基于FS3000开发板和Arduino的汽车尾翼安全调节示意系统_电路方案

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:

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  myservo.attach(9, 500, 2500);          //修正脉冲宽度
  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.");

}

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:

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

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

参考附件