自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)1

1、自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)參賽學(xué)校：山東電力高等專科學(xué)校指導(dǎo)老師：朱傳琴李泰岱付精誠(chéng)楊露露劉源祺參賽學(xué)生：孟慶俠李德智張代玉編號(hào)：F乙15 02自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)（F）針對(duì)題目要求，設(shè)計(jì)中提出了多個(gè)方案，通過(guò)論證選擇了利用單片機(jī) 控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)國(guó)旗升降的方案。本設(shè)計(jì)包括控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤 顯示模塊、系統(tǒng)檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊等四部分。其中控制驅(qū)動(dòng)模塊采用8031 單片機(jī)和CW220芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)運(yùn)行速度的控制，從而達(dá)到國(guó)旗 升降控制。通過(guò)8279通用鍵盤顯示板，實(shí)現(xiàn)了國(guó)旗高度跟隨顯示。系統(tǒng)測(cè) 試模塊實(shí)現(xiàn)了電機(jī)速度誤差的校正，從而保證國(guó)旗在設(shè)定時(shí)間升降。在發(fā) 揮部分利用了一個(gè)不掉電RAM保護(hù)芯片，

2、保證掉電后不丟失數(shù)據(jù)，上電后 仍顯示國(guó)旗的高度。通過(guò)鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)升降國(guó)旗、半旗的切換及升降國(guó)旗的 速度調(diào)整。本設(shè)計(jì)還可通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)國(guó)旗升降控制。此外還增加數(shù)字 鐘功能，當(dāng)不執(zhí)行國(guó)旗升降時(shí)能夠顯示當(dāng)前的時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)完全達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)，具有可靠性高，精度高，功能多樣化，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。目錄摘要21系統(tǒng)方案論證與選擇31. 1系統(tǒng)基本方案31. 2各模塊方案論證與選擇31.2.1控制模塊512 2鍵盤/顯示模塊61.2.3 電源模塊71.2.4 電機(jī)模塊81.2.5 步進(jìn)電機(jī)原理91.2.6 驅(qū)動(dòng)模塊102. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)122.1 主要單元的電路設(shè)計(jì)132.1.1 電

3、源模塊的設(shè)計(jì)132.1.2 控制器模塊的設(shè)計(jì)142.1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊的設(shè)計(jì)142.1.4 系統(tǒng)總圖163系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)173. 1升降國(guó)旗運(yùn)動(dòng)子程序183.1 升半旗子程序193.2 升旗可調(diào)子程序203.3 無(wú)線電遙控子程序213.4 主程序流程圖213.5 系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算部分214系統(tǒng)測(cè)試224. 1測(cè)試儀器224.1 指示測(cè)試2342 1升國(guó)旗精度測(cè)試24422降國(guó)旗精度測(cè)試244.2.3顯示高度測(cè)試254.2 結(jié)論255總結(jié)25參考文附錄1主要器件清單附錄2系統(tǒng)說(shuō)明摘要：本設(shè)計(jì)包括控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、健盤顯示模塊、系統(tǒng)檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊等四部分。其中控 制驅(qū)動(dòng)模塊采用8031單

4、片機(jī)和CW 2 2 0芯片，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行速度的控制，從而達(dá)到國(guó)旗升降控制。 通過(guò)8279通用鍵盤顯示板，實(shí)現(xiàn)了國(guó)旗高度跟隨顯示。系統(tǒng)測(cè)試模塊實(shí)現(xiàn)了電機(jī)速度誤差的校正，從而 保證國(guó)旗在規(guī)定時(shí)間升降。本設(shè)計(jì)還可通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)國(guó)旗升降控制。此外還增加數(shù)字鐘功能，當(dāng)不執(zhí) 行國(guó)旗升降時(shí)能夠顯示當(dāng)前的時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)具有可靠性高，精度高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制，步進(jìn)電機(jī)，鍵盤顯示Abstract: Tlie system includes control module, step motor, keyboard display module, and speech module. T

5、he control module uses 8031 microcomputer and CW-220 chip to control the speed of the motor, then the raising and lowering of the flag. The position of the flag and the risetime of the flag can be displayed on the keyboard. The flag can be raised and lowered by operating a remote contiol. In additio

6、n, a digital clock is designed to show the time when people do not raise or lower the national flag. The system is precise, stable, and quick to operation.Key words: step motor, single- chip microcomputer, keyboard display1 .系統(tǒng)方案論證與選擇1.1 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以分為控制模塊、輸入與顯示模塊信號(hào)檢測(cè)模塊 和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊四個(gè)基本模塊。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，需

