国旗升降自动控制系统.docx
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国旗升降自动控制系统
Protues电路设计与仿真
结
课
论
文
姓名吕雪锋
学号5011212204
学院信息工程学院
专业计算机科学与技术
班级计算机16-2班
指导老师孟洪兵
国旗升降自动控制系统
目录
设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第1节系统方案论证与比较．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.1设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2方案选择与论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2.1、电机的选择与论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2.2、电机驱动方案的选择与论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2.3、显示部分方案的选择与论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
第2节电路框图设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1总体框图设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.2整体程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
第3节系统的具体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.1系统的硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.1.1、电机驱动模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.1.2、键盘与显示模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.2系统的软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2.1、主体电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
第4节结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
第5节心得．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
国旗升降系统控制设计报告
设计任务
设计一个国旗升降旗系统，该系统能够控制升旗和降旗，升旗时，在到固定时间时自动停止；降旗时，在到达固定时间自动停止。
旗帜的升降由电动机驱动，该系统有三个控制按键，一个是上升键，一个是下降键，一个是复位按键。
基本功能
1．按下上升按键后，电机随着时间匀速顺时针转动；上升到固定时间时自动停止上升，电机停止转动；按下下降按键后，电机随着时间匀速逆时针下降，下降到固定时间时电机停止转动。
2．能在上升到最大时间后复位，动态时间清零。
3．为避免误动作，国旗在上升到固定时间时，按上升键不起作用；国旗在下降到时，按下降键不起作用。
4．升降旗的时间均为43秒，升国旗时，电机顺时针转动到时间最大值；降国旗时，电机逆时针转动到最大值
5．数字即时显示电机转动的时间，以秒为单位，误差不大于1秒。
摘要
本系统采用单片机AT89C51作为自动控制升降旗系统的检测和控制核心，采用由单片机控制的步进电机带动国旗升降，实现对国旗升降的自动控制。
该电路主要分为电机驱动控制模块、键盘与显示模块、语音模块及无线遥控电路模块等几个部分。
电机驱动控制模块采用集成驱动芯片L298，控制与显示部分分别采用键盘作为控制和液晶RT1602C作为显示。
基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套完善的软件编程，实现了自动升降旗的基本功能及发挥部分的一些功能。
关键字：
步进电机自动控制液晶显示接近开关
具体设计
第1节系统方案论证与比较
1.1思路
题目要求设计一自动控制升降旗系统，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30—120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、降旗及停止功能。
根据题目要求由一个步进电机来控制旗帜的升降情况，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，由液晶来显示旗帜所在的高度及升降旗所用的时间，无线遥控电路使用无线发射接收模块SP，语音模块采用集成语音芯片ISD2560。
1.2方案选择与论证
1.2.1、电机的选择与论证
方案一：
采用普通的直流电机。
普通直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。
方案二：
采用步进电机。
步进电机的一个显著特点是具有快速的启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。
另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。
因为在本系统中需要精确的转换速度和转换时间且启停要迅速，所以在本设计中我们选择方案二
1.2.2、电机驱动方案的选择与论证
方案一：
采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控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单，其缺点是继电器的响应时间长，易损环，寿命短，可靠性不是很高。
方案二：
采用由达林顿管组成的H桥型PWM电路。
用单片机控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单的实现转速和方向的控制，但不能很精确的控制步距和速度。
方案三：
采用集成ULN2003A。
在自动化密集的场合会有很多被控元件如继电器，风机，空调等，这些设备通常由CPU集中控制，由于控制系统不能直接驱动被控元件，这与要有功率来扩展输出电流以满足被控元件的电流与电压。
而ULN2003A功能性强、应用范围广。
所以综上所述我们采用方案三。
1.2.3、显示部分方案的选择与论证
方案一：
采用LED数码管显示旗帜所在的高度以及升降旗所用的时间。
在本系统中需要用到6只LED数码管进行动态显示才可以达到要求。
采用LED的优点是亮度高，醒目，价格便宜，寿命长；缺点是只能显示0～9的数字和一些简单的字符，电路复杂，占用资源较多且信息量小。
方案二：
用LCDAMPIRE12864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，所以我们选择方案二
第2节电路框图设计
2.1总体框图设计
根据设计要求，本系统可由图所示的几个部分组成：
根据设计要求，可得本系统的程序主流程图如图2-2-1所示：
本系统的控制器采用ATMEL公司的AT89C52。
2.2整体程序流程图
第3节系统的具体设计
3.1系统的硬件设计
本系统由单片机AT89C52作为升降旗系统的控制核心，实现键盘控制、液晶显示以及无线遥控等几个部分，即该系统主要包括电机驱动模块、键盘与显示模块及晶振电路模块等几个部分。
现分别对各模块进行分析。
3.1.1、电机驱动模块
在本设计中采用ULN2003A来驱动电机。
其电路原理图如图所示。
电机驱动电路
其步进电机的控制原理为：
为了准确实现可调节的时间和高度控制的匀速升降，需要精确计算在人眼不能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=高度（high）/0.0234,在此，时间可调时间间隔为1s。
3.1.2、键盘与显示模块
在本设计中使用了四个按键，分别用来控制升降旗和随意停止及其复位，时间的调节，其键盘摸板如图，显示部分采用液晶LCDAMPIRE12864，因为在本设计中只要求显示时间与汉子字符，其键盘与显示模块的电路原理图如图所示。
图3-1-2键盘摸板
键盘与显示电路
3.2系统的软件设计
整个系统的主要任务是执行升降旗、时间调整两种运动。
主体软件电路图：
此电路包括按键控制部分、单片机控制部分、步进电机驱动控制电路部分。
电路采用AT89C52单片机作为控制系统的核心。
单片机通过对按键的扫描，识别出外部命令，并通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动电路来驱动步进电机运转。
当按上升键时，步进电机正转；当按下降键时，步进电机反转；按停止键时，步进电机停转
第4节结论
本系统的特色：
本设计在硬件上，使用了步进电机控制和利用接近开关实现停止的双重保险，在软件上，利用C语言的简单精练特点，实现起来更加简单，现将题目要求指标及系统实际性能列表如下：
基本要求
发挥要求
实际性能
升旗时，匀速上升同时电机顺时针转动，到达顶端时能自动停止。
降旗时，电机逆时针转动，到达低端时自动停止。
当时间设定为43S、时，电机匀速转动并且开始计时，到达指定时间停止转动。
能在随意的时间上手动停止
当到达任意时间，都可以选择停止，并且保持此位置，知道下一个动作。
LCDAMPIRE12864显示汉字字符，且显示升旗需要的时间，及此刻升旗的动态时间
通过LCD12864来显示设置的时间、此时的设置的时间、此时运行的时间。
由开关控制是否需要电机停止转动。
通过一个按键来实现是否需要电机停止转动，当达到需要的时间即可选择停止，或者继续。
具有按键控制升、降旗及停止功能
通过按键来实现升旗、降旗及停止。
但效果不是很好。
在旗杆的最顶端与最低端安装了接近开关，防止电机失控。
第5节心得
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
作为二十一世纪的大学来说单片机的开发技术是十分重要的。
回顾起此次单片机课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了许多在书本上所学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是重要要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
这次设计也让我发现自己的知识严重不
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