國(guó)旗升降自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、 Protues電路設(shè)計(jì)與仿真 結(jié)課論文 姓 名 呂雪鋒 學(xué) 號(hào) 5011212204 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 計(jì)算機(jī)16-2班 指導(dǎo)老師 孟洪兵 國(guó)旗升降自動(dòng)控制系統(tǒng)目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)2摘要4第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較51.1 設(shè)計(jì)思路51.2 方案選擇與論證51.2.1、電機(jī)的選擇與論證51.2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇與論證51.2.3、顯示部分方案的選擇與論證6第 2 節(jié) 電路框圖設(shè)計(jì) 82.1 總體框圖設(shè)計(jì)82.2 整體程序流程圖9第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1.1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊103.1.2、鍵盤(pán)與顯示模塊113.2 系

2、統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)123.2.1、主體電路圖12第 4 節(jié) 結(jié)論13第 5 節(jié) 心得14參考文獻(xiàn)14附錄15 國(guó)旗升降系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)國(guó)旗升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠控制升旗和降旗，升旗時(shí)，在到固定時(shí)間時(shí)自動(dòng)停止；降旗時(shí)，在到達(dá)固定時(shí)間自動(dòng)停止。旗幟的升降由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)有三個(gè)控制按鍵，一個(gè)是上升鍵，一個(gè)是下降鍵，一個(gè)是復(fù)位按鍵?；竟δ?按下上升按鍵后，電機(jī)隨著時(shí)間勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；上升到固定時(shí)間時(shí)自動(dòng)停止上升，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；按下下降按鍵后，電機(jī)隨著時(shí)間勻速逆時(shí)針下降，下降到固定時(shí)間時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2能在上升到最大時(shí)間后復(fù)位，動(dòng)態(tài)時(shí)間清零。3為避免誤動(dòng)作，國(guó)旗在上升到固定時(shí)間時(shí)，按上升

3、鍵不起作用；國(guó)旗在下降到時(shí)，按下降鍵不起作用。4升降旗的時(shí)間均為43秒，升國(guó)旗時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到時(shí)間最大值；降國(guó)旗時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到最大值5數(shù)字即時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，以秒為單位，誤差不大于1秒。摘要本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51作為自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)的檢測(cè)和控制核心，采用由單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)國(guó)旗升降，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)旗升降的自動(dòng)控制。該電路主要分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、鍵盤(pán)與顯示模塊、語(yǔ)音模塊及無(wú)線遙控電路模塊等幾個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊采用集成驅(qū)動(dòng)芯片L298，控制與顯示部分分別采用鍵盤(pán)作為控制和液晶RT1602C作為顯示?；谶@些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套完善的軟件編程，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)升

4、降旗的基本功能及發(fā)揮部分的一些功能。關(guān)鍵字：步進(jìn)電機(jī) 自動(dòng)控制 液晶顯示 接近開(kāi)關(guān)具體設(shè)計(jì)第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較1.1 思路題目要求設(shè)計(jì)一自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)升降旗和自動(dòng)升降半旗,能夠在指定位置停止，升降旗的時(shí)間可在30120秒的范圍內(nèi)自行調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)的升降旗時(shí)間與國(guó)歌演奏時(shí)間相等，即為43秒，且具有數(shù)字即時(shí)顯示旗幟所在的高度和無(wú)線遙控升、降旗及停止功能。根據(jù)題目要求由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制旗幟的升降情況，由接近開(kāi)關(guān)來(lái)防止旗幟在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)停止時(shí)出現(xiàn)的誤動(dòng)作，由液晶來(lái)顯示旗幟所在的高度及升降旗所用的時(shí)間，無(wú)線遙控電路使用無(wú)線發(fā)射接收模塊SP，語(yǔ)音模塊采用集成語(yǔ)音芯片ISD25

5、60。1.2 方案選擇與論證1.2.1、電機(jī)的選擇與論證方案一：采用普通的直流電機(jī)。普通直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是具有快速的啟停能力，如果負(fù)荷不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時(shí)間且啟停要迅速，所以在本設(shè)計(jì)中我們選擇方案二1.2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇與論證方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的切換速度實(shí)現(xiàn)對(duì)電

6、機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，易損環(huán)，壽命短，可靠性不是很高。方案二：采用由達(dá)林頓管組成的H橋型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)）。這種電路由于工作在管子的飽和截至模式下，效率很高。H橋電路保證了可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，但不能很精確的控制步距和速度。方案三：采用集成ULN2003A。在自動(dòng)化密集的場(chǎng)合會(huì)有很多被控元件如繼電器，風(fēng)機(jī)，空調(diào)等，這些設(shè)備通常由CPU集中控制，由于控制系統(tǒng)不能直接驅(qū)動(dòng)被控元件，這與要有功率來(lái)擴(kuò)展輸出電流以滿足被控元件的電流與電壓。