7、要對(duì)各個(gè)模塊的方 案進(jìn)行論證。系統(tǒng)方框圖如下圖1 2所示：11統(tǒng)基本方塊圖1.2 各模塊方案論證與選擇1.2.1 控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器的功能是根據(jù)由鍵盤鍵值或遙控器，使電動(dòng)機(jī)帶 動(dòng)著旗幟升將或其它位置的停止或啟動(dòng)，并滿足對(duì)計(jì)算精度的要求（因?yàn)?是開環(huán)系統(tǒng)，必須保證計(jì)算精度）使誤差不大于兩里米，能夠?qū)τ涉I盤輸 入的的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確運(yùn)算，能對(duì)遙控器發(fā)出的指令快速的反映，并將其結(jié) 果輸出精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)執(zhí)行不同的結(jié)果。對(duì)題目中要求的控制現(xiàn)有兩中可行方案如：方案一用硬件實(shí)現(xiàn)旗幟在頂端和在起始時(shí)防止因誤鍵帶來(lái)的錯(cuò)誤結(jié)果，可在旗 桿的兩頭裝一個(gè)金屬片，當(dāng)旗幟碰到金屬時(shí)就會(huì)產(chǎn)生脈沖向單片機(jī)申請(qǐng)中

8、斷使按其它鍵不起作用。當(dāng)在0L8m內(nèi)任意位置停止，可以用一根和旗桿 相同長(zhǎng)度的電阻絲，通過(guò)計(jì)算電阻值與高度對(duì)應(yīng)的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。此方案可以減少編程的復(fù)雜性，但是硬件部分交復(fù)雜且不夠靈活精確度 不高。方案二用編程來(lái)控制，當(dāng)旗幟到達(dá)最高點(diǎn)或在最底端時(shí)，通過(guò)比較計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)控制脈沖有無(wú)來(lái)避免誤操作。在01.8m內(nèi)的任意啟停則通過(guò)數(shù)據(jù)之 間的計(jì)算處理，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的值時(shí)停止脈沖。此方案靈活性高、精度高、 避免了硬件的缺陷且不受外界干擾。通過(guò)兩個(gè)方案的比較，選擇方案二比較適合。對(duì)于控制器的選擇，現(xiàn)有一可行方案如下：采用INTEL公司的8031作為系統(tǒng)控制器。單片機(jī)采用面向控制的指令 系統(tǒng)。其邏輯控制能力

9、要優(yōu)于同等級(jí)的CPU,運(yùn)算方法靈活，運(yùn)算功能強(qiáng) 大，在軟件對(duì)硬件的控制上，編程方便，自由度大，可實(shí)現(xiàn)各種算法和邏 輯控制，并且由于其功耗低、體積小，技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在 各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。因此可采用8031作為控制器。完全可以符合本系統(tǒng)對(duì) 數(shù)據(jù)運(yùn)算的耍求。1.2.2 鍵盤/顯示模塊鍵盤顯示模塊主耍用按鍵來(lái)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)其功能且顯示相應(yīng)的數(shù)值?？?考慮以下兩種方案。方案一使用液晶(LCD)顯示屏顯示數(shù)據(jù)以及影像穩(wěn)定不閃爍，微功耗、平 板化、無(wú)射線和電磁輻射等優(yōu)勢(shì)，可視面積大、畫面效果好、分辨率高、 抗干能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、被動(dòng)顯示。LCD本身不發(fā)光，而是靠調(diào)制外界光進(jìn) 行顯示，因此適合人的禮

10、堂習(xí)慣，不會(huì)使人眼睛疲勞，顯示信息量大等特 點(diǎn)。但控制芯片較為復(fù)雜，資源占用較多，其成本也高。在使用時(shí)，不能 有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護(hù)。12圖方案二使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管(LED)顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低 壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高溫，對(duì)外界環(huán)境要求低， 易于維護(hù)。在這里采用最小系統(tǒng)板中的8279可編程鍵盤/顯示器I/O接口芯 片，能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，能識(shí)別鍵盤上按下的鍵的鍵號(hào)，因而可代替徽 處理器完成對(duì)鍵盤和顯示器的控制，從而減輕了 CPU的負(fù)擔(dān)?？煞奖愕剡M(jìn) 行對(duì)某位數(shù)碼管的顯示與消隱操作，采用動(dòng)態(tài)顯示可減小硬件電路的規(guī)模, 減小系統(tǒng)出錯(cuò)的可能性，

