全自动可遥控旗帜升降系统的设计
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自动控制升降旗系统设计报告简介
自动控制升降旗系统设计报告简介一、引言自动控制升降旗系统是一种应用于国旗、团旗、校旗等场景的创新技术，旨在替代传统手动升降旗的方式，实现旗帜的自动升降，提升升旗效率，并确保仪式的隆重性和庄重性。
本报告将详细介绍自动控制升降旗系统的设计及相关实施方案。
二、设计目标1. 提高升降旗的效率：通过自动控制升降旗系统，可以实现快速、准确的旗帜升降，节省人力资源，提高效率。
2. 确保升旗仪式的庄重性和隆重性：系统设计应考虑鲜明的升降旗动作，并配合相应的音乐效果，营造出庄严肃穆的仪式氛围。
3. 安全可靠：系统设计必须满足严格的安全标准，确保旗帜、支架等元素在升降过程中的稳定性和不会对周围环境造成损害。
三、系统设计方案1. 硬件设计：(1) 材料选择：选用耐候性强、防水、抗风性能好的材料制作支架，确保旗帜在恶劣天气条件下的稳定性。
(2) 电机驱动：采用高效、低噪音的电机，结合传感器和控制器，实现旗帜升降的自动化控制。
(3) 安全装置：配置相关传感器和安全装置，如限位开关、风力传感器等，以确保系统运行时的安全性。
(4) 音乐效果：集成音响系统，设计合适的音乐片段，通过音乐的播放来增加升旗仪式的庄重感。
2. 控制系统设计：(1) 控制单元：选用先进的微控制器作为控制单元，具备高性能、可靠性和良好的扩展性。
(2) 控制算法：采用PID控制算法，根据传感器获取的信息，实时调节升降旗的速度和位置，保证平稳、精确的升降动作。
(3) 远程控制：考虑到未来可能需要远程操控升降旗系统的需求，可以添加无线通信模块，实现远程控制和监测功能。
3. 软件设计：(1) 界面设计：开发友好的用户界面，通过直观的图形界面展示当前的控制状态和相关参数，便于操作和监测。
(2) 系统逻辑：设计合理的系统逻辑，实现旗帜的自动升降功能，并能对异常情况进行处理，保持系统的稳定性和可靠性。
(3) 数据管理：记录系统的运行日志和状态数据，方便后期分析和故障排除。
大型体育场升降旗控制系统设计方案
大型体育场升降旗控制系统设计方案一、引言随着大型体育赛事的不断增多，体育场升降旗已经成为一种重要的仪式和视觉效果。
为了实现体育场升降旗的顺利、自动化和安全运行，我们设计了一套大型体育场升降旗控制系统。
二、系统组成该系统由以下几个主要的组成部分构成：1.控制器：负责接收外部指令并控制升降旗的运行；2.电机和传动系统：负责升降旗杆的运动；3.传感器系统：负责检测升降旗杆的位置和状态；4.人机界面系统：负责提供用户与系统交互的界面。
三、系统功能1.升降旗控制：通过控制器接收用户指令，控制电机和传动系统实现升降旗杆的运动。
可以实现升降旗杆的单次升降和连续升降两种运动方式。
2.位置检测：通过传感器系统检测升降旗杆的位置，可以准确判断旗杆是否到达指定位置。
3.状态检测：通过传感器系统检测升降旗杆的状态，可以判断旗杆是否卡阻、运行是否正常等。
4.自动保护：当检测到旗杆卡阻或者异常状态时，控制器会自动停止旗杆的运动，以保护设备和人员安全。
5.报警功能：当升降旗杆发生故障或异常时，系统会发出警报以提醒操作人员。
四、系统设计1.控制器设计：控制器采用嵌入式系统，通过接收用户指令控制升降旗杆的运动。
控制器还可以接收传感器系统的数据，并对数据进行处理和判断。
同时，控制器具备自动保护功能，可以在检测到升降旗杆异常时立即停止旗杆运动。
2.电机和传动系统设计：电机和传动系统负责将控制器的指令转换为升降旗杆的运动。
电机可以采用步进电机或直流电机，传动系统可以采用齿轮传动或链条传动，保证旗杆运动的平稳和可靠性。
3.传感器系统设计：传感器系统主要包括位置传感器和状态传感器。
位置传感器可以采用光电编码器或者测距传感器，用于检测旗杆的位置。
状态传感器可以采用霍尔传感器或者光电传感器，用于检测旗杆的运行状态。
4.人机界面系统设计：人机界面系统采用触摸屏或按钮和显示屏的形式，提供直观的操作界面和实时的运行状态显示。
用户可以通过界面实现对升降旗的控制，并监控旗杆的位置和状态。
自动控制升降旗系统设计
