《2024 DigiKey 汽车应用创意挑战赛》基于FS3000的汽车尾翼安...

qintian0303

一、项目名称：
       基于FS3000开发板和Arduino的汽车尾翼安全调节示意系统
二、项目概述：
       本设计方案旨在构建一个汽车尾翼安全调节系统的示意模型。虽然在真实汽车应用中，FS3000FL气流传感器的量程无法直接适用于汽车表面的高速气流，但该系统通过模拟验证气流控制尾翼调节的可行性。利用FS3000FL气流传感器采集气流数据，Arduino作为主控单元处理数据并控制舵机的角度，舵机模拟尾翼的调节动作，从而研究在模拟气流条件下汽车尾翼的调节对车辆运行平衡的影响。
1、基本原理
       气流检测原理：FS3000FL气流传感器基于特定的空气流动检测机制（例如热膜测量原理），当有气流通过传感器时，会引起传感器表面温度变化，这种温度变化被转换为电信号输出，输出信号与气流速度相关。
       主控与传感器交互原理：FS3000FL传感器通过标准的Pmod Type 6A（Extended I2C）接口与Arduino连接（实际上就用的4根线）。Arduino通过I2C通信协议对FS3000FL传感器进行配置和读取数据。I2C协议是一种简单的串行双线协议，由时钟线（SCL）和数据线（SDA）组成，允许主控设备（Arduino）与多个从设备（FS3000FL传感器）进行通信。
       舵机控制原理：Arduino根据从FS3000FL传感器读取到的气流数据，按照预先设定的算法计算出对应的舵机角度值。舵机是一种位置（角度）伺服驱动器，通过脉宽调制（PWM）信号控制其转动角度。Arduino输出的PWM信号频率和占空比决定了舵机的目标角度，以此来模拟尾翼的调节。
2、硬件
       FS3000FL（PMOD DAUGHTER CARD FOR FS3000 FL）传感器模块
       Arduino开发板：作为主控单元，具有丰富的输入输出引脚，可方便地与FS3000FL传感器和舵机连接。具备足够的处理能力来运行I2C通信协议、数据处理算法和PWM信号生成。
       180度舵机：根据接收到的Arduino输出的PWM信号控制舵机转动，模拟尾翼的调节。舵机内部由电机、减速齿轮组和位置检测装置组成，能够准确控制转动角度在0 - 180度之间。
3、软件
       Arduino IDE：用于编写和上传控制程序到Arduino开发板。
       程序中首先初始化FS3000FL传感器和舵机的连接端口，然后通过I2C协议读取FS3000FL传感器的气流数据。
       根据气流数据按照特定算法计算舵机目标角度，再通过生成相应的PWM信号控制舵机转动。
4、项目实施步骤
硬件连接
       将FS3000FL开发板的Pmod Type 6A接口与Arduino开发板的Pmod接口按照对应引脚连接，确保I2C通信引脚（SCL和SDA）连接正确。
       将舵机的信号线连接到Arduino开发板的一个数字引脚（如9引脚，用于输出PWM信号），舵机的电源正负极分别连接到合适的电源（通常为5V或6V电源适配器，确保电源与Arduino的电源隔离）。
       给FS3000FL开发板和Arduino开发板接通电源。
软件编写
库文件导入
       在Arduino IDE中导入FS3000FL传感器的库文件;
       导入舵机的控制库文件（Servo.h）;
初始化代码编写
       在setup()初始化FS3000FL传感器的I2C通信，设置舵机的连接引脚，并初始化舵机的工作模式:

1. void setup()
   
2. {
   
3.   Serial.begin(115200);
   
4.   myservo.attach(9, 500, 2500);          //修正脉冲宽度
   
5.   pos = 90;
   
6.   myservo.write(pos);
   
7. 
   
8.   Wire.begin();
   
9.   if (fs.begin() == false) //Begin communication over I2C
   
10.   {
    
11.     Serial.println("The sensor did not respond. Please check wiring.");
    
12.     while(1); //Freeze
    
13.   }
    
14. 
    
15.   fs.setRange(AIRFLOW_RANGE_7_MPS);
    
16.   Serial.println("Sensor is connected properly.");
    
17. 
    
18. }

复制代码

数据采集与角度计算代码编写
       在loop()函数中，首先读取FS3000FL传感器的气流速度数据,根据预先设定的算法（线性比例关系:将气流数据转换为舵机目标角度,生成对应目标角度的PWM信号输出到舵机:

1. void loop()
   
2. {
   
3.   pos = 90;
   
4.   fs.readMetersPerSecond();
   
5.   pos = 90 + fs.readMetersPerSecond()*10;
   
6.   myservo.write(pos);
   
7.   delay(15);
   
8. }

复制代码

5、多档风扇效果测试
       使用多档风扇产生不同强度的气流，模拟汽车的正常行驶气流和恶劣天气下的强风环境。
       观察在不同风扇档位（即不同气流强度）下，FS3000FL传感器采集到的气流数据，以及舵机相应角度的变化。
       分析测试结果，观察模拟尾翼调节是否符合预期假设.
       具体效果可参看视频内容中的风速测试内容。
三、作品实物图

四、演示视频
【尾翼控制系统示意展示】 https://www.bilibili.com/video/BV1aTPKeTEyb/?share_source=copy_web&vd_source=2a202874768d99b0acaa1aceb9a9b93e
五、项目文档

项目文件.zip (2.63 MB, 下载次数: 1)

2025-2-22 13:35 上传

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