基于单片机自动控制升降旗系统设计.docx

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1、基于单片机自动限制升降旗系统设计目录设计任务2摘要4第1节系统方案论证与比较51.1设计思路51.2方案选择与论证5、电机的选择与论证5、电机驱动方案的选择与论证5、显示部分方案的选择与论证6、语音部分的方案选择与论证6第2节电路框图设计82.1 总体框图设计82.2 整体程序流程图9第3节系统的详细设计103.1 系统的硬件设计10、电机驱动模块10、键盘与显示模块11、语音模块12、无线遥控模块133.2 系统的软件设计15、各部分程序流程图15第4节测试方法与仪器174.1 测试设备174.2 测试方法17第5节测试数据与测试结果析20第6节结论22附录23参考文献25基于单片机自动限制

2、升降旗系统设计15设计任务设计一个自动限制升降旗系统，该系统能够自动限制升旗和降旗，升旗时，在旗杆的最高端自动停止；降旗时，在最低端自动停止。自动限制升降旗系统的机械模型如图所示。旗帜的升降由电动机驱动，该系统有两个限制按键，一个是上升键，一个是下降键。自动限制升降旗示意图（一）基本功能1 .按下上升按键后，国旗匀速上升，同时流畅地演奏国歌；上升到最高端时自动停止上升，国歌停奏；按下下降按键后，国旗匀速下降，降旗的时间不放国歌，下降到最低端时自动停止。2 .能在指定的位置上自动停止。3 .为避开误动作，国旗在最高端时，按上升键不起作用；国旗在最低端时，按下降键不起作用。4 .升降旗的时间均为4

3、3秒钟，与国歌的演奏时间相等，同时，旗从旗杆的最下端上升到顶端。降旗不演奏国歌，同时，旗从旗杆的最上端下降究竟端。5 .数字即时显示旗帜所在的高度，以厘米为单位，误差不大于2厘米。（二）扩展功能增设一个开关，由开关限制是否是半旗状态，该状态由一发光二极管显示O1 .半旗状态（依据国旗法）。升旗时，按上升键，奏国歌，国旗从最低端上升到最高端之后，国歌停奏，然后自动下降到总高度的2/3高度处停止；降旗时，按下降键，国旗先从2/3高度处上升到最高端,再自动从最高端下降究竟之后自动停止，国歌停奏。2 .不论旗帜是在顶端还是在底端，关断电源之后重新合上电源，旗帜所在的高度数据显示不变。3 .要求升降旗的

4、速度可调整，旗杆高度不变的状况下，升降旗时间的调整范围是30120秒钟，步进1秒。此时国歌停奏。4 .具有无线遥控升、降旗与停止功能。摘要本系统采纳单片机AT89S52作为自动限制升降旗系统的检测和限制核心，采纳由单片机限制的步进电机带动国旗升降，实现对国旗升降的自动限制。该电路主要分为电机驱动限制模块、键盘与显示模块、语音模块与无线遥控电路模块等几个部分。电机驱动限制模块采纳集成驱动芯片L298,限制与显示部分分别采纳键盘作为限制和液晶RT1602C作为显示，语音电路采纳语音芯片ISD2560,无线遥控部分采纳SP多用途无线数据收发模块，同时还采纳了接近开关LMF2-3005NA,防止旗帜在

5、最高点或最低点误动作，从而实现了双重保险的作用。基于这些完备而牢靠的硬件设计,运用了一套完善的软件编程，实现了自动升降旗的基本功能与发挥部分的一些功能。关键字：步进电机自动限制语音遥控液晶显示接近开关第1节系统方案论证与比较1.1 设计思路题目要求设计一自动限制升降旗系统，该系统能够自动升降旗和自动升降半旗,能够在指定位置停止，升降旗的时间可在30120秒的范围内自行调整，标准的升降旗时间与国歌演奏时间相等，即为43秒，且具有数字即时显示旗帜所在的高度和无线遥控升、降旗与停止功能。依据题目要求由一个步进电机来限制旗帜的升降状况，由接近开关来防止旗帜在最高点或最低点停止时出现的误动作，由液晶来显

6、示旗帜所在的高度与升降旗所用的时间，无线遥控电路运用无线放射接收模块SP,语音模块采纳集成语音芯片ISD2560。1.2 方案选择与论证、电机的选择与论证方案一：采纳一般的直流电机。一般直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、便利，调整范围广，过载实力强，能承受常见的冲击负载，可实现常见的无级快速启动、制动和反转。方案二：采纳步进电机。步进电机的一个显著特点是具有快速的启停实力，假如负荷不超过步进电机所能供应的动态转矩值，就能够马上使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转限制敏捷。因为在本系统中须要精确的转换速度和转换时间且启停要快速，所以在本设计中我们选择方案二、电机驱动方

7、案的选择与论证方案一：采纳继电器对电动机的开或关进行限制，通过限制开关的切换速度实现对电机的运行速度进行调整。这个电路的优点是电路结构简洁，其缺点是继电器的响应时间长，易损环，寿命短，牢靠性不是很高。方案二：采纳由达林顿管组成的H桥型PWM电路。用单片机限制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，可精确调整电动机的运动状态（前进，后退，左转，右转）。这种电路由于工作在管子的饱和截至模式下，效率很高。H桥电路保证了可以简洁的实现转速和方向的限制，但不能很精确的限制步距和速度。方案三:采纳集成驱动芯片L298L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，利用该芯片是实现驱动步进电机的一种简洁方法，可时限制