自动控制升降旗系统的设计目录引言 (1)1.方案论证及选择 (2)1.1 采用STC89C52单片机设计自动升降旗控制系统 (2)1.2采用数字电路设计自动控制升降旗系统 (2)1.3采用PIC16F877A单片机设计自动控制升降旗系统 (3)1.4 总方案的选择 (3)2系统硬件的设计 (4)2.1 单片机最小系统的设计 (4)2.1.1 晶振电路的设计 (5)2.1.2 复位电路设计 (5)2.2 电机驱动模块的设计 (5)2.2.1 28BYJ-48步进电机 (5)2.2.2 ULN2003芯片 (6)2.3语音模块的设计 (7)2.4液晶显示模块的设计 (9)2.5无线遥控模块的设计 (9)2.6 旗杆的设计 (10)2.7 电源电路的设计 (11)3系统软件设计 (12)3.1 系统总程序流程图 (12)3.2 子程序流程图 (13)3.2.1 升降小旗运动子程序 (13)3.2.2 LCD1602液晶实时显示子程序的设计 (14)3.2.3语音播放子程序的设计 (15)3.3软件的调试与编译 (16)3.4程序的下载 (17)4．电路的与调试与结果分析 (19)4.1电路的调试 (19)4.1.1单片机最小系统的调试 (19)4.1.2 声音模块调试 (19)4.1.3 电机绕线的调试处理 (19)4.2电路结果分析 (20)4.2.1国旗升降高度的结果分析 (20)4.2.2 液晶显示高度结果分析 (20)结论 (22)致谢.............................................................. 错误!未定义书签。
参考文献.. (23)附录A 英文文献原文 (24)附录B 英文文献译文 (36)附录C 硬件总设计图 (45)附录D 设计源程序............................................ 错误!未定义书签。
自动控制升降旗系统设计方案分析
自动控制升降旗系统设计方案分析摘要：本文主要针对自动控制升降旗系统的设计方案进行了分析和探讨。
首先介绍了自动控制升降旗系统的基本原理和作用，然后对系统的设计要求进行了详细的说明，并提出了相应的解决方案。
接着，分析了系统设计中的关键技术和难点，并提出了解决这些问题的方法和思路。
最后，给出了系统测试和优化的建议，以及未来的发展方向。
1.介绍自动控制升降旗系统是一种用于控制旗帜的升降的装置，可以实现对旗帜的自动升降。
该系统主要由传感器、控制器、电机和旗杆等组成。
其作用是提高升降旗的效率，减少人工操作，实现自动化。
2.设计要求在设计自动控制升降旗系统时，需考虑以下几个方面的要求：2.1 稳定性要求系统需要具备良好的稳定性，能够在各种环境条件下正常运行，以保证旗帜的合理升降。
2.2 快速度要求系统需要具备较快的升降速度，能够在短时间内完成旗帜的升降操作，提高效率。
2.3 灵活性要求系统需要具备较高的灵活性，能够根据不同的需求进行调整，满足不同场合下的升降旗要求。
2.4 安全性要求系统需要具备良好的安全性能，能够在升降旗过程中避免事故的发生，保证人员和设备的安全。
3.设计方案为了满足上述设计要求，我们提出了以下设计方案：3.1 传感器选择选用高精度的旗帜位置传感器，用于检测旗帜的升降位置，并将信号传输给控制器进行处理。
3.2 控制器设计设计一个高效可靠的控制器，用于接收传感器的信号，判断旗帜的位置，并控制电机的运行，实现旗帜的自动升降。
3.3 电机选型选用适合的电机，具有较高的转速和扭矩，以确保旗帜的快速升降。
3.4 旗杆设计设计合理的旗杆结构，确保旗帜的稳定升降，并考虑到安全因素，防止旗帜在风力较大时晃动或倒下。
4.关键技术和难点分析在自动控制升降旗系统的设计过程中，存在以下几个关键技术和难点：4.1 传感器信号处理传感器信号的准确处理是保证旗帜升降准确性的关键，需要设计合适的算法进行信号处理。
4.2 控制器的稳定性控制器的稳定性对系统的性能和安全性至关重要，需要选用高品质的元器件，并进行稳定性测试和优化。
自动控制升降旗系统的设计论文
图3.1系统硬件方框图
3.1
传统的单片机学习硬件方案是"编程器+开发系统+仿真器"，由于这些设备相互之间各自独立，在做毕业设计时，需要反复不停地拔插电缆、芯片、电源等，其繁琐的连线和复杂的操作，极大的降低了毕业设计的效率，如稍有不慎就有可能造成器件和设备的损坏，会带来不必要的麻烦或损失。而且备齐这些设备往往需要一笔昂贵的费用。
凌阳科技的μ'nSP系列 16 位单片机主要产品有：带语音功能的 SPCE 通用单片机系列，工业控制级控制型的SPMC通用单片机系列，应用于视频游戏类产品的SPG系列单片机，带有LCD显示驱动的SPL16系列单片机、专用于通讯产品的SPT系列单片机，应用于高档电子乐器、和弦发声的SPF系列单片机等等。凌阳科技新近又推出了以μ'nSP为内核的SPMC75F系列单片机，用于变频马达驱动控制，广泛应用于变频家电、工业变频器、工业控制等领域。
凌阳科技的 16位单片机的CPU内核采用凌阳自主知识产权的μ'nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器（以下简称μ'nSP）。而围绕μ'nSP所形成的16位μ'nSP系列单片机采用的是模块化集成结构，以μ'nSP内核为中心，集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件，将单片机应用引领到SOC（System on Chip）领域。
综上所述，本次毕业设计采用方案二。
2.2