7、而ULN2003A功能性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。所以綜上所述我們采用方案三。1.2.3、顯示部分方案的選擇與論證方案一：采用LED數(shù)碼管顯示旗幟所在的高度以及升降旗所用的時(shí)間。在本系統(tǒng)中需要用到6只LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示才可以達(dá)到要求。采用LED的優(yōu)點(diǎn)是亮度高，醒目，價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是只能顯示09的數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符，電路復(fù)雜，占用資源較多且信息量小。方案二：用LCD AMPIRE12864液晶顯示，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符，工作電流比LED小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，故其功耗低，且有著良好的人機(jī)界面，體積小，功耗極低?；谏鲜隹紤]，所以我們選擇方案二第 2 節(jié) 電路框圖設(shè)計(jì)2.1 總體框圖設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要

8、求，本系統(tǒng)可由圖所示的幾個(gè)部分組成： 電源電路單片機(jī)LCD顯示方向驅(qū)動(dòng)電機(jī)按鍵輸入根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可得本系統(tǒng)的程序主流程圖如圖2-2-1所示：本系統(tǒng)的控制器采用ATMEL公司的AT89C52。2.2 整體程序流程圖第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C52作為升降旗系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)控制、液晶顯示以及無(wú)線遙控等幾個(gè)部分，即該系統(tǒng)主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤(pán)與顯示模塊及晶振電路模塊等幾個(gè)部分?，F(xiàn)分別對(duì)各模塊進(jìn)行分析。3.1.1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊在本設(shè)計(jì)中采用ULN2003A來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其電路原理圖如圖所示。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路其步進(jìn)電機(jī)的控制原理為：為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的

9、時(shí)間和高度控制的勻速升降，需要精確計(jì)算在人眼不能識(shí)別的時(shí)間內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)。在此我們選用步距角0.9度，則走一圈所需的步數(shù)為400步，因?yàn)橛糜诠潭ɡK子的軸的直徑為2.5cm，則平均每步拉出的線長(zhǎng)便可計(jì)算出來(lái)約為L(zhǎng)=0.0234cm，在整個(gè)上升或下降過(guò)程中，high為總高度，可通過(guò)公式計(jì)算出在此段距離中步進(jìn)電機(jī)需走的步數(shù)，即為，步進(jìn)電機(jī)要轉(zhuǎn)動(dòng)的總步數(shù)：總步數(shù)=高度（high）/0.0234, 在此，時(shí)間可調(diào)時(shí)間間隔為1s。3.1.2、鍵盤(pán)與顯示模塊在本設(shè)計(jì)中使用了四個(gè)按鍵，分別用來(lái)控制升降旗和隨意停止及其復(fù)位，時(shí)間的調(diào)節(jié)，其鍵盤(pán)摸板如圖，顯示部分采用液晶LCD AMPIRE12864，因?yàn)樵?/p>

10、本設(shè)計(jì)中只要求顯示時(shí)間與漢子字符，其鍵盤(pán)與顯示模塊的電路原理圖如圖所示。圖3-1-2 鍵盤(pán)摸板 鍵盤(pán)與顯示電路3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行升降旗、時(shí)間調(diào)整兩種運(yùn)動(dòng)。主體軟件電路圖： 此電路包括按鍵控制部分、單片機(jī)控制部分、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路部分。電路采用AT89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。單片機(jī)通過(guò)對(duì)按鍵的掃描，識(shí)別出外部命令，并通過(guò)I/O口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按上升鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下降鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按停止鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)第 4 節(jié) 結(jié)論 本系統(tǒng)的特色：本設(shè)計(jì)在硬件上，使用了步進(jìn)電機(jī)控制和利用

11、接近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)停止的雙重保險(xiǎn)，在軟件上，利用C語(yǔ)言的簡(jiǎn)單精練特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加簡(jiǎn)單，現(xiàn)將題目要求指標(biāo)及系統(tǒng)實(shí)際性能列表如下： 基本要求 發(fā)揮要求 實(shí)際性能 升旗時(shí)，勻速上升 同 時(shí)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)頂端時(shí)能自動(dòng)停止。降旗時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)低端時(shí)自動(dòng)停止。當(dāng)時(shí)間設(shè)定為43S、時(shí)，電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并且開(kāi)始計(jì)時(shí)，到達(dá)指定時(shí)間停止轉(zhuǎn)動(dòng)。能在隨意的時(shí)間上手動(dòng)停止當(dāng)?shù)竭_(dá)任意時(shí)間，都可以選擇停止，并且保持此位置，知道下一個(gè)動(dòng)作。LCD AMPIRE12864顯示漢字字符，且顯示升旗需要的時(shí)間，及此刻升旗的動(dòng)態(tài)時(shí)間通過(guò)LCD12864來(lái)顯示設(shè)置的時(shí)間、此時(shí)的設(shè)置的時(shí)間、此時(shí)運(yùn)行的時(shí)間。由開(kāi)關(guān)控制是否需要電機(jī)

