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1、自动控制升降旗系统设计毕业论文 自动控制升降旗系统的设计目录引言11方案论证及选择211 采用STC89C52单片机设计自动升降旗控制系统212采用数字电路设计自动控制升降旗系统213采用PIC16F877A单片机设计自动控制升降旗系统314 总方案的选择32系统硬件的设计521 单片机最小系统的设计5com 晶振电路的设计5com 复位电路设计522 电机驱动模块的设计5com 28BYJ-48步进电机5com ULN2003芯片723语音模块的设计724液晶显示模块的设计925无线遥控模块的设计1026 旗杆的设计1127 电源电路的设计113系统软件设计1331 系统总程序流程图1332
2、 子程序流程图13com 升降小旗运动子程序13com LCD1602液晶实时显示子程序的设计14com放子程序的设计1533软件的调试与编译1634程序的下载174电路的与调试与结果分析1941电路的调试19com最小系统的调试19com 声音模块调试19com 电机绕线的调试处理1942电路结果分析20com降高度的结果分析20com 液晶显示高度结果分析20结论22致谢23参考文献24附录A 英文文献原文25附录B 英文文献译文35附录C 硬件总设计图44附录D 设计源程序45附录E 元器件清单表54引言随着现代科技的不断进步和发展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
3、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和国主权和独立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尊敬国旗体现着维护国家的尊严升降国旗是一件严肃的事情严格按照中华人民共和国国旗法要求升降国旗通过升降国旗仪式使学生受到直接的爱国主义教育增强国家和民族
4、观念然而由于各种条件的限制国旗的自动控制的应用还不够广泛有些升降仪式完全是手动的有些只是单纯的电动机转动而不能与国歌的播放同步和自动控制更不能接近开关的检测防止误差容易让严肃的升旗仪场面变得难堪随着科技的进步自动系统的广泛发展以及升降旗存在的问题自动系统也逐渐的应用到升降旗上且具有较强的应用性特别是单片机测控技术和自动控制技术的迅速发展已经完全可以使用自动控制系统来完成国旗的升降控制同时还可以达到国歌演奏何时能够将快慢的完美配合从而可以避免由于人为操作带来的不协调等诸多问题保证了升旗仪式的严肃性和庄重性1用AT89C51单片机作为自动控制升降旗控制系统的控制芯片采用光电传感器检测旗帜高度选用H
5、型驱动电路驱动直流电机利用8255A和相关电路实现键盘显示功能实现国旗的自动升降控制以单片机AT89C52为核心以键盘为输入系统按键选定执行要测试的旗杆高度参数按开始键执行升旗程序并将旗帜高度和升旗所用时间显示在LCD液晶显示屏上测试的图11 STC89C52单片机设计方案原理图单片机输出控制脉冲直接加载到ULN2003芯片控制的电机驱动模块上将信号进行处理后转化为依据步进电机的步序高低电平信号直接加载到步进电机上驱动步进电机转动电机转动带动旗帜的升降同时还可以根据输入脉冲的多少调节电机的转速的快慢无线接收模块是通过红外发射器发射一个控制信号通过接收器到的高低电平控制开关的中断通过开关选择电机
6、正传还是反转语音模块采用放大器驱动蜂鸣器播放国歌语音程序代码进行国歌播放同时LCD显示电路采用的是LCD1602液晶显示国旗的实时高度LCD1602液晶屏既可以显示数字也可以字母连接比较简单这种方案的优点是系统设计简单且STC89C52有自带的内带4K字节EEPROM存储空间图12 数字电路设计方案原理图该系统运用现代电子技术将升旗仪式与演奏国歌混为一体按下上升键后国旗匀速上升同时流畅的播放国歌上升到最高点时自动停止同时国歌演奏完毕按向下键后国旗匀速下降降旗的时间不放国歌下降到最低点时自动停止可以任意指定高度使旗帜上升后下降到位置后自动停止旗帜所在高度可以通过数字显示仪表进行实时显示电源电路部
7、分主要由变压整流滤波稳压等部分组成220v交流电压经过变压器变压全桥整流电容滤波TW7809稳压之后最终形成9V的直流电压作为控制电压稳速部分采用PID积分电路进行控制使输出产生与转速成正比的脉冲然后经过微分-检波-积分-放大得到与转速成正比的电压然后通过反馈控制步进电机的驱动电压而得到稳定的线速度而电气控制部分主要是利用电气元件中的逻辑门电阻开关主城复杂的控制电路通过开关控制各个模块的电平变化达到控制各模块的目的高度显示部分采用光电传感器进行非接触式检测然后根据结果输出一个高低电平形成脉冲然后去触发单片机外部中断单片机根据脉冲数计算出高度然后驱动数码管显示音乐播放部分采用的是电气控制部分的输
