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风洞系统原理
嘿，大家知道风洞系统不？这玩意儿可神奇啦！
风洞系统，简单来说，就像是一个能制造人造风的大机器。
想象一下，我们平时在大自然中感受到的风，现在可以在一个特定的地方被制造出来，是不是很有意思？
那风洞系统到底是怎么工作的呢？它主要有几个关键部分。
首先得有个强大的风扇，这个风扇就像个大力士，能使劲地吹风。
然后呢，还有一个长长的通道，风就在这个通道里流动。
通道的设计很重要哦，它得保证风能够均匀、稳定地吹出来。
这就好像我们家里的风道，要把风送到各个房间一样。
只不过风洞系统的风道可要复杂得多啦！
风洞系统有啥用呢？用处可大了去了！比如说，飞机设计师们就经常用到它。
他们可以把设计好的飞机模型放到风洞里，然后通过观察风对模型的影响，来改进飞机的设计。
这不就像是给飞机做了一次特别的测试吗？
再比如，赛车也会用到风洞。
赛车手们想让赛车跑得更快，那就得让它受到的风阻更小。
在风洞里就能很好地研究怎么让赛车的外形更符合空气动力学。
风洞系统是不是超级厉害？它就像是一个魔法盒子，能创造出各种不同的风，帮助我们探索和解决很多问题。
所以说啊，风洞系统真的是个了不起的发明！它让我们能更好地了解风的奥秘，也为很多领域的发展做出了巨大的贡献呢！。
风洞实验室的自动化控制系统电磁兼容问题分析与解决风洞试验研究的应用在社会生产中占有十分重要的地位。
随着生产领域和技术的不断发展，对风洞动力需求具备宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应等相应的要求，随着电力电子技术的飞跃发展，各种容量和型式的变频电源、整流装置的研制成功以及计算机技术、控制理论的发展，使得交流调速传动在调速系统中应用领域不断拓宽，如何维护好变频调速器控制系统的正常工作，是从事工业自动化专业的工程技术人员所面临的实际问题，也是风洞试验数据精度提高的保证。
1、风洞工作原理风洞是能人工产生和控制气流以模拟飞行器或物体周围气体的洞，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道试验设备。
风洞的动力段装有电机及风扇系统，电机在交流变频调速下旋转，带动桨叶，电能转变为桨叶的机械能，桨叶的机械能转变为空气介质的压力能，在风洞管道内产生介质的流动。
通过对气流的修整，使之成为均匀平稳的气流，以便满足试验用流场。
2、风洞控制系统2.1 风速控制由变频器、PID调节器、配套低压电器及压力传感器组成了变频调速系统如图1所示，系统中压力传感器负责检测系统压力差，将压力信号变换为电阻信号作为反馈输入PID调节器，经过与给定信号进行比较后其偏差值采用优化的PI算法输出控制信号控制变频器的输出频率，保证风速的恒定。
2.2 角度控制风洞试验过程中时常要改变试验模型的角度，从而可以不间断测量各个角度对应的试验量，节省了时间，提高了效率和精度，实现全部自动化。
3、电磁兼容问题三要素3.1 电磁骚扰源：任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，即称为电磁骚扰源。
3.2 耦合途径：即传输骚扰的通路或媒介。
3.3 敏感设备（Victim）：是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。
简易风洞及控制系统设计报告TI杯大学生电子设计竞赛简易风洞及控制系统G题（高职高专组）.8.13摘要风洞是以人工的方式产生而且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常见、最有效的工具。
本设计主要经过MSP430单片机控制直流风机完成简易风洞试验。
风洞由圆管，连接部与直流风机构成，由单片机产生PWM 控制直流风机的转速，经过红外对管阵列采集光强信息检测小球在圆管中的位置，同时由12864液晶显示小球的高度位置及维持状态的时间，从而实现小球在简易风洞中的位置控制。