电机在本系统中是国旗升降的主要控制部件，它为系统提供动力支持。从以下几个方面阐述本系统的方案。
方案一：采用直流电机控制升降旗运动，直流电机力量大，能获得较大的启动转矩，相应快，但控制复杂，不能自锁。
方案二：采用步进电机控制升降旗运动，步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。
3.1
传统的单片机学习硬件方案是"编程器+开发系统+仿真器"，由于这些设备相互之间各自独立，在做毕业设计时，需要反复不停地拔插电缆、芯片、电源等，其繁琐的连线和复杂的操作，极大的降低了毕业设计的效率，如稍有不慎就有可能造成器件和设备的损坏，会带来不必要的麻烦或损失。而且备齐这些设备往往需要一笔昂贵的费用。
凌阳科技的μ'nSP系列 16 位单片机主要产品有：带语音功能的 SPCE 通用单片机系列，工业控制级控制型的SPMC通用单片机系列，应用于视频游戏类产品的SPG系列单片机，带有LCD显示驱动的SPL16系列单片机、专用于通讯产品的SPT系列单片机，应用于高档电子乐器、和弦发声的SPF系列单片机等等。凌阳科技新近又推出了以μ'nSP为内核的SPMC75F系列单片机，用于变频马达驱动控制，广泛应用于变频家电、工业变频器、工业控制等领域。
凌阳科技的 16位单片机的CPU内核采用凌阳自主知识产权的μ'nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器（以下简称μ'nSP）。而围绕μ'nSP所形成的16位μ'nSP系列单片机采用的是模块化集成结构，以μ'nSP内核为中心，集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件，将单片机应用引领到SOC（System on Chip）领域。
综上所述，本次毕业设计采用方案二。
2.2
电机在本系统中是国旗升降的主要控制部件，它为系统提供动力支持。从以下几个方面阐述本系统的方案。
方案一：采用直流电机控制升降旗运动，直流电机力量大，能获得较大的启动转矩，相应快，但控制复杂，不能自锁。
方案二：采用步进电机控制升降旗运动，步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。
大型体育场升降旗控制系统设计方案
大型体育场升降旗控制系统设计方案1.主要功能特点1.1手动升旗功能手动旗杆在旗杆的顶部固定有导向绳轮，绳缆环绕通过导向绳轮，在人力的作用下将旗帜升至旗杆顶端指定位置。
手动旗杆底部合适高度位置设置了绳缆固定架，完成升旗（或降旗）之后，将绳缆固定在绳缆固定架上，有效防止绳缆随风摆动伤人。
1.2电动旗杆功能・电动升旗功能：电动旗杆内部安装了一套机电一体化的旗杆驱动机芯。
工作过程中，旗杆驱动机芯代替人力将旗帜升至旗杆顶端指定位置。
电动旗杆的升旗操作方式是通过操作旗杆配套的钮开关实现的。
・遥控升旗功能：为了满足用户对升旗操作方式的不同要求，旗杆配备了遥控操作功能，实现了旗杆升旗过程的遥控控制，极大地方便了用户的操作。
・时程控制功能：为了满足升旗过程伴随国歌的始末这种特殊要求，电动旗杆设置了升旗时程控制功能，针对不同高度的旗杆，都能随心所欲的调整旗帜上升的速度，使升旗过程所占用时间与国歌播放的时间一致。
・行程控制功能：电动旗杆控制系统设置了接近开关和光电开关两重保护,确保旗帜升到位与降到位时准确定位停机，使整个机构运行可靠准确。
・失电手动操作功能：电动旗杆遇到停电时，用户用钥匙打开机芯操作门，用已经备用的摇柄摇动机芯，可以轻松的完成升旗或降旗需要。
・升旗时间与歌曲时间（国歌或会歌等）同步，并保证升旗高度符合设计要求一一对于2号旗帜，旗杆高度距地面1173米，对于1号旗帜为14-16米；・标准旗杆最多可以悬挂5面旗帜（可根据用户要求改变旗杆长度），并可以根据用户要求做成可伸缩旗杆（组合旗杆，即旗杆至少可以挂接3面旗帜，再加上延长杆后可以分别悬挂4或5面旗帜）；・具有完善的保护功能，设立两极限位开关，并有机械防冲顶保护功能；・升旗控制方式分手动、本地自动、远程控制三种方式，其中手动方式采用继电器控制回路；本地自动采用嵌入式控制器进行控制，比提供触摸液晶屏作为人机界面；远程控制有远程控制主机实现；总之，保证系统可以在远程电各个国家的国歌的歌曲长度是不同的，为了使在升旗过程中国歌和国旗的同步，必须计算出国歌的长度。
自动国旗升降系统设计
摘要现代升降系统总的发展趋势是提高自动化，提高柔韧灵活性，技术含量和先进的程度不断提高。
将单片机用于升降系统中，使控制技术和单片机技术相结合，从而可实现机电一体化控制，提高升降系统的自动化程度及运行可靠性和稳定性。
本设计是由单片机（AT89S51）、步进电机、AV6532E-067语音芯片、按键等基本的部分组成的控制国旗升降的系统。
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。