11、8279自身具有鎖存功能，使單片機(jī)可以方便地控 制數(shù)碼的顯示，而不必不斷輸出顯示數(shù)據(jù)，有效地解決了動(dòng)態(tài)顯示占用CPU 時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)且有自動(dòng)去抖動(dòng)作用。8279與MCS-51接口方便，因而 可采用此方案。1.1.1 源模塊系統(tǒng)需要多個(gè)電源，單片機(jī)需要+5V穩(wěn)壓電源，驅(qū)動(dòng)電路L298N需要 +12V的電壓?？捎山涣?20V市電通過(guò)變壓，整流濾波后由穩(wěn)壓集成電路 7805和7824提供。此外，設(shè)計(jì)的電源可用直插上，可輸出12v、1.5A電 流方便了使用。1.2.4 電機(jī)模塊電機(jī)模塊是本系統(tǒng)的重要部分，其功能是按照控制器的命令執(zhí)行電機(jī)的 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，暫停等動(dòng)作。根據(jù)此功能，可設(shè)計(jì)兩個(gè)備選方案如下：方

12、案一使用直流電機(jī)完成本設(shè)計(jì)的功能。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，易控制。 用霍爾傳感器測(cè)量電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)數(shù)，由此轉(zhuǎn)數(shù)即可完成旗幟的上升、下降。 由單片機(jī)對(duì)霍爾傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于對(duì)應(yīng)值（每 個(gè)電機(jī)對(duì)應(yīng)的應(yīng)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)）時(shí)，使對(duì)應(yīng)的電機(jī)停轉(zhuǎn)。該方案方框圖1-3如 下：圖1 一 3宜流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖圖1一4平衡點(diǎn)調(diào)試方框圖其中驅(qū)動(dòng)可用圖1-5實(shí)現(xiàn)，通過(guò)U1輸入控制脈沖，即可控制電機(jī)的轉(zhuǎn) 速。使用該方案基本上可以實(shí)現(xiàn)題目要求的功能，思路是使電機(jī)的轉(zhuǎn)速較 低，不能使電機(jī)的總轉(zhuǎn)速數(shù)超過(guò)對(duì)應(yīng)值。該方案優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，電路性 能容易保證。但是，當(dāng)物塊達(dá)到指定位置后，可根據(jù)該點(diǎn)位置計(jì)算得到平衡 時(shí)各電機(jī)

13、應(yīng)輸入的電壓，使用PWM脈沖調(diào)制技術(shù)輸出對(duì)應(yīng)占空比脈沖即 可。而對(duì)于平衡點(diǎn)的穩(wěn)定可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，具體見(jiàn)方框圖14。難以 實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)停轉(zhuǎn)的控制?？紤]到實(shí)際中極有可能會(huì)有超調(diào)，在超調(diào)之 后，該方案不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，【因I此精度不易保證，平衡點(diǎn)有可能需要連續(xù)正 反轉(zhuǎn)，影響電機(jī)壽命，故不采取該方案。方案二采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旗幟。步進(jìn)電機(jī)是一種易于控制的電機(jī)，由于其良 好的性能而受到廣泛的應(yīng)用。其控制方法也多種多樣。單片機(jī)控制電機(jī)具 有功能靈活多樣、慣性小、速度快、脈沖輸出準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，搞電磁特 性和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī) 械裝置，是一種輸出

14、與輸入數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件，具有快速啟動(dòng) 和停止的能力。當(dāng)負(fù)荷不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)所提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它就可能在 一瞬間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停止。它的步矩角不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也 不受環(huán)境條件（如溫度、氣壓、沖擊和振動(dòng)等）的影響，僅與脈沖頻率有 關(guān)。它每轉(zhuǎn)1周都有固定的步數(shù)，在不丟步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不 會(huì)長(zhǎng)期積累。步進(jìn)電機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)是可以用脈沖的個(gè)數(shù)精確控制電機(jī)運(yùn) 行的轉(zhuǎn)數(shù)?？梢苑奖愕貙?shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、暫停。保證了運(yùn)算結(jié)果的精度。在此方案中可以省去霍爾傳感器的使用，由電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)數(shù)可精確計(jì)算 得電機(jī)需轉(zhuǎn)過(guò)的距離進(jìn)而確定旗幟的點(diǎn)位置（起始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的若干 點(diǎn)）。由此即可實(shí)現(xiàn)使物塊沿預(yù)定

