國旗升降自動控制系統(tǒng)

1、Protues電路設(shè)計與仿真結(jié)課論文姓名呂雪鋒學(xué)號5011212204學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級計算機(jī)16-2班指導(dǎo)老師孟洪兵Word文檔國旗升降自動控制系統(tǒng)目錄設(shè)計任務(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82.1 總體框圖設(shè)計82.2 整體程序流程圖9第3節(jié)系統(tǒng)的具體設(shè)計103.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計103.1.1、 電機(jī)驅(qū)動模塊103.1.2、 鍵盤與顯示模塊113.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計123.2.1、 主體電路圖

2、12第4節(jié)結(jié)論13第5節(jié)心得14參考文獻(xiàn)14Word文檔15附錄國旗升降系統(tǒng)控制設(shè)計報告織設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個國旗升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠控制升旗和降旗，升旗時，在到固定時間時自動停止；降旗時，在到達(dá)固定時間自動停止。旗幟的升降由電動機(jī)驅(qū)動，該系統(tǒng)有三個控制按鍵，一個是上升鍵，一個是下降鍵，一個是復(fù)位按鍵?；竟δ? .按下上升按鍵后，電機(jī)隨著時間勻速順時針轉(zhuǎn)動；上升到固定時間時自動停止上升，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；按下下降按鍵后，電機(jī)隨著時間勻速逆時針下降，下降到固定時間時電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。2 .能在上升到最大時間后復(fù)位，動態(tài)時間清零。3 .為避免誤動作，國旗在上升到固定時間時，按上升鍵不起作用；國旗在下降到時

3、，按下降鍵不起作用。4 .升降旗的時間均為43秒，升國旗時，電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動到時間最大值；降國旗時，電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動到最大值Word文檔1秒。5 .數(shù)字即時顯示電機(jī)轉(zhuǎn)動的時間，以秒為單位，誤差不大于摘要本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51作為自動控制升降旗系統(tǒng)的檢測和控制核心，采用由單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)帶動國旗升降，實現(xiàn)對國旗升降的自動控制。該電路主要分為電機(jī)驅(qū)動控制模塊、鍵盤與顯示模塊、語音模塊及無線遙控電路模塊等幾個部分。電機(jī)驅(qū)動控制模塊采用集成驅(qū)動芯片L298,控制與顯示部分分別采用鍵盤作為控制和液晶RT1602c作為顯示。基于這些完備而可靠的硬件設(shè)計，使用了一套完善的軟件編程，實現(xiàn)了自動升降旗的

4、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)自動控制液晶顯示接近開關(guān)Word文檔具體設(shè)計第1節(jié)系統(tǒng)方案論證與比較1.1 思路題目要求設(shè)計一自動控制升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動升降旗和自動升降半旗，能夠在指定位置停止，升降旗的時間可在30-120秒的圍自行調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)的升降旗時間與國歌演奏時間相等，即為43秒，且具有數(shù)字即時顯示旗幟所在的高度和無線遙控升、降旗及停止功能。根據(jù)題目要求由一個步進(jìn)電機(jī)來控制旗幟的升降情況，由接近開關(guān)來防止旗幟在最高點或最低點停止時出現(xiàn)的誤動作，由液晶來顯示旗幟所在的高度及升降旗所用的時間，無線遙控電路使用無線發(fā)射接收模塊SP,語音模塊采用集成語音芯片ISD2560o1

5、.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)。普通直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的一個顯著特點是具有快速的啟停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動或反轉(zhuǎn)。另一個顯著特點是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。Word文檔因為在本系統(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時間且啟停要迅速，所以在本設(shè)計中我們選擇方案二1.2.2、 電機(jī)驅(qū)動方案的選擇與論證方案一：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過控制開關(guān)的切換速度實

6、現(xiàn)對電機(jī)的運行速度進(jìn)行調(diào)整。這個電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是繼電器的響應(yīng)時間長，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)的開關(guān)狀態(tài)，可精確調(diào)整電動機(jī)的運動狀態(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單的實現(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。在自動化密集的場合會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)動被控元件，這與要有功率來擴(kuò)展輸出電流以滿足被控元件的電流與