12、停止轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)是否需要電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到需要的時(shí)間即可選擇停止，或者繼續(xù)。具有按鍵控制升、降旗及停止功能通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)升旗、降旗及停止。但效果不是很好。在旗桿的最頂端與最低端安裝了接近開(kāi)關(guān)，防止電機(jī)失控。 第 5 節(jié) 心得 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到

13、實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了許多在書(shū)本上所學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是重要要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 這次設(shè)計(jì)也讓我發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)嚴(yán)重不足，所以一定要不斷充實(shí)自己的知識(shí)。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃?/p>

14、同學(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！ 參考文獻(xiàn)：1 揚(yáng) 立，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京.中國(guó)鐵道出版社.20082 陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.20093 莫正康，電力電子應(yīng)用技術(shù)M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.20074 趙瑞林，單片機(jī)原理與應(yīng)用教程M.北京.北京大學(xué)出版社.200515 張旭濤，單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京.北京理工大學(xué)出版社.20086 趙建領(lǐng)，51單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解M.北京.電子工業(yè)出版社.20097 康維新，MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京.中國(guó)輕工業(yè)出版社.20098 Yokogawa.Models UT550/UT520 Digi

15、tal Indicating Controllers Users Manunal.Tokyo.Yokogawa.20039 陳愛(ài)萍，何智勇，羊四清，電子顯示屏的單片機(jī)控制系統(tǒng)M北京.自動(dòng)化與儀表.1999(7)：545710 樓然苗，李光飛，51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.200311 盧艷君，單片機(jī)原理與應(yīng)用M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.200812 Kavanagh R C. Improved Digital Tachometer with Reduced Sensitivity to Sensor Nonideality. IEEE Trans.Ind. Elect

16、ron. , 2000 ,47 (4) : 890 89713 Prokin M. Ext remely Wide range Speed Measurement Using a Double2buffered Method. IEEE Trans. Ind. Electron. , 1994 ,41 (5) :550 55914 吳丙申，卞祖富,模擬電路基礎(chǔ)M.北京.北京理工大學(xué)出版社.200715 李響初, 數(shù)字電路基礎(chǔ)與應(yīng)用M.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2008附錄材料清單LCD AMPIRE12864AT89C52BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALMOTOR-STEPPERP

17、OT-HG(主要用于調(diào)節(jié)液晶屏的背光)RESRESPACK-8UNL2003A部分程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<source.h>#include<LCD12864.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit KEY2=P30;sbit KEY3=P31;/三個(gè)按鍵控制口 char min,sec,tt=0,flag=0;int num=0;/相序存放處bit dir=1;/方向標(biāo)志（默認(rèn)為順時(shí)針）uchar

18、code forward=0x0e,0x0c,0x0d,0x09,0x0b,0x03,0x07,0x06;/正轉(zhuǎn)uchar code reveser=0x0e,0x06,0x07,0x03,0x0b,0x09,0x0d,0x0c;/反轉(zhuǎn)void delay(uint i)while(-i);void key_scan(void)if(KEY2=0)/按鍵2按下，升旗delay(5000);if(KEY2=0)while(!KEY2);ClearScreen(0);flag=1;sec=0;min=0;dir=1; TR0=1; TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器Display_HZ(1,0,3,she

19、ng);Display_HZ(2,0,0,qi);Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);Display_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁(yè)（0 2 4 8） 列（0 1 2 3）Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao);if(KEY3=0)/按鍵3按下，降旗delay(5000);if(KEY3=0)while(!KEY3);ClearScreen(0);flag=2;sec=0;min=0;dir=0; TR0=1; TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器D

20、isplay_HZ(1,0,3,jiang);Display_HZ(2,0,0,qi);Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);Display_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁(yè)（0 2 4 8） 列（0 1 2 3）Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao);void main() init_LCD();/初始12864 ClearScreen(0);/清屏 Set_line(0);/顯示開(kāi)始行 EA=1; /開(kāi)啟總中斷IT0=1;EX0=1;ET0

21、=1; /允許定時(shí)器0中斷ET1=1;TMOD=0x11; /設(shè)置定時(shí)器工作方式1 16位計(jì)數(shù)TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-60000)/256;TL1=(65536-60000)%256;TR0=0; /啟動(dòng)定時(shí)器TR1=0; Display_HZ(1,0,2,kai);Display_HZ(1,0,3,shi);Display_HZ(2,0,0,sheng);Display_HZ(2,0,1,qi); /上電顯示：“開(kāi)始升旗”Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);D

22、isplay_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁(yè)（0 2 4 8） 列（0 1 2 3）Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao); while(1)if(tt=20) /1秒時(shí)間到 tt=0; /把重新賦值為0 等待下一秒（tt=20） sec+; /if(sec=60) min+; sec=0; if(min=0&&sec=43) TR0=0;TR1=0;Display_HZ(1,0,2,yi);Display_HZ(1,0,3,shii);Display_HZ(2,0,0,wan);Dis