國旗升降自動控制系統(tǒng)
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Protues電路設計與仿真 結課論文 姓 名 呂雪鋒 學 號 5011212204 學 院 信息工程學院 專 業(yè) 計算機科學與技術 班 級 計算機16-2班 指導老師 孟洪兵 國旗升降自動控制系統(tǒng)目 錄設計任務2摘要4第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較51.1 設計思路51.2 方案選擇與論證51.2.1、電機的選擇與論證51.2.2、電機驅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) 電路框圖設計 82.1 總體框圖設計82.2 整體程序流程圖9第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設計103.1 系統(tǒng)的硬件設計103.1.1、電機驅動模塊103.1.2、鍵盤與顯示模塊113.2 系統(tǒng)的軟件設計123.2.1、主體電路圖12第 4 節(jié) 結論13第 5 節(jié) 心得14參考文獻14附錄15 國旗升降系統(tǒng)控制設計報告設計任務設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,在到達固定時間自動停止。旗幟的升降由電動機驅動,該系統(tǒng)有三個控制按鍵,一個是上升鍵,一個是下降鍵,一個是復位按鍵。基本功能1按下上升按鍵后,電機隨著時間勻速順時針轉動;上升到固定時間時自動停止上升,電機停止轉動;按下下降按鍵后,電機隨著時間勻速逆時針下降,下降到固定時間時電機停止轉動。2能在上升到最大時間后復位,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,按下降鍵不起作用。4升降旗的時間均為43秒,升國旗時,電機順時針轉動到時間最大值;降國旗時,電機逆時針轉動到最大值5數(shù)字即時顯示電機轉動的時間,以秒為單位,誤差不大于1秒。摘要本系統(tǒng)采用單片機AT89C51作為自動控制升降旗系統(tǒng)的檢測和控制核心,采用由單片機控制的步進電機帶動國旗升降,實現(xiàn)對國旗升降的自動控制。該電路主要分為電機驅動控制模塊、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。電機驅動控制模塊采用集成驅動芯片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?;谶@些完備而可靠的硬件設計,使用了一套完善的軟件編程,實現(xiàn)了自動升降旗的基本功能及發(fā)揮部分的一些功能。關鍵字:步進電機 自動控制 液晶顯示 接近開關具體設計第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較1.1 思路題目要求設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30120秒的范圍內自行調整,標準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電機來控制旗幟的升降情況,由接近開關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ISD2560。1.2 方案選擇與論證1.2.1、電機的選擇與論證方案一:采用普通的直流電機。普通直流電動機具有優(yōu)良的調速特性,調速平滑、方便,調整范圍廣,過載能力強,能承受頻繁的沖擊負載,可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉。方案二:采用步進電機。步進電機的一個顯著特點是具有快速的啟停能力,如果負荷不超過步進電機所能提供的動態(tài)轉矩值,就能夠立即使步進電機啟動或反轉。另一個顯著特點是轉換精度高,正轉反轉控制靈活。因為在本系統(tǒng)中需要精確的轉換速度和轉換時間且啟停要迅速,所以在本設計中我們選擇方案二1.2.2、電機驅動方案的選擇與論證方案一:采用繼電器對電動機的開或關進行控制,通過控制開關的切換速度實現(xiàn)對電機的運行速度進行調整。這個電路的優(yōu)點是電路結構簡單,其缺點是繼電器的響應時間長,易損環(huán),壽命短,可靠性不是很高。方案二:采用由達林頓管組成的H橋型PWM電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài),可精確調整電動機的運動狀態(tài)(前進,后退,左轉,右轉)。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,風機,空調等,這些設備通常由CPU集中控制,由于控制系統(tǒng)不能直接驅動被控元件,這與要有功率來擴展輸出電流以滿足被控元件的電流與電壓。而ULN2003A功能性強、應用范圍廣。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間。在本系統(tǒng)中需要用到6只LED數(shù)碼管進行動態(tài)顯示才可以達到要求。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) 電路框圖設計2.1 總體框圖設計根據(jù)設計要求,本系統(tǒng)可由圖所示的幾個部分組成: 電源電路單片機LCD顯示方向驅動電機按鍵輸入根據(jù)設計要求,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)的具體設計3.1 系統(tǒng)的硬件設計本系統(tǒng)由單片機AT89C52作為升降旗系統(tǒng)的控制核心,實現(xiàn)鍵盤控制、液晶顯示以及無線遙控等幾個部分,即該系統(tǒng)主要包括電機驅動模塊、鍵盤與顯示模塊及晶振電路模塊等幾個部分?,F(xiàn)分別對各模塊進行分析。3.1.1、電機驅動模塊在本設計中采用ULN2003A來驅動電機。其電路原理圖如圖所示。 電機驅動電路其步進電機的控制原理為:為了準確實現(xiàn)可調節(jié)的時間和高度控制的勻速升降,需要精確計算在人眼不能識別的時間內的步進電機的脈沖數(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電機需走的步數(shù),即為,步進電機要轉動的總步數(shù):總步數(shù)=高度(high)/0.0234, 在此,時間可調時間間隔為1s。3.1.2、鍵盤與顯示模塊在本設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位,時間的調節(jié),其鍵盤摸板如圖,顯示部分采用液晶LCD AMPIRE12864,因為在本設計中只要求顯示時間與漢子字符,其鍵盤與顯示模塊的電路原理圖如圖所示。圖3-1-2 鍵盤摸板 鍵盤與顯示電路3.2 系統(tǒng)的軟件設計整個系統(tǒng)的主要任務是執(zhí)行升降旗、時間調整兩種運動。主體軟件電路圖: 此電路包括按鍵控制部分、單片機控制部分、步進電機驅動控制電路部分。電路采用AT89C52單片機作為控制系統(tǒng)的核心。單片機通過對按鍵的掃描,識別出外部命令,并通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號,信號經(jīng)過驅動電路來驅動步進電機運轉。當按上升鍵時,步進電機正轉;當按下降鍵時,步進電機反轉;按停止鍵時,步進電機停轉第 4 節(jié) 結論 本系統(tǒng)的特色:本設計在硬件上,使用了步進電機控制和利用接近開關實現(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 時電機順時針轉動,到達頂端時能自動停止。