8、出信号的高低电平驱动语音是否播放这种设计系统能够实现多种功能且开关控制简单元器件简单无软件设计但是这种电路太过庞杂且还有干扰大代价高不能实现无线控制等缺点13采用PIC16F877A单片机设计自动控制升降旗系统 采用单片机作为主控制器设计的自动控制升降旗系统主要由PIC16F877A单片机二相步进电机E2PROM国歌语音电路键盘电路LCD显示屏六部分组成PIC16F877A单片机设计方案原理图如图所示图13 PIC16F877A单片机设计方案原理图系统加电后首先读取E2PROM中的数据判断是否在最低点如果不在最低点强行将国旗降到最低点这个过程LCD液晶显示屏先是国旗的高度并将其写入E2PROM
9、进行记忆然后判断国旗的升降模式正常情况下按下上升键国旗上升国歌播放液晶显示高度并不断将高度写入E2PROM至最高点国旗国歌都自动停止按下降键国旗下降语音模块不工作LCD显示实时高度并不断将高度送入E2PROM至最低点降旗停止国旗处在半旗模式下时国旗匀速上升同时播放国歌显示实时高度并将其计入E2PROM至最高点国歌停止国旗开始匀速下降到达23处自动停止该电路因为PIC单片机具有E2PROM结构简化且单片机采用的是RISC指令集速度快步进电机因为采用双桥结构完全通过程序控制所以精度高同时语音模块采用的是语音芯片播放录到的国歌是声音更清晰流畅但是采用E2PROM记录高度会出现系统延时造成显示误差太大
10、同时手动控制按键不能实现远程的控制同时语音芯片太贵耗价高14 总方案的选择此次设计要求制作一个自动控制升降旗系统要求设计速度和高度可调LCD液晶显示能够实现无线升降及停止等我们将上述几个方案进行比较如下对于采用STC89C52单片机的方案由于采用的是四相八拍的步进电机所以步进电机不仅能够实现速度的调节而且相比二相电机来说更加的精确速度的调节就能够实现高度的自主设定同时语音模块采用三极管驱动扬声器发声不仅耗价更小电路简单也易于制作更方便调试同时还设无线模块设计的方案来说能够控制升降及停止基本达到设计的要求该方案可行对于采用数字电路设计的方案虽然用按键控制能够实现电机的驱动但是线路比较复杂控制过程
11、中会产生延时使电机产生抖动造成升降过程中的不稳定同时线路采用的是开关控制没有无线模块不能实现无线升降同时耗价较高所以方案不可取对于采用PIC16F877A单片机设计方案PIC单片机虽然具有E2PROM可以实时的记录瞬间的高度值但是这会造成显示高度与实际高度的误差是现实不精准而语音模块采用语音芯片对录制国歌的播放能够起到流畅的效果逼真的效果但是语音芯片对声音的录制会根据型号的不同他们的录制的时间和效果就不同同时录制过程比较复杂且环境和电路也会产生影响使效果下降同时语音芯片较昂贵所以该方案不可取综上考虑我们选择采用STC89C52单片机设计自动控制升降旗系统2系统硬件的设计 该系统的硬件主要由5V
12、电源单片机最小系统电机驱动电路步进电机LCD1602液晶显示电路语音播放电路被控的旗帜测试用的旗杆挂钩细绳等组成下面是主要单元的电路设计21 单片机最小系统的设计单片机最小系统或者称为最小应用系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统此设计采用的单片机是STC89C51RC芯片最小系统治一般应该包括单片机五伏电源晶振电路下面进行详细的设计图21 单片机最小系统设计图com 晶振电路的设计单片机的定时控制功能是由片内的时钟电路和定时电路来完成的而片内的时钟信号有两种内部时钟方式和外部时钟方式采用内部时钟时片内的高增益反相放大器通过XTAL1XTAL2外接晶体振荡器作为反馈元件然后通过晶体振荡
13、器两边各接一个瓷片电容瓷片电容出来后接地晶振与电容组成的是一个并联谐振回路由此构成的一个自己振荡器向内部时钟电路提供震荡时钟这个时钟提供给单片机使单片机工作晶振一般采用的是石英晶体振荡器这种晶体振荡器因频率稳定度高而广泛被采用频率有好多一般51单片机采用的晶振频comHz而电容一般采用瓷片电容他具有微调的作用通常取值在30pF左右单片机晶振电路在单片机最小系统设计图如图22所示com 复位电路设计单片机在启动运行时都需要复位复位使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的工作状态并从这个状态开始工作在系统中有时会出现显示不正常也为了调试方便需要设计一个复位电路复位电路的基本功能是系统上电时提供复