15、的位置移動(dòng)。雖然此方案同方案一一樣都 是開環(huán)控制，但由于可以精確控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)，此精度可以滿足題目 的要求。為了在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定距離的移動(dòng)，可以通過(guò)提高控制脈沖 的頻率提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，即可達(dá)到對(duì)時(shí)間的要求，該方案可取。在確定了電機(jī)的類型之后，即使用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旗幟，需要了解步進(jìn)電 機(jī)的控制原理，以便對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行進(jìn)一步論證。1.2.5 步進(jìn)電機(jī)控制原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖 信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī) 可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱PM）和混合 式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱HB）。對(duì)步進(jìn)電

16、機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，能實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)基本控制任務(wù):控制換相順序：步進(jìn)電機(jī)的通電換相順序要嚴(yán)格按照步進(jìn)電機(jī)的工作方 式進(jìn)行。也稱為脈沖分配，實(shí)現(xiàn)脈沖分配的方法有兩種：軟件法和硬件法。 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向：通過(guò)改變通電的相序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速: 通過(guò)脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。脈沖分配：軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通 過(guò)單片機(jī)的I/O 口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖。硬件法采用脈沖分配電路或 專用驅(qū)動(dòng)電路，來(lái)控制通電換相。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基 本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如:三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式, 其

17、各相通電順序?yàn)锳-Bc-D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控 制A,B,C, D相的通斷。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相, 則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再 轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的 脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。1.2.6 驅(qū)動(dòng)模塊：方案一：采用單電壓控制。單壓驅(qū)動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)繞組在工作時(shí)，只采用 一個(gè)電壓源對(duì)繞組供電基本電路圖如圖：特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，電路中的限流 電阻R1決定了時(shí)間常數(shù)。但R1太大會(huì)使繞阻供電電流太小，電

18、動(dòng)機(jī)的高 頻性能下降。在R1端并聯(lián)一個(gè)電容，可以使電流上升波形變陡。改善高 頻特性又會(huì)使低頻特性變差，同時(shí)R1要消耗電能，效率變低。1-5直流穩(wěn) 壓電源VCC輸出+12電壓，利用單片機(jī)輸出的控制脈沖，使三極管T工作 在開關(guān)狀態(tài)，其中的L是步進(jìn)電機(jī)的一相繞組電感，R是外接電阻，D是 續(xù)流二極管。由Vn即可對(duì)電機(jī)輸入一控制脈沖。a圖1-5單繞組驅(qū)動(dòng)電路方案二使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要 求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是兩相的步進(jìn)電機(jī)，就 需要對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī) 的功率較大時(shí)運(yùn)行起來(lái)

19、會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。方案三使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖16）,也可以 驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V,可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸 出電壓；可以直接用單片機(jī)的10 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方 便。.L298N是內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接受標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)電壓46V、每相2.5A及以下的步進(jìn)電機(jī)。每個(gè)橋都具 有一個(gè)能輸入端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作，每 個(gè)橋的兩個(gè)橋臂低端三極管的發(fā)射極接在一起并引出，用以外接檢測(cè)電阻。它設(shè)置了一附加電源輸入端輸入端使邏輯部分在低

20、電壓下工作。圖1-6 L298N內(nèi)部邏輯電路圖方案四：采用步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片CW-220驅(qū)動(dòng)。由于步進(jìn)電機(jī)對(duì)控制信號(hào)的電壓、電流要求都較高，單獨(dú)靠單片機(jī)輸出 的脈沖信號(hào)不能滿足要求，需要另外接電路，且電路較為復(fù)雜，控制信號(hào) 較多，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。因此可考慮使用專用驅(qū)動(dòng)芯片CW-220驅(qū)動(dòng)器電 機(jī)。采用此方案可大大減少控制信號(hào)的數(shù)量，由于采用了專用驅(qū)動(dòng)電路， 硬件接線更少，單片機(jī)控制更為方便，準(zhǔn)確。本方案可取.+12VGND1-7CW-220接線圖2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的基本組成部分本系統(tǒng)的硬件部分主要包括電源、單片機(jī)及其外圍電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路、步進(jìn)電機(jī)、被控旗幟、測(cè)試用的旗桿

