自动控制升降旗系统设计报告

广西交通职业技术学院信息工程系作品设计报告书题目自动升降旗控制系统班级电信09组长刘庆波组名第三组成员刘庆波江秀梅赖家波指导老师宋春胜，罗宜春，韦家正二O一一年五月自动控制升降旗系统摘要：该系统采用单片机AT89S52为自动控制升降旗系统检测和控制,由单片机控制步进电机驱动的核心,实现对国旗升降国旗上升自动控制。

该电路主要可分为电机驱动控制模块、键盘和显示模块、语音模块的几个部分。

LN2003电机驱动控制模块采用集成驱动芯片,控制和显示部分分别采用控制和RT1602C键盘。

Abstract：Abstract: the system USES the monolithic integrated circuit AT89S52 for automatic control litres JiangQi system detection and control by single-chip microcomputer control, the core of stepping motor drive, and to realize the flag lifting flag rise automatic control. This circuit mainly divided into motor drive control module, keyboard and display module, speech module several parts. L2003 motor drive control module USES integrated drive chip, control and display section RT1602C used respectively to control and keyboard.Key word: stepping motor automatic control speech LCD displayKey word:stepping motor automatic control speech LCD display目录摘要： (1)Abstract： (1)Key word: (1)目录 (2)1.系统方案论证与比较 (3)1.1设计要求 (3)1.1．1基本功能 (3)1.2设计思路 (3)1.2方案选择与论证 (4)1.2.1 电机的选择与论证 (4)1.2.2 电机驱动方案的选择与论证 (4)1.2.3 显示部分方案的选择与论证 (4)1.2.4、语音部分方案的选择与论证 (4)1.3创新功能 (5)1.3.1温度显示 (5)1.3.2高度实时显示 (5)2. 电路框图设计 (6)2.1总体框图设计 (6)2.2整体程序流程图 (7)3.系统的具体设计 (8)3.1系统的硬件设计 (8)3.1.1电机驱动模块 (8)3.1.2键盘与显示模块 (9)3.1.3语音模块 (10)3.2系统的软件设计 (10)3.2.1各部分程序流程图 (11)4.测试仪器与方法 (12)4.1 测试设备 (12)4.2测试方法 (12)5.测试结果与分析 (13)6.结论与总结 (13)7. 参考文献 (14)1.系统方案论证与比较1.1设计要求设计一个升降旗自动控制装置，该装置能够自动控制升旗和降旗，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。

自动控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，该系统有两个控制按键，一个是上升键，一个是下降键。

1.1．1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.为避免误动作，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。

3.升降国旗的时间均为43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到底端。

1.1.2发挥部分1.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。

2.对于一般旗帜升旗高度可以自己决定，能在指定的位置上自动停止，此种工作方式下不放国歌。

3.半旗状态（根据《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，国歌停奏，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到底之后自动停止。

1.2设计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，升降旗的高度可在0—150CM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温度、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，语音模块采用集成语音芯片ISD1760。

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：采用步进电机控制升降旗运动，步进电机不需要使用传感器就能精确定位，而且通过给定的脉冲周期，能够以任意速度转动，定距运动较精确。

虽然步进电机不能高速转动，但根据题目要求的时间和移动距离，步进电机完全能够符合要求。

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。

所以综上所述我们采用方案二。

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，所以我们选择方案二1.2.4、语音部分方案的选择与论证方案一：采用语音芯片ISD1760。

该芯片采用CMOS技术,内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混肴滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM，一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、7个按扭、电源及少数电阻电容即可，结构非常简单，且它的音质好、功耗低，录音时间可达到60S。

完全符合国歌43S的要求方案二：采用语音芯片ISD2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。

录音时间为60 s，能重复录放达10万次。

芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了A/D、D/A转换器。

每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免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需要43秒钟，不需要其他功能。

由于方案一电路满足题目要求而且简单易调节。

所以在此选用方案一。

1.3创新功能1.3.1温度显示在电路创新部分加了温度显示,用单片机处理信号,来驱动18B20来实现温度显示功能.1.3.2高度实时显示在电路创新部分加了高度实时显示,用霍尔传感器来检测高度信号,然后把信号通过单片机进行处理,运算后通过1602显示出来.2. 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2-1-1所示的几个部分组成：图2-1-1 总体电路框图根据设计要求，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AT89S52，因为考虑到编写的繁简程度，所以在此使用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3.系统的具体设计3.1系统的硬件设计本系统由单片机AT89S52作为升降旗系统的控制核心，实现键盘控制、液晶显示、语音等几个部分，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集成驱动芯片ULN2003作为电机驱动的核心，ULN2003集成电机芯片，可同时控制两个电机，驱动力很强。

因为在本设计中我们使用的是四相步进电机，所以ULN2003完全符合要求。

其电路原理图如图3-1-1所示。

图3-1-1 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7.5度，则走一圈所需的步数为48步，因为用于固定绳子的轴的直径为10cm，则平均每步拉出的线长便可计算出来约为L=0.208cm，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）0.208., 在此，高度可调步长为2cm。

3.1.2键盘与显示模块在本设计中使用了八个按键，分别用来控制升降旗和升降半旗及其切换，高度及时间的调节，其键盘摸板如图3-1-2，显示部分采用液晶RT1602，因为在本设计中只要求显示时间与高度，可以不用中文显示，所以RT1602已完全满足要求，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3.1.3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ISD1760,而ISD1760的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。

不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。

这些功能仅仅通过按键就可完成。

在按键模式工作时，芯片可以通过 LED 管脚给出信号来提示芯片的工作状态，并且伴随有提示音，用户也可自定 4 种提示音效。