14、位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号图RC复位电路电路为高电平复位有效 SW1为手动复位开关可以实现上述基本功能当步进驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度及步进角通过控制脉冲个来控制角位移量从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度从而达到调速的目的1 步进电机必须加驱动才可以运转 驱动信号必须为脉冲信号没有脉冲的时候步进电机静止 如果加入适当的脉冲信号 就会以一定的角度称为步角转动转动的速度和脉冲的频率成正比 2 黑金刚配套的是 28BYJ48 5V 驱动的4 相5线的步进电机而且是减速步进电机减速比为164步进角为56256
15、4 度如果需要转动1 圈那么需要360562564 4096 个脉冲信号 3 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性 4 改变脉冲的顺序 可以方便的改变转动的方向步进电机28BYJ48型四相八拍电机电压为DC5VDC12V当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时它可以连续不断地转动每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次也就对应转子转过一定的角度一个步距角当通电状态的改变完成一个循环时转子转过一个齿距四相步进电机可以在不同的通电方式下运行常见的通电方式有单单相绕组通电四拍A-B-C-D-A双双相绕组通电四拍AB-BC-CD-DA-AB-八拍A-AB-B-BC-C-CD
16、-D-DA-A110000x08211000x0c301000x04401100x06500100x02600110x03700010x01810010x09com ULN2003芯片ULN2003芯片美国Texas Instruments公司和Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列图23 ULN2003芯片内部连接图ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成具有同时驱动7组负载的能力为单片双极型大功率高速集成电路图24步进电机驱动设计图驱动电机的具体的功能设计是与开关实现的在P3口设置三个开关K1k2k3k1控制电机与语音播放的开始电机开始设置默
17、认为电机的正传k1接通电机正转同时国歌开始播放当上升到最大值时电机停止转动国歌结束当小旗下降时打开k2关闭k1电机实现反转小旗下降打开开关k3电机迅速停止实现小旗停止功能23语音模块的设计语音模块的设计思想是利用单片机的软件编程控制扬声器播放国歌语音代码实现的由于设计中采用的是三极管驱动805W的扬声器发声需要的功率过大而普通的三极管不能承受很高的电流容易在电路中烧坏如果在电路中接入限流电阻又不能满足驱动扬声器的条件或者扬声器声音过小都不能达到设计的要求为了解决这个问题在设计采用大功率的MOS管TIP122实现TIP122芯片的引脚如图25所示图25 TIP122芯片引脚图图26 三极管TIP
18、122的内部图表22 三极管TIP122的电参数表符号参数极性数值单位NPNTIP120TIP121TIP122PNPTIP125TIP124TIP125VCBO集电极-基极电压IE 06080100VVCEO集电极-发射极电压IB 06080100VVEBO发射极-基极电压IC 05VIC集电极电流5AICM集电极峰值电流8AIB基极电流01APtot耗散功率Tcase2565WTamb252WTstg 贮藏温度-60150Tj最高工作结温150hFE放大倍数100图26所示的是三极管TIP1122的内部连接图其中 R1 5千欧R2 150欧由图可以看出这是一个集成的放大型NPN管它是由两个
19、NPN型普通三极管经过二级放大形成的使得稳定系数更高且放到倍数也加倍各方面参数都有所提高具体的电参数如表22所示为了达到同时的目的起初设计的是在同一单片机上实现升降与国歌播放但是在实际过程中两个模块都要都要用到中断而单片机的中断有优先级不能同时响应两个中断即不能在一片单片机上实现流畅的国歌播放和控制步进电机匀速升降的功能为了解决这个问题本设计采用两块单片机一块单片机单独设计语音模块为了实现同步的目的该单片机的接地与另一单片机用开关控制达到通电后开关控制同时启动的目的语音模块的设计如图210示图29 语音模块的设计图24液晶显示模块的设计为了实现实时检测国旗的升降情况此设计采用LCD1602液晶