关键词：MSP430，直流风机，红外对管，风洞目录1.系统方案........................................................................................ ４1.1 主控板模块的论证与选择 ................................................... ４1.2 测距模块的论证与选择 ....................................................... ４1.3 显示模块的论证与选择 ....................................................... ４1.4 电机驱动模块的论证与选择 (5)1.5 电源模块的论证与选择 (5)2.电路设计 (6)2.1系统总体框图 (6)2.2单片机最小系统............................................................................................................. .. (6)2.2.1 MSP430单片机介绍 (7)3.1.2 单片机最小系统设计框图 (8)3.1.3 单片机最小系统设计原理图 (8)2.3红外对管阵列测距模块及其电路 (9)2.3.1红外对管工作原理 (9)2.3.2红外对管阵列电路图 (9)2.4直流风机模块及其电路 (10)2.4.1直流电机驱动L298N (10)2.4.2 L298N内部结构及电路图 (10)2.5显示模块及其电路 (11)2.5.1 12864液晶显示介绍 (11)2.5.2液晶并行接口说明 (12)2.5.3接口信号说明 (12)2.6电源模块及其电路 (13)2.6.1直流稳压电路工作原理 (13)2.6.2直流稳压电源电路图 (13)3程序设计 (14)3.1程序功能描述 (14)3.2程序设计思路 (14)3.2.1 PWM控制风机转速 (14)3.2.2 PID闭环调节 (14)3.３程序设计思路 (15)3.３.1 主程序流程图 (16)3.３.2 PWM调速子程序流程图 (16)4测试方案与测试结果 (16)4.1测试方案 (17)4.2 测试条件与仪器 (17)4.3 测试结果及分析 (17)4.3.1测试结果(数据) (18)4.3.2测试分析与结论 (18)5 设计总结 (19)附录1：电路原理图 (20)附录2：源程序 (21)1.系统方案本系统主要由主控板模块、测距模块、显示模块、电机驱动模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
风洞控制系统设计及检定准则哎呀，今天我们来聊聊风洞控制系统设计和检定准则。
这听起来有点高深莫测，其实嘛，简单说就是我们要如何控制那些在风洞里飞得飞起的模型。
风洞，顾名思义，就是个能模拟风速和空气流动的地方。
想象一下，你在海滩上，迎着海风，感觉那风吹得爽爽的，其实就是我们在风洞里模拟的环境。
为了让这些小模型在风中翱翔得又稳又快，控制系统的设计就显得格外重要。
你可能会想，风洞控制系统到底有什么用呢？它就像是一位老练的导演，指挥着舞台上的每一个细节。
你想想，要是没有这些控制系统，风洞里的模型就像无头苍蝇一样乱飞，那可就热闹了。
但是，热闹归热闹，没效果可不行呀。
控制系统能够精确地调节风速、温度和气压，确保每一个试验都能如火如荼地进行。
想要让这些模型飞得稳，就得精确控制，哪怕是微小的变化，都会影响到最后的结果，真是“千里之行，始于足下”啊。
检定准则就成了我们的安全网。
就像考试前你会复习，确保能考个好成绩，检定准则就是保证我们每一次试验的准确性。
风洞测试不是随便玩玩的，它需要严谨的标准和流程，确保结果的可靠性。
否则，要是数据不靠谱，最后可就得不偿失了。
就像做饭，调料放多了或少了，味道可就大不一样了。
这些准则就像是菜谱，缺一不可，得严格遵循。
我们还得提一下，控制系统的设计其实也很有学问，像是架构师设计房子，得考虑到各种因素。
系统得简单易操作，毕竟谁也不想花大把时间去琢磨一个复杂的界面。
系统得稳定，像老黄牛一样，踏实可靠。
你想啊，风洞测试时一旦出现故障，那就麻烦了，模型可能会“飞”得无影无踪。
设计时还得考虑到后续的维护，这可不是小事儿，维护不好，就像房子漏水，麻烦不断。
在实施的过程中，团队的合作至关重要，大家得像一台精密的机器，各司其职。
一个环节出问题，整个流程都可能受到影响。
就像篮球赛，单靠一个人是赢不了的，得全队齐心协力。
团队成员之间的沟通也不能忽视，谁负责哪个环节，都得清楚明白。
大家一起努力，才能让风洞里的小模型飞得又稳又快。
基于MSP430单片机的简易风洞控制系统设计
徐国洪
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2016(0)4
【摘要】以MSP430G2553微控制器为控制核心,设计并实现一种简易风洞及控制系统.小球在风洞中垂直运动,该系统利用红外传感器测量小球的位置高度,根据小球设定目标位置与实际位置信息的偏差产生由PID算法控制的PWM脉冲,实现对直流电机转速的控制,从而改变风力大小使得小球稳、快、准地在预定的轨迹上运动.该系统结构紧凑,性能稳定,功能完善,达到了各项设计指标.