7、電壓。而ULN2003A功能性強(qiáng)、應(yīng)用圍廣。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LE曲碼管顯示旗幟所在的高度以及升降旗所用的時間。在本系統(tǒng)中需要用到6只LED數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示才可以達(dá)到要求。采用LED的優(yōu)點是亮度高，醒目，價格便宜，壽命長；缺點是只能顯示09的數(shù)字和一些簡單的字符，電路復(fù)雜，占用資源較多且信息量小。方案二：用LCDAMPIRE12864液晶顯示，其優(yōu)點是能顯示更多的字符，工作電流比LED小幾個數(shù)量級，故其功耗低，且有著良好的人機(jī)界面，體積小，功耗極低。基于上述考慮，所以我們選擇方案二第2節(jié)電路框圖設(shè)計2.1 總體框圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，

8、本系統(tǒng)可由圖所示的幾個部分組成：Word文檔LCD顯示方向驅(qū)動電機(jī)單片機(jī)電源電路按鍵輸入根據(jù)設(shè)計要求，可得本系統(tǒng)白程序主流程圖如圖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Word文檔通電初始化掉電處理鍵處理節(jié)系統(tǒng)的具體設(shè)計3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C52作為升降旗系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)鍵盤控制、液晶顯示以及Word文檔無線遙控等幾個部分，即該系統(tǒng)主要包括電機(jī)驅(qū)動模塊、鍵盤與顯示模塊及晶振電路模塊等幾個部分。現(xiàn)分別對各模塊進(jìn)行分析。3.1.1、 電機(jī)驅(qū)動模塊在本設(shè)計中采用ULN2003A來驅(qū)動電機(jī)。其電路原理圖如圖所示。U1&quo

9、t;1U2Sb'S1工zzSTEPPER-MOTORCOMIL1口2?犯0L-r公I(xiàn)D如5C5BfcC6B7C7BiN#rin整XTAL1XTAL2RSTpo.rop。i加P0.2/D2POWD3P0.1/PLM=0RADS=,0P20fA8P22/A1QSENP23/A11ALEEAP2一科，3P36JAMP2JM15I0/T2P3.0/RXD-'11/T2EXJ3inx)12PS2J1NTO'13P3.3J1NTT1P1AP15戶3.W1pieP36,V；RP17P3.7AU電機(jī)驅(qū)動電路其步進(jìn)電機(jī)的控制原理為：為了準(zhǔn)確實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的時間和高度控制的勻速升降，需要精確計

10、算在人眼不能識別的時間的步進(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，因為用于固定繩子的軸的直徑為2.5cm,則平均每步拉出的線長便可計算出來約為L=0.0234cm,在整個上升或下降過程中，high為總高度，可通過公式計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)動的總步數(shù)：總步數(shù)=高度（high）Z0.0234,在此，時間可調(diào)時間間隔為1s。3.1.2、 鍵盤與顯示模塊在本設(shè)計中使用了四個按鍵，分別用來控制升降旗和隨意停止及其復(fù)位，時間的調(diào)節(jié)，其鍵盤摸板如圖，顯示部分采用液晶LCDAMPIRE12864,因為在本設(shè)計中只要求顯示時間Word文檔與漢子

11、字符，其鍵盤與顯示模塊的電路原理圖如圖所示。F2必P21倒盟琢1。P2.3M11P24/A12建勒13由胸”P2.WA.1fiP3冬黑。FR1F71f-?,-rrTp,arTJTTP3.4HDP2.5T1圖3-1-2鍵盤摸板R6/i回用?RnLCD1AMPIRE12S開始升旗0。分43秒aAzonu>?6工芝aw0meLmQ曾mffiQSQ若野口zmQislflc<RP1Word文檔鍵盤與顯示電路3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計整個系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行升降旗、時間調(diào)整兩種運動。主體軟件電路圖：4RF1I|口&1，二一-1_.rI,FILEL-"B-In-J-rr'T

12、-!rrWord文檔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)通過對按鍵的掃描，識別出外部命令，并通過I/O輸出的具有時序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過驅(qū)動電路來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。當(dāng)按上升鍵時，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下降鍵時，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按停止鍵時，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)計在硬件上，使用了步進(jìn)電機(jī)控制和利用接近開關(guān)實現(xiàn)停止的雙重保險，在軟件上，利用c語言的簡單精練特點，實現(xiàn)起來更加簡單，現(xiàn)將題目要求指標(biāo)及系統(tǒng)實際性能列表如下：基本要求發(fā)揮要求實際性能升旗時，勻速上升同時電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動，到達(dá)頂端

