芯耀
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一、項(xiàng)目名稱：
基于FS3000開(kāi)發(fā)板和Arduino的汽車尾翼安全調(diào)節(jié)示意系統(tǒng)
二、項(xiàng)目概述：
本設(shè)計(jì)方案旨在構(gòu)建一個(gè)汽車尾翼安全調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意模型。雖然在真實(shí)汽車應(yīng)用中，F(xiàn)S3000FL氣流傳感器的量程無(wú)法直接適用于汽車表面的高速氣流，但該系統(tǒng)通過(guò)模擬驗(yàn)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(jī)的角度，舵機(jī)模擬尾翼的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而研究在模擬氣流條件下汽車尾翼的調(diào)節(jié)對(duì)車輛運(yùn)行平衡的影響。
1、基本原理
氣流檢測(cè)原理：FS3000FL氣流傳感器基于特定的空氣流動(dòng)檢測(cè)機(jī)制（例如熱膜測(cè)量原理），當(dāng)有氣流通過(guò)傳感器時(shí)，會(huì)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(hào)輸出，輸出信號(hào)與氣流速度相關(guān)。
主控與傳感器交互原理：FS3000FL傳感器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Pmod Type 6A（Extended I2C）接口與Arduino連接（實(shí)際上就用的4根線）。Arduino通過(guò)I2C通信協(xié)議對(duì)FS3000FL傳感器進(jìn)行配置和讀取數(shù)據(jù)。I2C協(xié)議是一種簡(jiǎn)單的串行雙線協(xié)議，由時(shí)鐘線（SCL）和數(shù)據(jù)線（SDA）組成，允許主控設(shè)備（Arduino）與多個(gè)從設(shè)備（FS3000FL傳感器）進(jìn)行通信。
舵機(jī)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(yù)先設(shè)定的算法計(jì)算出對(duì)應(yīng)的舵機(jī)角度值。舵機(jī)是一種位置（角度）伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)控制其轉(zhuǎn)動(dòng)角度。Arduino輸出的PWM信號(hào)頻率和占空比決定了舵機(jī)的目標(biāo)角度，以此來(lái)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(kāi)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(jī)連接。具備足夠的處理能力來(lái)運(yùn)行I2C通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理算法和PWM信號(hào)生成。
180度舵機(jī)：根據(jù)接收到的Arduino輸出的PWM信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬尾翼的調(diào)節(jié)。舵機(jī)內(nèi)部由電機(jī)、減速齒輪組和位置檢測(cè)裝置組成，能夠準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)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(kāi)發(fā)板。
程序中首先初始化FS3000FL傳感器和舵機(jī)的連接端口，然后通過(guò)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(jì)算舵機(jī)目標(biāo)角度，再通過(guò)生成相應(yīng)的PWM信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、項(xiàng)目實(shí)施步驟
硬件連接
將FS3000FL開(kāi)發(fā)板的Pmod Type 6A接口與Arduino開(kāi)發(fā)板的Pmod接口按照對(duì)應(yīng)引腳連接，確保I2C通信引腳（SCL和SDA）連接正確。
將舵機(jī)的信號(hào)線連接到Arduino開(kāi)發(fā)板的一個(gè)數(shù)字引腳（如9引腳，用于輸出PWM信號(hào)），舵機(jī)的電源正負(fù)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(kāi)發(fā)板和Arduino開(kāi)發(fā)板接通電源。
軟件編寫
庫(kù)文件導(dǎo)入
在Arduino IDE中導(dǎo)入FS3000FL傳感器的庫(kù)文件;
導(dǎo)入舵機(jī)的控制庫(kù)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(jī)的連接引腳，并初始化舵機(jī)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(jì)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(yù)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(jī)目標(biāo)角度,生成對(duì)應(yīng)目標(biāo)角度的PWM信號(hào)輸出到舵機(jī):
void loop()
{
pos = 90;
fs.readMetersPerSecond();
pos = 90 + fs.readMetersPerSecond()*10;
myservo.write(pos);
delay(15);
}5、多檔風(fēng)扇效果測(cè)試
使用多檔風(fēng)扇產(chǎn)生不同強(qiáng)度的氣流，模擬汽車的正常行駛氣流和惡劣天氣下的強(qiáng)風(fēng)環(huán)境。
觀察在不同風(fēng)扇檔位（即不同氣流強(qiáng)度）下，F(xiàn)S3000FL傳感器采集到的氣流數(shù)據(jù)，以及舵機(jī)相應(yīng)角度的變化。
分析測(cè)試結(jié)果，觀察模擬尾翼調(diào)節(jié)是否符合預(yù)期假設(shè).
具體效果可參看視頻內(nèi)容中的風(fēng)速測(cè)試內(nèi)容。
三、作品實(shí)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(xiàng)目文檔
參考附件