【总页数】3页(P48-50)
【作者】徐国洪
【作者单位】仙桃职业学院,湖北仙桃433000
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于MSP430F5529的简易风洞控制系统设计 [J], 胡进德;付晓军
2.基于MSP430G2553单片机的简易水情检测系统设计 [J], 王珏敏
3.基于模糊PID的简易风洞控制系统设计 [J], 余云飞; 李中望; 邓旭辉; 段争光; 沈璐
4.基于模糊PID的简易风洞控制系统设计 [J], 余云飞; 李中望; 邓旭辉; 段争光; 沈璐
5.基于MSP430单片机和蓝牙的智能家居控制系统设计 [J], 李兆亮;张靖宇;李立刚
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简易风洞及控制系统（G题）摘要：本帆板控制系统由单片机ATMEGA328作为帆板转角的检测和控制核心，实现按键对风扇转速的控制、调节风力的大小、改变帆板转角θ、液晶显示等功能。
引导方式采用角度传感器感知与帆板受风力大小的转角θ的导引线。
通过PWM波控制电机风扇风力的大小使其改变帆板摆动的角度θ。
风扇控制核心采用L298电机驱动模块，用ATMEGA328单片机为控制核心，产生占空比受数字PID 算法控制的PWM脉冲，实现对直流电机转速的控制，同时利用光电传感器将电机速度转化成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。
MMA7455三轴加速传感器把角度输出信号传送给ATMEGA328单片机进行处理。
关键词：ATMEGA328，MMA7455，PWM波，PID算法目录1. 系统设计1.1 任务与要求1.1.1 主要任务1.1.2 基本要求1.1.3 说明1.2总体设计方案1.2.1 设计思路·1.2.2 方案论证与比较1.2.3 系统的组成2. 单元电路设计2.1 风速控制电路2.2小球测距原理2.3控制算法3. 软件设计3.1风速控制电路设计计算3.2控制算法设计与实现3.3程序流程图4. 系统测试4.1 调试使用的仪器与方法4.2 测试数据完整性4.3 测试结果分析4.4 结束语5. 总结参考文献附录1 元器件明细表附录2 电路图图纸附录3 程序清单1.系统设计1.1任务与要求1.1.1 主要任务设计制作一简易风洞及其控制系统。
风洞由圆管、连接部与直流风机构成，如图所示。
圆管竖直放置，长度约40cm，内径大于4cm且内壁平滑，小球（直径4cm黄色乒乓球）可在其中上下运动；管体外壁应有A、B、C、D等长标志线，BC段有1cm间隔的短标志线；可从圆管外部观察管内小球的位置；连接部实现风机与圆管的气密性连接，圆管底部应有防止小球落入连接部的格栅。
控制系统通过调节风机的转速，实现小球在风洞中的位置控制。
简易风洞及控制系统(专科组G题)作者：王康、赵辉、张帅帅赛前辅导教师：吉武庆文稿整理辅导教师：吉武庆摘要本文介绍了简易风洞控制系统的设计方案。
本设计以STC89C52RC单片机为主控芯片,利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。
通过在风洞表面安装的8个光电式光线传感器来检测小球位置，而后通过PID算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校.从而形成一个完整的闭环控制系统。
关键词：PID算法，PWM调速，闭环控制AbstractThis paper introduces the design plan of a simple wind tunnel control system. The design STC89C52RC microcontroller as the main control chip, using turbine type axial flow fan to provide kinetic energy for the movement of the ball. To detect the location of the ball in a wind tunnel by surface mounted 8 photoelectric light sensor, and then through the exhaust volume PID algorithm flow fan on the shaft was further adjusted. So as to form a complete closed-loop control system. Keywords: PID algorithm, PWM speed control, closed loop control目录目录 (1)1、系统方案 (2)测距模块选型： (2)方案一：超声模块测距法 (2)方案二：多重红外对管相对测距 (2)风机控制算法选择： (3)方案一：模糊控制 (3)方案二：PID控制 (3)2、系统理论分析与计算 (5)2.1、主要部件的分析 (5)2.1.1、ST188介绍 (5)2.1.2 LM339介绍 (5)2.1.3、STC89C52RC介绍 (6)2.2、PWM的产生 (8)3、系统框图 (10)3.1、系统结构框架图 (10)3.2、程序流程图 (10)4、系统功能测试方法、测量仪器型号、结果、整机指标 (12)4.1、软硬件连调 (12)4.2、测试条件与测试仪 (12)4.3、测试仪器： (12)5、测试结果与分析 (13)6、参考文献 (14)1、系统方案该简易风洞控制系统主要由控制模块，供电模块，显示模块，键盘输入模块，风机驱动模块和位置检测模块组成。
简易风洞及控制系统
This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
简易风洞及控制系统(专科组G题)
作者：王康、赵辉、张帅帅
赛前辅导教师：吉武庆
文稿整理辅导教师：吉武庆
摘要
本文介绍了简易风洞控制系统的设计方案。
本设计以STC89C52RC单片机为主控芯片,利用涡轮式轴流风机来为小球的运动提供动能。
通过在风洞表面安装的8个光电式光线传感器来检测小球位置，而后通过PID算法对轴流风机的抽风量进行进一步调校.从而形成一个完整的闭环控制系统。
关键词：PID算法，PWM调速，闭环控制
Abstract
This paper introduces the design plan of a simple wind tunnel control system. The design STC89C52RC microcontroller as the main control chip, using turbine type axial flow fan to provide kinetic energy for the movement of the ball. To detect the location of the ball in a wind tunnel by surface mounted 8 photoelectric light sensor, and then through the exhaust volume PID algorithm flow fan on the shaft was further adjusted. So as to form a complete closed-loop control system.
Keywords: PID algorithm, PWM speed control, closed loop control
目录
1、系统方案
该简易风洞控制系统主要由控制模块，供电模块，显示模块，键盘输入模块，风机驱动模块和位置检测模块组成。
小球的位置检测既可以采用超声测距又可以采用红外对管，超声测距结构简单稳定性高；红外对管结构相对复杂，但在一定情况下精度却比超声测距高。
下面我们就测距模块的选型和风机控制算法选择进行简要的分析和对比。
测距模块选型：
方案一：超声模块测距法
采用安装在顶部的超声测距模块来直接获取小球的相对位置。
很明显，此方案最大的优点就是结构简单，使得整个系统更加稳定。
但是由于超声模块的
探测距离S≧2cm,但题中所规定的精度必须在2cm的范围内，故不采用此方案。
方案二：多重红外对管相对测距
采用多个对管分别安装在风洞一侧，当小球经过不同的对管时即代表小球所达到的高度，因为红外对管在风洞上的位置是固定的，所以我们采用了定点检测的方法，即在A,D点各安装一对管，在BC段通过6对管来将10cm的距离5等份，使得在BC段各个相邻对管之间的距离小于2cm。
从而保证了小球的精度误差处于合理范围。
经系统分析与比较论证，我们采用精度高、误差小、性价比好的第二种方案，即：多重红外对管相对测距方案。
风机控制算法选择：
方案一：模糊控制
模糊逻辑控制简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。
模糊控制实质上是一种非线性控制智能控制技术，它能简化系统设计的复杂性，且不依赖于被控对象的精确数学模型；它利用控制法则来描述系统变量间的关系；不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统，使得模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式。
但是模糊控制尚处于研究阶段，如何获得模糊规则及隶属函数，完全凭经验进行；对信息简单的模糊处理将会导致系统的控制精度的降低和动态品质变差。