本系统可以实现以下功能：1.可以通过手动按键来实现控制国旗的匀速升降。
2.可以按照要求上升或下降国旗，并可在任意位置停止。
3.国旗在上升过程中能准确与国歌乐曲同步。
4.能实现半旗的升降功能。
5.可以通过改变步进电机的转动速度来改变国旗上升或下降的速度。
本系统只是一个简单的国旗升降系统，它不是一个先进的系统，现在升降国旗已经实现完全自动化了，可以用微机来实现声光控一体化升降国旗了。
关键词：单片机；步进电机；升降系统ABSTRACTThe development current of the model raising and downing system is to improve automatization,productivity,and flexibility.Tts technique and predominance degree is heightening ing SCM in raising and downing system ,tying automotive technique in with SCM technique,thereby can realize meachanics and elec tronics are controlled together.The raising and downing system’sautomatic degree operational realiability and stability will improve distinctlyThe national movement control system is made up of SCM(AT89S51)、stepper moter、AV6532E-067voice chip、keyboards and other basic comments.With the stepper which is controlled by SCM,to driver the flag rising and lowing, thus to a chieve the flag automatic controlling.1.It can be manually operated.That is,though the buttons to control movements can be achieved.2.in accordance with the requirements of the user to the designated location and increase or decrease in any position to stop.3.The flag raises while the voice is running.4.Achive the half-mast to functional movments.5.By changing the rotational speeds of the stepper motor,the flag raising or downing speeds can be changedKey word :MCU; Stepper motor; Raising and downing system目录1绪论 (3)1.1升降系统的现状 (3)1.2 课题的提出及意义 (3)２系统的总体设计 (4)2.1单片机的简介 (5)2.1.1主要特性： (5)2.1.2．管脚说明： (5)2.1.3．振荡器特性： (6)2.1.4．芯片擦除： (6)2.2步进电机简介 (7)2.2.1步进电机的工作原理 (7)2.2.2步进电机的控制 (7)2.2.3步进电机的驱动方式 (7)2.3步进电机的单片机控制 (10)3系统硬件选择与设计 (10)3.1系统硬件的选择 (10)3.1.1 单片机的选择 (10)3.1.2 电机的选择 (11)3.1.3电机驱动的选择 (11)3.1.4显示的选择 (11)3.1.5无线控制模块的选择 (12)3.1.6语音芯片的选择 (12)4.系统的软件设计 (12)4.1设计系统数据库与数据表 (12)4.2国旗升降系统的 (14)4.3系统运行主程序 (14)5．总结 (17)结束语 (17)参考文献 (17)1绪论1.1升降系统的现状自控升降系统制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
自动控制升降旗系统的设计
自动控制升降旗系统的设计【摘要】本设计介绍了自动控制升降旗系统，能实现国旗平稳升降，国歌同步播放的效果，功能强大，适应能力强。
【关键词】升降旗；控制；步进电机当代社会，自动升降旗系统在许多领域得到了广泛的应用。
例如：在许多政府部门、一些学校广场和很多大型企业里，常常可见到飘扬的国旗。
