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今年的全国电子设计大赛紧张地进行着，我所在的团队在本次比赛中选择了风力摆的设计项目，趁着与非网这次《电赛有约》征文大赛分享一下自己的参赛心得，希望会对后面参加此项目的朋友们带来一些启示。
项目的任务是设计一测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面画出要求的轨迹。具体的示意图如图1，将一长约60cm~70cm的细管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂一组（2~4 只）直流风机，构成一风力摆。风力摆上安装一向下的激光笔，静止时，激光笔的下端距地面不超过20cm。
图1 风力摆结构示意图
Step 1 搭出支架，初具雏形
选定题目后，首要任务是做出一个简易支架，为编程后的调试作硬件支持。我们团队在商议后选择了木质材料进行第一次尝试，木质材料有着易切割，易拼接的特点，非常适合做一个初步的支架。实验室中备有钻孔机和锯条，把大块木板切割成细长条，再打孔，连接，一个简易支架就大致完成了。接来下的问题是支架与风力摆长杆之间的连接，暂时缺少万向节这种连接件，于是只能通过其他方式代替。
大家积极思考，最终想到了两种方案，第一是用两节链条（如图2）加上卡锁固定进行连接，但是，由于链条的结构特点，这种方案的缺点在于风力摆长杆的运动方向受到了限制，摆直线时容易扭动，摆正圆时会变成椭圆。这一方案最终被否决。
图2 链条
方案二是用一段两端插入螺纹连接件的软管进行连接（如图3），如此风力摆长杆各个方向运动都毫无阻碍，几乎完美地暂时代替了万向节。
图3 软管
想万向节的替代方案的过程，提醒了我生活经验的重要性，这些连接件，在生活中多多少少地出现过，平时却留意得太少，觉得毫不稀奇。殊不知这些小细节是能工巧匠们一步步改造后的成果，方便组装，小巧灵活，十分值得借鉴。
Step 2 拼接风扇，动力初成
铺垫这么多，本次项目的重点：风扇，终于登场啦！我们选用了0.48A的风扇，功率较小。若用两个风扇作为动力，则会因为风力不足而无法满足动力要求，把用三个风扇和用四个风扇这两种方案对比，前者在摆动角度的控制上更加困难，于是最后采用四个风扇拼接成为正方形的方式（如图4），正方形所具有的对称性减小了控制的难度。为了聚集风力，我们团队在每个风扇的四周贴上了一圈纸片。一开始，为了更强的聚风能力，我们将纸片伸出很长，在调试时发现达到同样的要求的情况下，加纸片聚风后的风扇画出的直线更直，但也带来了一个新的问题，达到要求时所需的时间变长，这说明在风吹出的过程中，纸片给空气流动带来了阻力。最后我们决定将纸片剪短，在具备聚风能力的同时有效地减小了阻力。
图4 风扇
Step 3芯片选择，电路焊接
使用dsPIC30F4011单片机作为核心控制模块，由一块LCD1602显示角度数据和相关参数。
决定了基本的芯片，下一步就是设计并且画出电路图的原理图（如图5），为电路板的焊接做准备了。电路原理图分为8个部分，分别是主电路、电压转换电路、驱动电路、传感器电路、开关电路、LCD显示电路、程序烧入电路、蜂鸣器电路。
图5 部分电路原理图
根据完整的电路图，就可以开始焊接电路板了，我们对于焊接已经不陌生，一手电烙铁，一手焊锡丝，小心控制，避免虚焊。
在完成电路板电路时最需要耐心的是做接头（如图6），一根根将线拨开，再将线头处用剥线钳剥至裸线状态，然后用线座夹紧线头，最后点锡，插入接头。完成每一步时都要细致，否则很容易接触不良。
图6 接头
耐心和细致，是焊电路板时的不二法则，我很享受这一过程，沉浸其中，将一个个零散的元器件组成一个完整的控制单元，十分有成就感。
Step 4软件编程，测试修正
采用了MPLAB IDE v8.70软件进行程序的编写，第一版本的程序用了定时器中断的方法，先测出摆动周期，根据摆动周期设定定时器的值。若要直线摆动，则两个相向的风扇交替开关。若要斜线摆动，则调节相邻两个风扇的风力大小以确定斜线位置，再将对角风扇交替开关。不断调试后发现，这样的开环控制得不到反馈，很容易偏离目标，重复性差。于是加入了传感器，实时监测距离，闭环反馈控制。
程序的编写不会一蹴而就，需要不断修正调试，甚至修改编程思路，找到最优的方法。
结语：
在完成这个项目的过程中，我发现若不依靠惯性，一个风扇硬吹的动力无法达到我们想要的摆起角度，只有循序渐进，风扇交替，才能一次次晃动出更大的幅度。同样，我们只有循序渐进，不断思考，不断完善，才能让风吹出我们想要的摆动，完成这个挑战与趣味并存的项目。
最后，展示一张我们最终的成品图。
图7 成品
小编寄语：完美收官，感谢赵莹同学的详细分享，不知参加同类题目比赛的同学是否已经做出的完美作品？如果你也参加过今年或者往年的电子设计大赛，如果你也想分享自己的参赛心得，欢迎继续投稿，投稿邮箱：yunyun#eefocus.com（请将#换为@）。