13、時能自動停止。降旗時，電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動，到達(dá)低端時自動停止。當(dāng)時間設(shè)定為43S、時，電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動并且開始計時，到達(dá)指定時間停止轉(zhuǎn)動。能在隨意的時間上手動停止當(dāng)?shù)竭_(dá)任意時間，都可以選擇停止，并且保持此位置，知道卜一個動作。LCDAMPIRE12864顯示漢字字符，且顯示升旗需要的時間，及此刻升旗的動態(tài)時間通過LCD12864來顯示設(shè)置的時間、此時的設(shè)置的時間、此時運行的時間。由開關(guān)控制是否需要電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。通過一個按鍵來實現(xiàn)是否需要電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，當(dāng)達(dá)到需要的時間即可選擇停止，或者繼續(xù)。具有按鍵控制升、降旗及停止功能通過按鍵來實現(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關(guān)

14、，防止電機(jī)失控。Word文檔第5節(jié)心得課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)成為當(dāng)今計算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了許多在書本上所學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是重要要的

15、，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。這次設(shè)計也讓我發(fā)現(xiàn)自己的知識嚴(yán)重不足，所以一定要不斷充實自己的知識。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多編程問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我學(xué)得到很多實用的知識，在次我表示感！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感！參考文獻(xiàn):1揚立，微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)M.中國鐵道.20082伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)M.機(jī)械工業(yè).20093莫正康，電力電子應(yīng)用技術(shù)M.機(jī)械工業(yè).20074瑞林，單片

16、機(jī)原理與應(yīng)用教程M.大學(xué).200515旭濤，單片機(jī)原理與應(yīng)用M.理工大學(xué).20086建領(lǐng)，51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解M.電子工業(yè).20097康維新，MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用M.中國輕工業(yè).20098Yokogawa.ModelsUT550/UT520DigitalIndicatingControllersUsersManunal.Tokyo.Yokogawa.20039愛萍，何智勇，羊四清，電子顯示屏的單片機(jī)控制系統(tǒng)M.自動化與儀表J.1999(7)：545710樓然苗，光飛，51系列單片機(jī)設(shè)計實例M.航空航天大學(xué).200311盧艷君，單片機(jī)原理與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè).200812 Kava

17、naghRC.ImprovedDigitalTachometerwithReducedSensitivitytoSensorNonideality.IEEETrans.Ind.Electron.,2000,47(4):89089713 ProkinM.ExtremelyWiderangeSpeedMeasurementUsingaDouble2bufferedMethod.IEEETrans.Ind.Electron.,1994,41(5):55055914吳丙申，卞祖富，模擬電路基礎(chǔ)M.理工大學(xué).200715響初，數(shù)字電路基礎(chǔ)與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè).2008Word文檔附錄材料清單LCDAMPI

18、RE12864AT89C52BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALMOTOR-STEPPERPOT-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>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitKEY2=P3A0;sbitKEY3=P3A1;三個按鍵控制口charmin,sec,tt=0,flag=0;Wo

19、rd文檔相序存放處intnum=0;bitdir=1;方向標(biāo)志(默認(rèn)為順時針)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ucharcodeforward尸0x0e,0x0c,0x0d,0x09,0x0b,0x03,0x07,0x06;/ucharcodereveser尸0x0e,0x06,0x07,0x03,0x0b,0x09,0x0d,0x0c;/voiddelay(uinti)while(-i);voidkey_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

20、=1;TR1=1;啟動定時器Display_HZ(1,0,3,sheng);Display_HZ(2,0,0,qi);Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);Word文檔Display_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4);/屏(1左2右)頁(0248)歹U(0123)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

21、=0;dir=0;TR0=1;TR1=1;啟動定時器Display_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(0248)歹U(0123)Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao);voidmain()Word文檔init_LCD();/初始12864ClearScreen(0);/清屏Set_line(0);/顯示開始行EA=1;/開啟

22、總中斷IT0=1;EX0=1;ET0=1;允許定時器0中斷ET1=1;TMOD=0x11;設(shè)置定時器工作方式116位計數(shù)TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-60000)/256;TL1=(65536-60000)%256;TR0=0;/啟動定時器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：“開始升旗”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(0248)歹U(0123)Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao);Word文檔while(1)(if(tt=20)/1秒時間到(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