20、显示屏通过计数器对高度的测量实时地显示出国旗升降的高度达到清楚明了效果LCD1602液晶屏的外观com602 是一种驱动电压为5V带背光可显示两行每行16个字符的液晶屏只能显示显示字母和数字不能显示汉字内置含128个字符ASCII字符集字库有并行接口显示器的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点线面并配合背部灯管构成画面图210 显示模块设计原理图液晶显示器模块选用LCD1602 液晶模块2 行16 列字符显示第一行显示national flagRL表明显示的是国旗的升降高度第二行显示Hcm表明国旗升降过程中的实时高度而且并行8位数据通信可以满足本系统中显示的要求开发板中有液晶显示模块利用C 语言
21、模块的可移植性直接将模块移植过来根据实际情况更改数组内容即可实现对本设计中需要显示的参数进行显示1602液晶显示设计图如图210所示25无线遥控模块的设计 本设计要求采用无线遥控旗帜的升降及停止所以要对无线模块进行设计无线遥控模块设计包括无线发射模块的设计与无线接收模块的设计采用PT2262 和PT2272的编码解码芯片PT2262和PT2272最多支持6位数据编码一般支持4位数据编码PT2262 和PT2272有三态地址编码功能只有地址匹配时才能传输数据PT2262编码芯片管脚图如图211所示PT2272解码芯片的管脚图如图212所示图211 PT2262编码芯片管脚图 图212 PT227
22、2解码芯片管脚图PT2262和PT2272是CMOS三态编码集成芯片这组器件广泛用于各种遥控器件上只需较低的3V电压就能工作PT2262 是发射编码芯片PT2272是接收解码芯片两者的地址必须配对而且振荡电阻必须符合要求PT2262的TE端是发射允许端接受低电平时17脚DOUT端输出一串编码该串编码在载波上发送出去被接收端接受和解调输入PT2272的14脚当地址配对时VT解码有效端输出高电平数据端口就会输出与PT2262发射端口一致的数据从而实现遥控功能用遥控器给一个脉冲信号经过PT2262编码芯片进行编码编码后经过天线发射出去发射电路如图213所示接收模块利用天线接收信号然后经过放大滤波PT
23、2272解码芯片进行解码解码后送入单片机控制开关的中断然后控制各模块的工作接收模块如图214所示图213 发射模块电路图图214 接收模块电路图26 旗杆的设计要实现旗帜的升降就要设计一个旗杆旗杆包括带挂钩的直杆一面旗帜尼龙细线将尼龙细线的一短缠在电机上通过挂钩另一端系上国旗旗杆设计图如图211所示图211 旗杆设计图27 电源电路的设计单片机STC89c51的供电电压与步进电机的供电电压都是五伏所以在此需要设计一个五伏的电源五伏电源主要包括四个部分降压整流滤波稳压输出由于输入的市用电压为220V远大于我们所需电压幅值必须把电压降低直接用一个变压器即可达到降压的目的减这种振荡幅度最简单的滤波方
24、法就是用电容利用电容的充放电特性输入的U1 U2电容C放电时放电未完又再次充电输入的U1 U2电容C就开始充电时充电未完又再次放电由此类推不断放电充电滤波后的电压为U2在到的正电压之间波动变化且波动幅度变缓使用大电容值的电容滤波此幅度波动更平缓且多次滤波使直流的纹波更小波后的电压U2输入三端稳压芯片LM7805便可将稳定输出电压5V在上图中的一个二极管D3是一个保护二极管它的作用是保护稳压芯片图 212 5伏电源设计图3系统软件设计31 系统总程序流程图升降旗系统的主要包括三个模块语音模块电机转动模块液晶显示模块所以程序的控制主要是控制三个模块的运转采用的主要思想由开关控制的各模块的开启与关闭
25、当K1开启电机正转和音乐的播放伴随着国旗的上升液晶屏的显示的高度增加当K2打开单片机控制电机的反转小旗的降落国歌停止播放而液晶显示屏的高度显示随着高度的下降而减少K3打开单片机控制的是小旗静止同时国歌停止播放显示高度保持不变由此通过开关的控制来完成了小旗的升降与停止功能系统工作总流程图如图31所示图31 系统总流程图根据系统总流程图用C语言编程所设计的原程序见附录D32 子程序流程图com 升降小旗运动子程序步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构当步进驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度及步进角可以通过控制脉冲个数来控制角位移量也可以通过控制脉冲频率来控
