• 方案介紹
    • 一、項目名稱:
    • 二、項目概述:
    • 三、作品實物圖
    • 四、演示視頻
    • 五、項目文檔
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基于FS3000開發(fā)板和Arduino的汽車尾翼安全調(diào)節(jié)示意系統(tǒng)

05/28 16:54
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一、項目名稱:

基于FS3000開發(fā)板Arduino的汽車尾翼安全調(diào)節(jié)示意系統(tǒng)

二、項目概述:

本設(shè)計方案旨在構(gòu)建一個汽車尾翼安全調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意模型。雖然在真實汽車應(yīng)用中,F(xiàn)S3000FL氣流傳感器的量程無法直接適用于汽車表面的高速氣流,但該系統(tǒng)通過模擬驗證氣流控制尾翼調(diào)節(jié)的可行性。利用FS3000FL氣流傳感器采集氣流數(shù)據(jù),Arduino作為主控單元處理數(shù)據(jù)并控制舵機的角度,舵機模擬尾翼的調(diào)節(jié)動作,從而研究在模擬氣流條件下汽車尾翼的調(diào)節(jié)對車輛運行平衡的影響。

1、基本原理

氣流檢測原理:FS3000FL氣流傳感器基于特定的空氣流動檢測機制(例如熱膜測量原理),當有氣流通過傳感器時,會引起傳感器表面溫度變化,這種溫度變化被轉(zhuǎn)換為電信號輸出,輸出信號與氣流速度相關(guān)。

主控與傳感器交互原理:FS3000FL傳感器通過標準的Pmod Type 6A(Extended I2C)接口與Arduino連接(實際上就用的4根線)。Arduino通過I2C通信協(xié)議對FS3000FL傳感器進行配置和讀取數(shù)據(jù)。I2C協(xié)議是一種簡單的串行雙線協(xié)議,由時鐘線(SCL)和數(shù)據(jù)線(SDA)組成,允許主控設(shè)備(Arduino)與多個從設(shè)備(FS3000FL傳感器)進行通信。

舵機控制原理:Arduino根據(jù)從FS3000FL傳感器讀取到的氣流數(shù)據(jù),按照預先設(shè)定的算法計算出對應(yīng)的舵機角度值。舵機是一種位置(角度)伺服驅(qū)動器,通過脈寬調(diào)制PWM)信號控制其轉(zhuǎn)動角度。Arduino輸出的PWM信號頻率和占空比決定了舵機的目標角度,以此來模擬尾翼的調(diào)節(jié)。

2、硬件

FS3000FL(PMOD DAUGHTER CARD FOR FS3000 FL)傳感器模塊

Arduino開發(fā)板:作為主控單元,具有豐富的輸入輸出引腳,可方便地與FS3000FL傳感器和舵機連接。具備足夠的處理能力來運行I2C通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理算法和PWM信號生成。

180度舵機:根據(jù)接收到的Arduino輸出的PWM信號控制舵機轉(zhuǎn)動,模擬尾翼的調(diào)節(jié)。舵機內(nèi)部由電機、減速齒輪組和位置檢測裝置組成,能夠準確控制轉(zhuǎn)動角度在0 - 180度之間。

3、軟件

Arduino IDE:用于編寫和上傳控制程序到Arduino開發(fā)板。

程序中首先初始化FS3000FL傳感器和舵機的連接端口,然后通過I2C協(xié)議讀取FS3000FL傳感器的氣流數(shù)據(jù)。

根據(jù)氣流數(shù)據(jù)按照特定算法計算舵機目標角度,再通過生成相應(yīng)的PWM信號控制舵機轉(zhuǎn)動。

4、項目實施步驟

硬件連接

將FS3000FL開發(fā)板的Pmod Type 6A接口與Arduino開發(fā)板的Pmod接口按照對應(yīng)引腳連接,確保I2C通信引腳(SCL和SDA)連接正確。

將舵機的信號線連接到Arduino開發(fā)板的一個數(shù)字引腳(如9引腳,用于輸出PWM信號),舵機的電源正負極分別連接到合適的電源(通常為5V或6V電源適配器,確保電源與Arduino的電源隔離)。

給FS3000FL開發(fā)板和Arduino開發(fā)板接通電源。

軟件編寫

庫文件導入

在Arduino IDE中導入FS3000FL傳感器的庫文件;

導入舵機的控制庫文件(Servo.h);

初始化代碼編寫

在setup()初始化FS3000FL傳感器的I2C通信,設(shè)置舵機的連接引腳,并初始化舵機的工作模式:

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  myservo.attach(9, 500, 2500);          //修正脈沖寬度
  pos = 90;
  myservo.write(pos);

  Wire.begin();
  if (fs.begin() == false) //Begin communication over I2C
  {
    Serial.println("The sensor did not respond. Please check wiring.");
    while(1); //Freeze
  }

  fs.setRange(AIRFLOW_RANGE_7_MPS);
  Serial.println("Sensor is connected properly.");

}

數(shù)據(jù)采集與角度計算代碼編寫

在loop()函數(shù)中,首先讀取FS3000FL傳感器的氣流速度數(shù)據(jù),根據(jù)預先設(shè)定的算法(線性比例關(guān)系:將氣流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為舵機目標角度,生成對應(yīng)目標角度的PWM信號輸出到舵機:

void loop()
{
  pos = 90;
  fs.readMetersPerSecond();
  pos = 90 + fs.readMetersPerSecond()*10;
  myservo.write(pos);
  delay(15);
}

5、多檔風扇效果測試

使用多檔風扇產(chǎn)生不同強度的氣流,模擬汽車的正常行駛氣流和惡劣天氣下的強風環(huán)境。

觀察在不同風扇檔位(即不同氣流強度)下,F(xiàn)S3000FL傳感器采集到的氣流數(shù)據(jù),以及舵機相應(yīng)角度的變化。

分析測試結(jié)果,觀察模擬尾翼調(diào)節(jié)是否符合預期假設(shè).

具體效果可參看視頻內(nèi)容中的風速測試內(nèi)容。

三、作品實物圖

四、演示視頻

【尾翼控制系統(tǒng)示意展示】 https://www.bilibili.com/video/BV1aTPKeTEyb/?share_source=copy_web&vd_source=2a202874768d99b0acaa1aceb9a9b93e

五、項目文檔

參考附件

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