随着科学技术的发展，尤其是伴随着单片机测控、自动控制技术的发展，用自动控制系统来实现国旗的升与降控制，使升降旗的速度与国歌演奏的时间得到准确无误的配合，这样一来，就不会再有人为升降国旗与国歌演奏时间不协调的尴尬场面发生，从而保证了国旗升降仪式的严肃性、庄重性。
一、系统所能实现的功能简介本自动升降旗系统主要有at89c52单片机、步进电机、cpld国歌演奏电路、处理键盘电路和led显示屏构成。
系统能够实现的主要功能如下：（一）当按下上升键后，国旗就会匀速上升，同时演奏国歌，国旗上升到旗杆最高端后会自动停止，国歌停奏。
当按下降键后，国旗同样会匀速下降，下降到旗杆最低端后自动停止。
这个升降旗过程所用的的时间均为43s。
（二）本系统可以避免失误动作的发生。
国旗在最高端时，按上升键不起作用，即不上升；在最低端时，按下降键也不起作用，即不下降。
（三）能够在指定的位置停止，并且停止后能继续通过按键来控制国旗是否继续升或降。
（四）国旗的高度及升降到某一位置所用的时间可即时显示，当国旗停止在中间某一位置，时间显示同样停止在当前时刻。
（五）可通过开关控制系统的半旗状态，并通过一个发光二极管显示出来。
升旗时按下上升键，国旗由最低端上升到最高端之后，国歌同时停奏，继而国旗自动下降到2/3处停止。
降旗时，按下下降键，首先国旗由2/3高度处上升到最高端，然后自动从最高端下降到最低端，自动停止。
（六）升降旗的速度总是保持在30s-120s内，并且这个速度是可以人为调整的。
（七）本系统还具有无线遥控升降旗及停止升降二、硬件系统的设计本系统以单片机作为主要控制处理芯片，利用步进电机控制装置实现一个自动控制升降旗系统。
自动控制升降旗系统本科毕业设计
自动控制升降旗系统摘要随着科技的发展，许多设备都趋向自动化，而国旗升降也在向自动化方向发展。
为了实现这一功能，本系统采用STC89C52单片机作为主要控制单元，以步进电机作为升旗的动力，独立式键盘作为输入,通过LED显示器显示系统信息。
系统通过单片机的I／O口发出信号到步进电机控制器，进而控制电机的正转和反转。
通过滑轮传动装置完成升旗和降旗动作。
该系统可实现以下功能：按下上升按键后，国旗匀速上升，同时演奏国歌，在旗杆的最高端自动停止；按下下降按键后，国旗下降，降旗时不放国歌，在最低端不需要人为操作能够自动停止，从而使操作简单化。
旗帜的升降由电动机驱动，该系统的控制按键有上升键、下降键、复位键、停止键等。
升旗时间为43秒，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到底端。
可以避免误动作，国旗在最高端时按上升键不起作用；在最低端时，按下降键不起作用。
关键词：STC89C52 ，步进电机，LEDIAbstractWith the development of science and technology,many equipment to be automated,and the national flag in the automatic and direction.In order to achieve this function,the system use the STC89C52 microcontroller as the main control unit,step motor hoist a flag as a dynamic,independent type keyboard as input,displaying system information by the LED.The system make the chip microcomputer of I/O mouthes’signal to the stepping motor controller,and then control motor are turning and reverse.the pulley transmission device to complete the flag-raising and the flag of surrender. The system can realize the following functions:Press the up button, the flag rise at a constant speed, and playing the national anthem,the flag can stop at the most high; Press the button down,the national flag down, when flag down,it is not put the national anthem. In the bottom，it can automatically stop,so that the operation is simplification.motor