26、制电机转动的速度和加速度都可达到调速的目的也就是说给步进电机发一个控制脉冲它就转一步再发一个脉冲它会再转一步两个脉冲的间隔越短步进电机就转得越快调整单片机发出的脉冲频率就可以对步进电机进行调速 步进电机步数的确定本设计采用的28BYJ是一个减速比为164的四相八拍步进电机步距角为56250电机转动一周实际走步数设为N则N 3605625 64步 式41步进电机绕线轴周长C为156 cm旗杆的高度电机转动的总线长S为1670 cm国歌播放时间为升旗的总时长时间t为43S步进电机要走的实际步数为N1 SC32 升降旗子程序流程图根据升降旗子程序流程图利用C语言编程所设计的子程序见附录Dcom LC
27、D1602液晶实时显示子程序的设计一般初始化复位过程延时15mS写指令38H不检测忙信号延时5mS写指令38H不检测忙信号延时5mS写指令38H不检测忙信号以后每次写指令读写数据操作均需要检测忙信号写指令38H显示模式设置写指令08H显示关闭写指令01H显示清屏写指令06H显示光标移动设置写指令0CH显示开及光标设置图33 LCD1602子程序流程图根据LCD1602子程序流程图利用C语言编程所设计的子程序见附录Dcom放子程序的设计音乐功能主要是由定时器0的中断完成程序开始先对定时器0进行初始化然后定时器0中断完成音长的控制在完成特定音符的音长后读取下一个音符并且更新定时器0的初始设置值演奏
28、时要根据音符的不同把对应半周期的定时时间初始值送入定时器T0再由定时器T1按时输出高低电平用零作为结束的标志每读一个音符后判断其是否为零不为零则继续下一个读取否则结束读取关闭定时器T0定时器控制音乐程序流程图如图34所示 图34 音乐子程序流程图根据升降旗子程序流程图利用C语言编程所设计的子程序见附录D33软件的调试与编译此设计的软件调试是在Windows XP的运行环境下则采用的keil uvision3调试软件采用C 语言编程完成的keil uvision3软件调试过程简单功能强大有跟踪程序的执行设置断点和实时观察内存等基本功能另有配合仿真器使用的部分特殊功能使编程与调试更为简便首先先在电
29、脑上打开keil uvision3软件新建一个工程在Project中选择New Project会出现一个Create New Project的对话框keil uvision3新建工程界面图如图35所示选择保存的路径输入你要新建工程名单击确定这时出现一个各主要芯片的清单由于此次设计采用图35 keil uvision3新建工程界面图的是89C52的单片机所以选择Atmel的AT89C52单击确定因为采用的是C语言编程所以在对话框中选择是新工程就建好了其次在新建的工程中新建一个文件在File中选择New File会出现一个TEXT 1在File中选择save保存到刚才所建的新工程文件夹中后缀名c接
30、着在左栏中点开Target 1在Source Group 1加载刚才所建的文件右击Source Group 1选择Add File to Group Source Group 1找到刚才的文件单击确定然后加载程序进行编译将程序复制到文件中程序编译界面com钮进行编译调试调试结果在下显示如有错误点击错误就会在程序中提示出来徐改完后继续编译直到出现0 Error s 0 warning s 表明程序编译完毕图36 keil uvision3程序编译界面图34程序的下载 程序编译完成后要是单片机实现功能就必须把软件下载到单片机中才能达到控制的目的在界面的工具栏中选择按钮并点击会出现一个对话框在对话框
31、中output选中Create HEX FI单击确定HEX文件生成界面图如图37所示再编译一次HEX文件就生成了 图37 HEX文件生成界面图生成hex文件后打开STC_ISP_V479exe文件首先在运行程序中设置参数在MCU Type中选择STC89C52RC最高波特率设为115200最低波特率设定为1200在COM端口选择开发板与PC机连接的COM口如果不知道的话可以右击选择管理就会出现计算机管理界面图如图38所示在设备管理器中查到你的COM口选择该COM口其他参数基本保持不变这样参数就设置好了参数设定界面如图39所示图38计算机管理界面图图39 参数设定界面参数设定好后采用优转串口先将