降旗時,電機逆時針轉動,到達低端時自動停止。當時間設定為43S、時,電機勻速轉動并且開始計時,到達指定時間停止轉動。能在隨意的時間上手動停止當?shù)竭_任意時間,都可以選擇停止,并且保持此位置,知道下一個動作。LCD AMPIRE12864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來顯示設置的時間、此時的設置的時間、此時運行的時間。由開關控制是否需要電機停止轉動。通過一個按鍵來實現(xiàn)是否需要電機停止轉動,當達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,防止電機失控。 第 5 節(jié) 心得 課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,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),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異,單片機成為當今計算機應用中空前活躍的領域, 在生活中可以說得是無處不在。作為二十一世紀的大學來說單片機的開發(fā)技術是十分重要的?;仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設計,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,但是可以學到很多很多的的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識,而且學到了許多在書本上所學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是重要要的,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,才能真正為社會服務,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 這次設計也讓我發(fā)現(xiàn)自己的知識嚴重不足,所以一定要不斷充實自己的知識。 這次課程設計終于順利完成了,在設計中遇到了很多編程問題,最后在老師的辛勤指導下,終于游逆而解。同時,在老師的身上我學得到很多實用的知識,在次我表示感謝!同時,對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝! 參考文獻:1 揚 立,微型計算機原理與接口技術M.北京.中國鐵道出版社.20082 陳伯時,電力拖動自動控制系統(tǒng)M.北京.機械工業(yè)出版社.20093 莫正康,電力電子應用技術M.北京.機械工業(yè)出版社.20074 趙瑞林,單片機原理與應用教程M.北京.北京大學出版社.200515 張旭濤,單片機原理與應用M.北京.北京理工大學出版社.20086 趙建領,51單片機開發(fā)與應用技術詳解M.北京.電子工業(yè)出版社.20097 康維新,MCS-51單片機原理與應用M.北京.中國輕工業(yè)出版社.20098 Yokogawa.Models UT550/UT520 Digital Indicating Controllers Users Manunal.Tokyo.Yokogawa.20039 陳愛萍,何智勇,羊四清,電子顯示屏的單片機控制系統(tǒng)M北京.自動化與儀表.1999(7):545710 樓然苗,李光飛,51系列單片機設計實例M.北京.北京航空航天大學出版社.200311 盧艷君,單片機原理與應用M.北京.機械工業(yè)出版社.200812 Kavanagh R C. 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Electron. , 1994 ,41 (5) :550 55914 吳丙申,卞祖富,模擬電路基礎M.北京.北京理工大學出版社.200715 李響初, 數(shù)字電路基礎與應用M.北京.機械工業(yè)出版社.2008附錄材料清單LCD AMPIRE12864AT89C52BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALMOTOR-STEPPERPOT-HG(主要用于調節(jié)液晶屏的背光)RESRESPACK-8UNL2003A部分程序#include#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit KEY2=P30;sbit KEY3=P31;/三個按鍵控制口 char min,sec,tt=0,flag=0;int num=0;/相序存放處bit dir=1;/方向標志(默認為順時針)uchar code forward=0x0e,0x0c,0x0d,0x09,0x0b,0x03,0x07,0x06;/正轉uchar code reveser=0x0e,0x06,0x07,0x03,0x0b,0x09,0x0d,0x0c;/反轉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);Display_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁(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(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);/顯示開始行 EA=1; /開啟總中斷IT0=1;EX0=1;ET0=1; /允許定時器0中斷ET1=1;TMOD=0x11; /設置定時器工作方式1 16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(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);Display_HZ(2,0,1,bi); /上電顯示:“開始升旗”if(flag=1) /升旗計時顯示 Display_SZ(1,6,32,min/10);Display_SZ(1,6,40,min%10);Display_HZ(1,6,3,fen);Display_SZ(2,6,0,sec/10); / 屏(1左2右) 頁(0 2 4 8) 列(0 1 2 3)Display_SZ(2,6,8,sec%10);Display_HZ(2,6,1,miao); if(flag=2) /降旗計時顯示 Display_SZ(1,6,32,min/10);Display_SZ(1,6,40,min%10);Display_HZ(1,6,3,fen);Display_SZ(2,6,0,sec/10); / 屏(1左2右) 頁(0 2 4 8) 列(0 1 2 3)Display_SZ(2,6,8,sec%10);Display_HZ(2,6,1,miao); key_scan();void key() interrupt 0 /定時器0中斷服務程序 TR0=!TR0;TR1=!TR1;void timer0() interrupt 1 /定時器0中斷服務程序TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;tt+;void timer1() interrupt 3/定時器1中斷服務程序 TH0=(65536-60000)/256;TH0=(65536-60000)/256;if(num=8) num=0; if(dir=1) P1=forwardnum+; /正轉 else P1=revesernum+; /反轉- 配套講稿:
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