8、四相电机，且输出电流可达到2A,可精确限制步距和速度，利用该方法设计的步进电机驱动系统具有硬件结构简洁、软件编程简洁的特点.所以综上所述我们采纳方案三。、显示部分方案的选择与论证方案一：采纳LED数码管显示旗帜所在的高度以与升降旗所用的时间。在本系统中须要用到6只LED数码管进行动态显示才可以达到要求。采纳LED的优点是亮度高，醒目，价格便宜，寿命长；缺点是只能显示09的数字和一些简洁的字符，电路困难，占用资源较多且信息量小。方案二：用LCD(RT1602C)液晶显示，其优点是能显示更多的字符，工作电流比LED小几个数量级，故其功耗低，且有着良好的人机界面，体积小，功耗极低。基于上述考虑，所以

9、我们选择方案二、语音部分方案的选择与论证方案一：采纳语音芯片ISD1420。该芯片采纳CMOS技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益限制、防混肴滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动与EEPROM,一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按扭、电源与少数电阻电容即可，结构特别简洁，且它的音质好、功耗低，但其录放音时间短，只有8到20秒。方案二：采纳语音芯片ISD2560,它具有抗断电、音质好，运用便利,无须专用的开发系统等优点。录音时间为60s,能重复录放达10万次。芯片采纳多电平干脆模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A转换器。每个采样值干脆存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够特别

10、真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避开了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”，该器件的采样频率为8.0KHz综上所述，因为在本系统国歌的的演奏时间须要43秒钟，所以在此选用方案二。第2节电路框图设计2.1总体框图设计依据设计要求，本系统可由图2TT所示的几个部分组成:图2TT总体电路框图依据设计要求，可得本系统的程序主流程图如图2-2T所示：本系统的限制器采纳ATMEL公司的AT89S52,因为考虑到编写的繁简程度，所以在此运用C语言进行软件编写，这样可以大大提高程序编写时的效率。2.2整体程序流程图图2-2-1整体程序流程图第3节系统的详细设计3.1系统的硬件设计本

11、系统由单片机AT89S52作为升降旗系统的限制核心，实现键盘限制、液晶显示、语音以与无线遥控等几个部分，即该系统主要包括电机驱动模块、键盘与显示模块、语音模块与无线遥控电路模块等几个部分。现分别对各模块进行分析。、电机驱动模块在本设计中采纳集成驱动芯片L298作为电机驱动的核心，L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，可同时限制两个电机，且输出电流可达到2A,驱动力很强。因为在本设计中我们运用的是四相步进电机，所以L298完全符合要求。其电路原理图如图3TT所示。+ 12V四相苑电机图3T-1电机驱动电路其步进电机的限制原理为：为了精的确现可调整的时间和高度限制的匀速升降，须要精确计算在人眼不能

12、识别的时间内的步进电机的脉冲数。在此我们选用步距角0.9度，则走一圈所需的步数为400步，因为用于固定绳子的轴的直径为2.5cm,则平均每步拉出的线长便可计算出来约为L=0.0234cm,在整个上升或下降过程中，high为总高度，可通过公式计算出在此段距离中步进电机需走的步数，即为，步进电机要转动的总步数：总步数二高度(high)/0.0234,在此，高度可调步长为ICnb时间可调时间间隔为1s。、键盘与显示模块在本设计中运用了八个按键，分别用来限制升降旗和升降半旗与其切换，高度与时间的调整，其键盘摸板如图3-1-2,显示部分采纳液晶RTI602,因为在本设计中只要求显示时间与高度，可以不用中

13、文显示，所以RTI602已完全满意要求，其键盘与显示模块的电路原理图如图3-1-3所示。图3-1-2键盘摸板图3-1-3键盘与显示电路、语音模块因为本设计要求演奏国歌，其时间为43秒钟，所以选用的语音芯片其录放时间应大于43秒钟，即在此选用语音芯片ISD2560,其录放时间为60秒，完全符合本设计的要求，我们把国歌音乐录制在ISD2560语音芯片中,然后用它的单次播放功能播放国歌，其电路原理图如图3-1-4所示。图3-1-4语音模块的电路原理图ISD2560可以利用AO-A9这10条地址线实现分段录放音，可以分为600段，在本设计中我们没有用到分段录放音，所以将10条地址线全部接地。当录音时，

14、片选端CE接低电平、PD为低电平、P/R为低电平；当放音时，片选端CE接低电平、PD为低电平、P/R为高电平。其限制原理为：A、当升旗键按下时，ISD2560输出播音限制信号播放国歌，国旗经43s的时间匀速上升至旗杆顶端，国歌播放完毕；当降旗键按下时，不播放国歌。B、在半旗状态时，当升旗键按下时，对ISD2560输出播音限制信号播放国歌，国旗经43s的时间匀速从最低端上升到最顶端之后，国歌停奏，然后自动经14s的时间匀速下降到总高度的2/3高度处(120cm)停止；当降旗键按下时，不播放国歌。、无线遥控模块在本设计中采纳SP多用途无线数据收发模块，SP模块必需用信号调制才能正常工作，常见的固定

15、编码解码器件有PT2262/2272、SC2262/2272、LSD2262/2272等，在此我们选用的是LSD2262和LSD2272,LSD2262将A0A5和A6D5A11DO确定的地址和数据进行编码，当TE为低电平常，从DoUT输出编码信号，编码信号供应应RF或IR电路放射，由RF或IR接收电路接收后，经LSD2272解码，实现遥控编码和解码。理论上只要干脆连接上固定编码解码器件即可特别简洁的达到很好的传输效果，但事实上须要考虑解码器件的输入阻抗，调制起来有点困难。其放射模块的电路原理图如图3-1-5所示，接收模块的电路原理图如图3-1-6所示。图3-1-5放射模块电路原理图SP多用途无线数据放射模块的工作频率为315M,采纳声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高仅次于晶体，当环境温度在-25+85度之间改变时，频漂仅为3ppm度。特殊适合多发一收无