32、郭天祥开发板与PC机连接起来在开发板上放置单片机芯片点击OpenFile打开文件找到生成的Hex文件然后点击下载待提示上电后给开发板上电随着指示灯的闪烁程序被下载到单片机中结束后关闭电源程序就下载好了4电路的与调试与结果分析41电路的调试在制作电路开始之前先做好准备工作将领到的元器件整理到一块查看元器件是否齐全不齐全的要补充完整待元器件完整后准备好要用的辅助仪器及工具方便取用具体的仪器工具见表41所示表41 辅助仪器工具表仪器工具数量稳压五伏电源1台万用表1台示波器1台直尺1把镊子1把剪刀1把电烙铁1个焊锡1m1mm面包板1块com最小系统的调试取出一块万用板和烙铁现在万用板上进行电路的布局设
33、计由于单片机是控制芯片所以将单片机布在正中位置其他各模块分别布在周围布局设好之后就是电路的焊接最简单也是最重要的是最小系统焊接将单片机最小系统的晶振电路和复位电路焊接在万用板上焊接时注意单片机的管脚以防接错焊接完成后取出万用表先测各个连线是否导通谨防产生虚焊然后将单片机接到5V电源上将万用表打到20v的电压档测试晶振管脚1819的电压值将其与正常值17V-19V的范围进行对比在范围内或范围附近则正常最终测试结果为189V表明正常com 声音模块调试 接通电源打开开关K1控制语音模块的单片机的20管脚接地端导通单片机开始工作开始三极管用的是9014他是一个普通的NPN型管集电极直接连接五伏电源发
34、射极经过一个1K限流电阻连接一个有源的蜂鸣器蜂鸣器开始工作发声但是由于有限流电阻的作用变小电阻为500欧还是不行减小到200欧时声音大小合适但是在播放完之后由于结尾是高电平且蜂鸣器有源会出现嘟的持续响声为了消除这种响声更换为扬声器但是扬声器的功率较大加了限流电阻功率又太小不加限流电阻电流又过大三极管发热太快容易损坏三极管为了解决这个问题三极管换用了大功率的TIP122达林顿管最终解决了这个难题com 电机绕线的调试处理 由于步进电机28BYJ的转轴的半径只有009cm电机转速又太小不能满足实验要求所以只有通过增加半径的方案来增加电机的线速度先在电机上加一个半径为037cm的木棒套在电机的转轴上
35、进行速度测试还是不行电机的力矩有限如果再换粗一点的木棒电机又带动不起来最后先用轻质的薄膜材料与木棒有较大的摩擦力且电极容易带动方案可行不断地增加薄膜的半径来控制线速度最终控制半径在248cm最终满足了设计的要求由于电机驱动模块是制作好的所以焊接部分就完成了焊接实物图如图41所示图51 焊接实物图焊接完成后电机与旗杆的固定用安装线将电机与旗杆固定在一块注意固定的高度要能用杜邦线与其连接将国旗尼龙线上通过旗杆上的挂钩挂在旗杆上制作就完成了42电路结果分析com降高度的结果分析 在只接驱动模块的情况下接通五伏电源设置要停止的高度将细线直接缠在电机的转轴上设置一个脉冲频率打开开关K1使电机工作在正转即
36、国旗上升的模式下用秒表控制在43秒时间国旗从参考零点上升测试国旗在指定时间停止时的实际高度与设置的高度相差多大测量三次上升高度测试结果如表42所示表42 上升高度测试结果表测试次数设置高度cm实际高度cm116701691216701645316701657关闭开关K1打开开关K2使电机工作在反转即国旗下降的模式同样用秒表控制在43秒的时间国旗从最高点167cm处下降测试国旗在指定时间停止时的实际停止点与参考零点的相差度测量三次下降高度测试结果如表43所示表43 下降高度测试结果表测试次数参考零点高度cm实际停止点cm1002420006300-14注实际停止点的-相对于参考零点而言在参考零点
37、以上为在参考零点以下为-分析与结果上升的最大误差是第二次测试误差值为25cm下降的最大误差是第一次测试误差值为24cm在误差范围内符合设计要求com 液晶显示高度结果分析 在单片机P0口接入液晶屏LCD1602在P2口接入电机接通电源打开开关K1使电机在单片机的控制下匀速上升液晶显示随着国旗的上升显示高度增加LCD液晶显示图如图42示达到最高点自动停止将国旗上升时的高度与显示的高度对比多次测量记录数据如下表44所示图42 LCD1602液晶显示图表44 显示高度测试表测量次数实际坐标cm显示坐标cm130029526006013900910412001207515001514分析与结论最大的误
38、差是14cm由于这是由于电机在转动过程中线圈缠扰时周长大小不定引起的在误差范围内显示结果满足设计要求结论此次采用单片机STC89C52设计了一个自动控制升降旗系统该系统实现了这几项功能 1 拨动上升键国旗匀速上升同时演奏国歌上升到最高点时自动停止国歌停止播放拨动下键后国旗匀速下降下降到最低端时自动停止 2 在升降旗过程中实时的检测升降高度且与实际高度最大不超过3cm 3 升降旗过程的时间都统一为43秒与国歌时间一致 4 能够实现降半旗的功能 5 能够对步进电机速度进行调节但是还存在需要改进的地方一方面开关太小不易拨动且没能形成远程无线控制另一方面电路也不太稳定干扰太大参考文献1 于永51单片机
