu)成一風(fēng)力擺。風(fēng)力擺上安裝一向下的激光筆，靜止時，激光筆的下端距地面不超過20cm。

圖1 風(fēng)力擺結(jié)構(gòu)示意圖

Step 1 搭出支架，初具雛形
選定題目后，首要任務(wù)是做出一個簡易支架，為編程后的調(diào)試作硬件支持。我們團隊在商議后選擇了木質(zhì)材料進行第一次嘗試，木質(zhì)材料有著易切割，易拼接的特點，非常適合做一個初步的支架。實驗室中備有鉆孔機和鋸條，把大塊木板切割成細(xì)長條，再打孔，連接，一個簡易支架就大致完成了。接來下的問題是支架與風(fēng)力擺長桿之間的連接，暫時缺少萬向節(jié)這種連接件，于是只能通過其他方式代替。

大家積極思考，最終想到了兩種方案，第一是用兩節(jié)鏈條（如圖2）加上卡鎖固定進行連接，但是，由于鏈條的結(jié)構(gòu)特點，這種方案的缺點在于風(fēng)力擺長桿的運動方向受到了限制，擺直線時容易扭動，擺正圓時會變成橢圓。這一方案最終被否決。

圖2 鏈條

方案二是用一段兩端插入螺紋連接件的軟管進行連接（如圖3），如此風(fēng)力擺長桿各個方向運動都毫無阻礙，幾乎完美地暫時代替了萬向節(jié)。

圖3 軟管

想萬向節(jié)的替代方案的過程，提醒了我生活經(jīng)驗的重要性，這些連接件，在生活中多多少少地出現(xiàn)過，平時卻留意得太少，覺得毫不稀奇。殊不知這些小細(xì)節(jié)是能工巧匠們一步步改造后的成果，方便組裝，小巧靈活，十分值得借鑒。

Step 2 拼接風(fēng)扇，動力初成
鋪墊這么多，本次項目的重點：風(fēng)扇，終于登場啦！我們選用了0.48A的風(fēng)扇，功率較小。若用兩個風(fēng)扇作為動力，則會因為風(fēng)力不足而無法滿足動力要求，把用三個風(fēng)扇和用四個風(fēng)扇這兩種方案對比，前者在擺動角度的控制上更加困難，于是最后采用四個風(fēng)扇拼接成為正方形的方式（如圖4），正方形所具有的對稱性減小了控制的難度。為了聚集風(fēng)力，我們團隊在每個風(fēng)扇的四周貼上了一圈紙片。一開始，為了更強的聚風(fēng)能力，我們將紙片伸出很長，在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)達(dá)到同樣的要求的情況下，加紙片聚風(fēng)后的風(fēng)扇畫出的直線更直，但也帶來了一個新的問題，達(dá)到要求時所需的時間變長，這說明在風(fēng)吹出的過程中，紙片給空氣流動帶來了阻力。最后我們決定將紙片剪短，在具備聚風(fēng)能力的同時有效地減小了阻力。

圖4 風(fēng)扇

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Step 3芯片選擇，電路焊接
使用dsPIC30F4011單片機作為核心控制模塊，由一塊LCD1602顯示角度數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)。

決定了基本的芯片，下一步就是設(shè)計并且畫出電路圖的原理圖（如圖5），為電路板的焊接做準(zhǔn)備了。電路原理圖分為8個部分，分別是主電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路、傳感器電路、開關(guān)電路、LCD顯示電路、程序燒入電路、蜂鳴器電路。

圖5 部分電路原理圖

根據(jù)完整的電路圖，就可以開始焊接電路板了，我們對于焊接已經(jīng)不陌生，一手電烙鐵，一手焊錫絲，小心控制，避免虛焊。

在完成電路板電路時最需要耐心的是做接頭（如圖6），一根根將線撥開，再將線頭處用剝線鉗剝至裸線狀態(tài)，然后用線座夾緊線頭，最后點錫，插入接頭。完成每一步時都要細(xì)致，否則很容易接觸不良。

圖6 接頭

耐心和細(xì)致，是焊電路板時的不二法則，我很享受這一過程，沉浸其中，將一個個零散的元器件組成一個完整的控制單元，十分有成就感。

Step 4軟件編程，測試修正
采用了MPLAB IDE v8.70軟件進行程序的編寫，第一版本的程序用了定時器中斷的方法，先測出擺動周期，根據(jù)擺動周期設(shè)定定時器的值。若要直線擺動，則兩個相向的風(fēng)扇交替開關(guān)。若要斜線擺動，則調(diào)節(jié)相鄰兩個風(fēng)扇的風(fēng)力大小以確定斜線位置，再將對角風(fēng)扇交替開關(guān)。不斷調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，這樣的開環(huán)控制得不到反饋，很容易偏離目標(biāo)，重復(fù)性差。于是加入了傳感器，實時監(jiān)測距離，閉環(huán)反饋控制。

程序的編寫不會一蹴而就，需要不斷修正調(diào)試，甚至修改編程思路，找到最優(yōu)的方法。

結(jié)語：
在完成這個項目的過程中，我發(fā)現(xiàn)若不依靠慣性，一個風(fēng)扇硬吹的動力無法達(dá)到我們想要的擺起角度，只有循序漸進，風(fēng)扇交替，才能一次次晃動出更大的幅度。同樣，我們只有循序漸進，不斷思考，不斷完善，才能讓風(fēng)吹出我們想要的擺動，完成這個挑戰(zhàn)與趣味并存的項目。

最后，展示一張我們最終的成品圖。

圖7 成品

小編寄語：完美收官，感謝趙瑩同學(xué)的詳細(xì)分享，不知參加同類題目比賽的同學(xué)是否已經(jīng)做出的完美作品？如果你也參加過今年或者往年的電子設(shè)計大賽，如果你也想分享自己的參賽心得，歡迎繼續(xù)投稿，投稿郵箱：yunyun#eefocus.com（請將#換為@）。