21、、定滑輪、細(xì)繩等組成。1.2.7 單元電路的設(shè)計(jì)2.1.1電源模塊的設(shè)計(jì)電源電路為了得到較為穩(wěn)定的電壓，可由交流220V市電通過(guò)變壓，整 流濾波后由穩(wěn)壓集成電路、7805和7824提供。具體電路如卜.圖:2ND圖2-112 V電源電路2. 1. 2控制器模塊的設(shè)計(jì)控制器模塊可采用單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即除需要其最低要求的CPU、 ROM、RAM,、鍵盤、地址鎖存器，譯碼器等之外，只需采用兩片L298N 和兩片74LS04即可。該模塊主要用于對(duì)輸入數(shù)值和對(duì)輸出信號(hào)的處理上, 在該部分完成數(shù)據(jù)的處理。語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì)：語(yǔ)音模塊是通過(guò)把錄制的國(guó)歌，通過(guò)放大器（共放）播放出來(lái)。為了得 到清晰的音樂(lè)，再設(shè)計(jì)中

22、采用了 AV6532E型號(hào)的錄音器，此方法簡(jiǎn)單減少 了硬件的復(fù)雜性，、可靠性。其原2. 1. 3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N驅(qū)動(dòng)通過(guò)L298N構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，電路圖如圖24所示。通過(guò)單 片機(jī)8031的P10P15對(duì)L298N的IN1-IN4 口和ENA、ENB 口發(fā)送方波 脈沖信號(hào)，經(jīng)74LS04放大信號(hào)使電機(jī)的力矩增大。起時(shí)序圖如圖2 5 所示。6 ENA,vcc1 型 NSEB15 空NSEA5 INI7 IN210 IN312 IN4圖E-2L 2 9 8 N驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖2. 1.4系統(tǒng)總圖圖24系統(tǒng)總圖3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言編程，利

23、用單片機(jī)及其外圍電路實(shí)現(xiàn)其功 能。本軟件是在windows環(huán)境下采用WAVE 6000編寫和調(diào)試的。WAVE 6000編程方便，調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，有跟蹤程序的執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn) 和實(shí)時(shí)觀察內(nèi)存等基本功能，另有配合仿真器使用的部分特殊功能，使編 程與調(diào)試更為簡(jiǎn)便。本軟件充分利用了單片機(jī)的運(yùn)算功能強(qiáng)的特點(diǎn)，使系統(tǒng)在開環(huán)控制的情 況下也可以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)精度的耍求。系統(tǒng)主耍通過(guò)控制輸出控制脈沖的個(gè) 數(shù)來(lái)精確控制物塊的位移。可完成在規(guī)定時(shí)間內(nèi)移動(dòng)距離180cm,實(shí)現(xiàn)旗 幟的升降，在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)。在設(shè)計(jì)中采用模塊式編程，每一個(gè)模塊 控制著一個(gè)功能使程序條理清楚。軟件設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是要把使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)

24、與旗幟上升或下降的時(shí) 間準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)起來(lái)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，在完成設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi) 計(jì)算的精度就顯得尤為重要，為了滿足精度的要求，一方面在編程計(jì)算中 采用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算來(lái)提高運(yùn)算精度且可方便地利用程序庫(kù)提供的子程 序進(jìn)行運(yùn)算。另一方面采用十個(gè)脈沖控制電機(jī)一步，盡量減少配合步進(jìn)電 機(jī)的準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)，即可達(dá)到較高的精度。3. 1升降國(guó)旗運(yùn)動(dòng)子程序?qū)?guó)旗從基點(diǎn)上升到最高點(diǎn)或從最高點(diǎn)下降到最底端時(shí)，且跟蹤顯示物 旗幟的上升高度，設(shè)定高度后.然后計(jì)算要到達(dá)該高度每個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子需要運(yùn) 轉(zhuǎn)的距離，并把它轉(zhuǎn)化為電機(jī)電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)的步數(shù),最后將程序步數(shù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)送 出脈沖的個(gè)數(shù)并輸出.子程序程序流程圖如圖：頂點(diǎn)實(shí)物示意