drives'function is the rise and fall of flag , this buttons is：the up button、the down button、the reset button、the stop button, etc.The flag raising time is 43 seconds, and at the same time,the flag rise to the top. When droping the flag it is not play the national anthem.the flag decline to the end.In order to avoid misoperation, the flag in the high doesn't work，when pressing button. and so does the flag of surrender.Key words: STC89C52，step motor，LED目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)1 引言 (1)1.1选题背景 (1)1.2自动控制升降旗系统国内外发展状况 (1)1.3选题的目的和意义 (2)2 升降旗控制的方案选择与论证 (3)2.1升降旗电机的选择与论证 (3)2.2电机驱动方案的选择与论证 (3)2.3语音部分方案的选择与论证 (4)2.4显示方案比较 (4)2.5键盘的比较与选择 (5)2.6总体电路框图设计 (5)3 系统各主要单元设计 (7)3.1单片机电路设计 (7)3.1.1 单片机发展概况及发展方向 (7)3.1.2 单片机的特点及应用 (8)3.1.3 单片机STC89C52特点及结构 (8)3.1.4 复位电路设计 (10)3.2步进电机电路设计 (11)3.2.1 步进电机的发展状况 (12)3.2.2 步进电机的特点 (12)3.2.3 步进电机的具体控制方法 (13)3.3步进电机驱动电路设计 (14)3.4显示电路设计 (17)3.4.1 数码管结构及代码显示 (17)3.4.2 数码管驱动电路 (19)3.5语音电路及继电器电路设计 (22)4 升降旗系统软件设计 (26)5 安装与调试 (32)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录A 电路原理图1 (38)附录B 电路原理图2 (39)附录C 实物图 (40)附录D C语言程序代码 (41)附录E 材料清单 (1)1 引言单片机从出现以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。
一种自动控制升降旗帜系统的设计
一种自动控制升降旗帜系统的设计发布时间：2021-01-13T07:08:52.070Z 来源：《中国科技人才》2021年第1期作者：王先富黄杰毛帅茗高进李伟伟[导读] 自动控制升降旗系统的设计采用STM32单片机作为主控芯片，使用芯片来驱动步进电机工作和播放国歌，LED在按键输入时做出相应的状态指示。
配备可拆卸2000mAh锂电池为单片机、驱动电机等供电。
控制过程中，单片机采集音频信号的时间以及频段，通过L298N 驱动器驱动电机正转和反转控制旗帜升降。
宜宾学院智能制造学部四川宜宾 644000摘要：自动控制升降旗系统的设计采用STM32单片机作为主控芯片，使用芯片来驱动步进电机工作和播放国歌，LED在按键输入时做出相应的状态指示。
配备可拆卸2000mAh锂电池为单片机、驱动电机等供电。
控制过程中，单片机采集音频信号的时间以及频段，通过L298N驱动器驱动电机正转和反转控制旗帜升降。
关键词：自动控制升降旗；STM32单片机；L298N驱动电机1、背景目前国家大力发展高精尖技术，计算机行业随之发展，自动控制行业也迎来了高潮，如今计算机相关行业由于技术更新不断发展，产业链越来越完善，各大企业都在寻求高效优质低成本的生产方式[1]。
自动化控制技术在计算机技术与电子技术结合下不断更新换代，自动控制智能系统广泛应用于各个领域，如机器人、工业电子自动化设备、医疗、广告、舞台灯光、印刷、计算机外部应用等，因此对自动控制系统的研究具有重要的现实意义和实用意义。
同时，升旗代表一个组织或团体独立和尊严的重要标志旗帜作为代表团体的象征，就有重大的意义。
举行升降旗仪式是对每个公民进行爱国主义教育、国旗意识教育，团体意识教育的重要途径;是衡量一个公民是否心存国家观念，是否爱国的重要标志;同时在相当程度上也成为衡量国民素质的重要标准[2]。
因此举行升降旗仪式绝不是一种形式，而是一项十分庄重、严肃的活动。
五星红旗是中华人民共和国的标志和象征。