若要提高精度就必然增加量化级数，导致规则搜索范围扩大，降低决策速
度，甚至不能进行实时控制；
方案二：PID控制
PID控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其
它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
其输入e (t）与输出u (t）的关系为：
u(t) = kp [ e(t) + 1/TI∫e(t)dt + TD * de(t)/dt ]
因此它的传递函数为：G(s) = U(s) / E(s) = kp [ 1 + 1 / (TI*s) + TD * s ]
其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数。
经系统分析与比较论证，风机的控制算法我们采用采用数学模型已知，参数调校方便，实时性高的方案二——PID控制算法。
2、系统理论分析与计算
2.1、主要部件的分析
2.1.1、ST188介绍
ST188红外收发对管由高发射功率的红外光电二极管和高灵敏度的光电晶体管二部分组成。
在非接触条件下它的探测距离可达4~13mm,最大输出大流为8mA。
实际应用时只需外接两个电阻即可正常工作，这极大地简化了ST188的应用难度，具体电路如图1:
图1 ST188应用电路
2.1.2 LM339介绍
LM339四路差动比较器，芯片内部装有四个独立的电压比较器，为14管脚DIP封装，该电压比较器的特点是失调电压小、电源电压范围宽、对比较信号源的内阻限制较宽、共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo、差动输入电压范围较大等特点，具体应用电路如图2：
图2 电压比较电路
2.1.3、STC89C52RC介绍
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52RC使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得
STC89C52RC为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量 2级中断结构），全双工串口。
另外STC89C52RC 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35MHz。
图3 控制电路设计图
2.2、PWM的产生
PWM信号的产生通常有两种方法：一种是通过软件编程来实现；另一种是通过硬件电路来实现。
由于后一种方法较复杂，对其也难以查证相应资料，操作起来也麻烦。
所以我们可以采用以软件的方法来产生PWM信号，即使用单片机。
单片机STC89C52RC有两个定时器T0和T1。
通过控制定时器T0和T1，赋以相应的初值，就可以实现从89C52的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。
因为PWM信号软件实现的核心部件是由单片机内部的定时器决定，而不同的单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不
同，选择的定时器工作方式也会不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。
因此，首先我们要明确定时器的定时初值与定时时间的关系。
如果单片机的时钟频率为f，定时器/计数器为N位，则定时器初值与定时时间的关系为：
式中，N----一个机器周期的时钟数；Tw----定时器定时初值。
3、系统框图
3.1、系统结构框架图
如图4 系统结构框图
3.2、程序流程图
4、系统功能测试方法、测量仪器型号、结果、整机指标
4.1、软硬件连调
先将焊接好的各个电路模块（电机驱动模块，光电传感器模块，电压比较模块，显示模块等）进行分开调试。
再将整个硬件系统搭建起来，软件烧写进去，进行联调。
4.2、测试条件与测试仪
测试条件：硬件焊接完好，各个模块功能测试正常，软件编译正常即可。
4.3、测试仪器：
5、测试结果与分析
通过以上测试数据，可以得以下结论：
1.用本系统可以控制小球悬停在风洞的任意位置,且悬停时间大于等于5S；
2.本系统能实时显示小球所在的高度信息及状态保持时间；
综上所述，本设计已达到设计要求。
6、参考文献
[1] 卢庆林.模拟电子技术.重庆：重庆大学出版社
[2] 卢庆林.数字电子技术.北京：机械工业出版社
[3] 李全利.单片机原理及应用技术.北京：高等教育出版社
[4] 梁森.自动检测与转化技术.北京：机械工业出版社
[5] 谭浩强.《C语言程序设计》.北京：高等教育出版社第三版。