25、圖起始點(diǎn)程序流程圖3-1圖3. 2升半旗子程序當(dāng)要使旗幟置半旗狀態(tài)時(shí)，其原理與升降旗幟基本相同，但需要在程序 里設(shè)置標(biāo)志位（開始時(shí)為一）。當(dāng)旗幟上升到最高點(diǎn)時(shí)判斷標(biāo)志位的狀態(tài)為 一時(shí)反轉(zhuǎn)直到下降總長(zhǎng)的1/3處停止，為零則停止。（其中2D是設(shè)置的標(biāo) 志位）3. 3升降旗可調(diào)子程序此子程序需要改變一秒鐘發(fā)出的脈沖數(shù)、（HZ）,當(dāng)脈沖個(gè)數(shù)多時(shí)則電 機(jī)的轉(zhuǎn)速快用的時(shí)間就少（不小與30秒）。通過(guò)鍵盤來(lái)設(shè)置時(shí)間的大小， 可用個(gè)加一（減一鍵）來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)值為一秒。3.1 4無(wú)線電遙控子程序用遙控器控制電機(jī)的快慢，是通過(guò)控制單片機(jī)的P1.4 （升國(guó)旗）、P1.5 （將國(guó)旗）。當(dāng)遙控器按一鍵時(shí)，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，

26、開啟電機(jī)同時(shí)開啟演奏國(guó)歌，向下則與升國(guó)旗程序一樣。按其它鍵實(shí)現(xiàn)其它功能與之類似。3.5 主程序流程圖3-2流程圖3.6 系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算部分如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再 轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的 脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的確定方法如下：要想使步進(jìn)電機(jī)按一定的速度精確地到達(dá)指定位置（角度或位移），步 進(jìn)電機(jī)的步數(shù)N和延時(shí)時(shí)間DALAYA是兩個(gè)重耍的參數(shù)。前者用來(lái)控制 步進(jìn)電機(jī)的精度，后者用來(lái)控制其步進(jìn)的速率。步進(jìn)電機(jī)步數(shù)的確定本設(shè)計(jì)采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角5為1.8°,即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周實(shí)際

27、“走” 步數(shù)設(shè)為N,N=360/l.8=200（式 2-1）實(shí)際測(cè)量得，繞線軸周長(zhǎng)C為4cm。確定電機(jī)要轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際里程S cm后，步進(jìn)電機(jī)要“走”的實(shí)際步數(shù)， 設(shè)為NSJ,NSJ=（S/C） X 200（式 2-2 ）附：轉(zhuǎn)子齒數(shù)設(shè)為Zi,由步距角（P =3600/ （MXZrXC） （式 23）C狀態(tài)系數(shù)，G轉(zhuǎn)子齒數(shù)，M相數(shù)Zr=3600/ （p XMXC） =3600/ （1.80X2X1） =100 （式 24）步進(jìn)電機(jī)實(shí)際要“走”的步數(shù)，即為接收到的來(lái)自控制模塊的脈沖數(shù)人升降國(guó)旗所需的脈沖數(shù)：升國(guó)旗一秒所走的距離：Sq=H/T= 180/43= 4.186cm/s（式 25）旗桿的高度

28、，T國(guó)歌的時(shí)間1.8°所走的路程：L= (CD1.80) /360° =0.02cnVs升國(guó)旗一秒所需的脈沖數(shù)：N=Sq/L=4. 186/0.02=205 個(gè)4.系統(tǒng)測(cè)試為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的性能是否合乎要求，需耍系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。1 .1測(cè)試儀器測(cè)量使用的儀器設(shè)備如下表41測(cè)試儀器表序號(hào)名稱、型號(hào)及規(guī)格主要技術(shù)指標(biāo)備注1H51/S仿真器南京偉 福2XJ14318OSCILLOSCPE20MHZ3XJ1631 DIGITAL0.1 Hz60 MHz4SS1791型直流穩(wěn)定電源電壓：030V由流：。2A無(wú)線電四廠5SS1792直流穩(wěn)定電源電壓：030V 電流：03A無(wú)線電四廠6POD-H8X5X仿真頭南京偉 福7HILOCK-16 米尺長(zhǎng)度：3.5米 精度:1mmJAPAN8CW-220B步進(jìn)電機(jī)9遙控器0 2000m10秒表11工具包JAPAN12J1Z-JA21-10A220240VATLASCOPCO13語(yǔ)音播放器0-5V4 . 2指標(biāo)測(cè)試4. 2.1升國(guó)旗精度測(cè)試表4 . 2測(cè)試次數(shù)運(yùn)行時(shí)間上升度143S179 cm243S181 cm343S180 cm4. 2. 2將國(guó)旗測(cè)試表43測(cè)試次數(shù)運(yùn)行時(shí)間卜降距離143S180cm243S181 cm3