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全自动可遥控旗帜升降系统的设计编号：F甲1060参赛者：古欣王智涌张兴成指导老师：李茂奎恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜恭喜摘要：全自动可遥控旗帜升降系统以AVR单片机为核心，由PWM对电机进行变频调速，高精度光电编码器测速，闭环式电路控制。
能够利用按键输入相应的指令控制旗帜的升降，还可以实现在特定位置停留的功能。
利用LCD可以显示旗帜的实时高度和相应的控制命令，用LED指示旗帜是否处于半旗状态，具有语音提示报警功能，并可利用无线模块实现遥控功能，准确均匀地实现旗帜的升降。
关键词：PWM调速无线数据传输 MP3解码码盘闭环控制 STA013 （一）系统特性PWM变频调速利用L298和PWM配合可以对电机实现高精度的速度调节。
高精度光电编码器测速具有最小7.5度的角度精度。
系统精度高达0.05MM.闭环式控制 PID算法利用PID算法构成的闭环式控制电路具有精度高，实时反馈等优点。
高速无线数据传输以MEGA8为核心，使用cc1000芯片,速度高达38400bps。
MP3解码芯片的应用利用STA013芯片对MP3进行解码，实现音乐的播放与控制。
语音提示与报警功能采用高达1G容量的SD存储卡系统采用高达1G的SD卡存储MP3及各种音频数据，容量大。
利用非接触式霍尔传感器进行上下限位128*32LCD显示系统信息（二）系统框图（三） 方案比较与论证 （1） 电机的选择方案一：采用步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，具有精度高易调控的特点。
但是步进电机的力矩会随转速的升高而下降，调速潜力不大。
并且低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
所以放弃使用步进电机。
方案二：采用减速电机+闭环控制减速电机是减速器与电机联体，相对于步进电机具有高效率、传递力矩大、可靠性高等显著优点。
但是如果采用开环的控制方式精度不高。
为了提高它的精度，我们采用减速电机+闭环控制的方案。
闭环PWMML2脉P74LS04整形放反馈整形放大74LS04L298电动机 码盘主机 MCUMEGA32INT电源：LCD:128*32LED:显示半旗状态KEY BOARDTWIM C USD 卡STA013 扬声器上限位 下限位上下限位开M鼓风机无线模块CC1000芯片MCULM386控制利用PID算法通过检测电机速度对电机进行实时的调节，从而提高系统的调节精度。
（2）电机升旗方案方案一：采用恒速上升的方案使用步进电机如果采用恒速上升的方法则只需要测定启动初期的速度即可，上升过程中不进行测速。
但是系统处在外界，难免会受到各种因素的影响，如果旗帜在上升的过程中受到影响速度改变的话就会使升旗出现误差。
所以这种方式虽然简单但是非常不稳定。
方案二：闭环控制 PID算法闭环控制是从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以也叫负反馈控制。
PID是比例,积分,微分的缩写。
它是本系统实现闭环控制的核心。
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
本系统采用PID算法，适当的调节比例,积分,微分的份额，实现闭环控制电动机的速度以保证旗帜准时升到顶。
相关原理图如下：ML298 脉冲PWM74LS04反馈（3）速度测量方式方案一：单脉冲计数单脉冲计数的方式是电动机每转一周，系统就获得一个脉冲。
这种计数方式虽然比较简单，但是它的精度不够高。
方案二：透过式高精度光电编码器（码盘）原理图如图所式：码盘从光电对管中间穿过，马盘上有很多细线，细线将马盘均匀的分割开。
本系统采用的码盘共有48条阻隔线，所以电机每转过7.5度系统就获得一个脉冲。
电动机与码盘相连的轴直径为0.800MM，所以系统的位置测量精度高达0.005MM。
根据速度等于位移变化量除以时间间隔的计算公式可以高精度地测量电机速度从而判断是否需要调速。
方案三：反射式码盘开关反射式码盘开关的原理与透过式码盘开关的原理类似，但是它必须采取静态固定的方式，对固定的位置、牢固性等的要求较高。
而透过式码盘开关则不同，对固定的要求没有那么高。
所以从这方面考虑不采用反射式码盘开关。
（4）调速方式方案一：调压通过调压的方式进行电机调速的原理是将一部分电压转化成热，这样就浪费了能源，与建设节约型社会的宗旨相背离，况且对于移动式的设备来说节能也至关重要。
调压方式下转速与外界的负载有关，另外，当电压较低时，电机力矩小，输出不稳定。
方案二：PWM调速PWM(脉宽调制)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
相比电压调速的方法，PWM调速具有精度高，易于控制等优点。
另外，它的调速方式为脉宽调制所以不会有太多的能源浪费，可以保证系统较长时间的工作，这对于移动设备而言是巨大的优势。
因此采用PWM调速的方式。
PWM调速电路图：L298:L298是内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，是性能优越的小型直流电机驱动芯片之一。
接受标准TTL逻辑电平信号，可驱动电压46 V、每相2.5 A及以下的减速电机或者是步进电机，在4--46V的电压下，可以提供2A的驱动电流。
它具有两个使能输入端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，每个桥对的下部三极管的发射极接在一起并引出，用以外接检测电阻，它设置了一附加电源输入端使逻辑部分在低电压下工作。
L298还有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能，符合电机驱动的需要。
L298的图解：L298引脚图示：（5）音乐同步播放方案一：利用系统控制录音机这种方案虽然简单，但是无法对音乐曲目、播放时间、播放速度进行精确的选择和控制。
系统要求既能播放音乐又能进行适当的语音报错，所以这样无法满足系统需求。
方案二：语音存储芯片语音存储芯片同样存在无法精确巧妙跳跃式地控制音乐播放的缺点。
方案三：模拟MP3按键控制MP3这种方式只是将MP3的按键控制移植到系统中。
利用系统模拟按键的功能实现对MP3的控制。
但是系统要求可以跳跃式地任意播放曲目，MP3尚不能满足这种要求。
方案四：MP3音频解码芯片STA013+1G的SD卡采用STA013芯片+1G的SD卡的音频处理模式，利用LM386进行音频的放大，利用TWI 或者是I2C进行通信，能够对音乐播放进行较好的控制。
可以实现只要输入音乐的名称就可以播放的功能，刚好满足了系统语音报错和音乐播放的功能要求，另外超大容量的存储芯片可以使系统功能具有较大的扩展空间。
另外通过对99年国庆阅兵典礼的反复观看，发现标准的国歌播放时间有46秒，而前3秒不升旗，所以真正的升旗时间有43秒，这就要求系统有延时的功能。
这可以利用MP3音频解码器轻松准确地实现。
3秒占46秒的6.5%，当MP3播放到6.5%的时候会向系统发出升旗的请求，系统做出反应进行升旗，轻松准确地实现延时。
STA013芯片：STA013芯片是一颗标准的MP3音讯译码器(audio decoder)。
若不考虑体积大小、耗电量、额外的复杂功能、生产成本，它是能以单一的技术整合方案，来实现一台可用的(workable)MP3播放机。
STA013具有高可设定性(configurable)的功能，不同的设定组合可以满足不同的应用需求。
另外STA013会忽略掉不属于MP3格式的数据—它们不会产生声音。
所以，不需要另外设计程序，以求事先将MP3档案的ID3标签(tag)去除掉。
可以直接将一个完整的MP3档案，传送给STA013处理。
万一将毁损的MP3数据串流(例如：由于下载中断，造成档案被截断)输入给STA013，它会忽略掉大部分已经毁损的数据；只有一部分毁损的数据，会产生一个短暂的吱喳声(通常这视紧接在毁损部位后面的数据而定)，但是STA013会自动立即与毁损部位后面的正常数据同步。
STA013芯片MP3解码原理图如下：STA013引脚连接图：MP3音频解码器的原理图：（6） 限位开关方案一：行程开关该开关的关键之处就是在旗子到达最顶端或者最底端时对行程开关造成碰撞从而使开关接触，这一动作会即时反馈到单片机，单片机对此做出相应的反应。
但是，小型行程开关弹簧触片太短太小以至于使开关起作用需要的力较大，有可能在使用过程中出现意外，大型行程开关装在该设备上极不美观。
所以放弃该方案。
方案二：霍尔传感器霍尔元件是基于霍尔效应来测量电位差的一种器件，霍尔元件与磁铁配合是一种很好的可实现非接触式信号传递的组合，也称霍尔传感器。
霍尔传感器利用霍尔元件中的磁通量使电子在霍尔元件的一侧聚集，在霍尔元件两侧产生电压差，并由霍尔器件检测出霍尔电压信号，经过放大器放大，该电压信号精确地反映原边电流，或者是磁通量的变化。
从而根据事先预定好的情况做出相应的反应。
但是这又存在另外一个问题，如果旗杆使用铁制的则将会被磁铁磁化从而对霍尔传感器产生不良影响。
这套仪器采用合金材料制作旗杆，不会或极少被磁化，所以综合考虑以后选择方案二。
霍尔元件连接电路如图所示：TWI 通信M C USD 卡STA013 解码判断是否读取数据读取数据送数据是否无动作播放音乐（7）显示方式系统具有的显示功能是体现人机交互的重要方式。
通过系统的显示信息，人们可以知道它在干什么，从而决定自己应该干什么。
方案一：采用LED（数码管）显示LED（数码管）是light-emitting diode的缩写，它经过合理的设置可以完成显示旗帜位置信息的任务，并且经济耐用。