39、C语言常用模块于综合系统设计实例精讲M北京电子工业出版社200888-942 卢洪武刘伟孙梅梅国旗自动控制升降系统的研制电子技术2007 1 17-213 张超谭静芳高秀美自动控制升降旗系统 现代电子技术 2007 11 115-1194 赵5 唐俊杰高秦生 微型计算机原理及应用M北京高等教育出版社19937 张毅刚单片机原理及应用M北京高等教育出版社2003M北京人民邮电出版社200420-90 11吴兴波刘长升荣志强基于MSP430F449升降器系统的设计J吉林化工学院学报2011315-1612王志水自动控制升降旗系统J 电脑知识与技术学术交流20071158-16013孙伟杨福刚基于M
40、C9S12DG128单片机的自动升降旗系统设计 TS Weerakoon and L Samaranayake Development of a Novel Drive Topology for a Five phase Stepper MotorMProceedings of 11th International Conference on Eletrical Machines and Systems 200815RJacobsonBJost ZGuzikReadout supervisor design specificationsM LHCb Note200816MAshtonetalS
41、tatus report on the RD12 projecttimeingtrigger and control system for LHC detectorsJ Time and technology2009 3 152-155附录A 英文文献原文Development of a Novel Drive Topology for a Five Phase Stepper MotorTS Weerakoon and L SamaranayakeDept of Electrical and Electronic Engineering Faculty of Engineering Univ
42、ersity of Peradeniya Sri Lanka In this paper a novel drive topology for a five phase stepper motor is described in detail Commercially off the shelf low cost standard stepper motor drive ICs are used to derive a novel drive topology for five phase stepper motors which enables closed loop speed and p
43、osition control powered by inner current control loop It is proved that the derived topology can be generalized to any stepper motor with higher odd number of phases The designed driver consists of full step half step clockwise and counter clockwise drive modes with the speed control and current con
44、trol key words Five-phase stepper motor the return drive speed control multi-modeI INTRODUCTIONIn most of the robotics and automation engineering designs various types of stepper motors are used to obtain the required motion profiles Stepper motors are preferred as they do not require frequent maint
45、enance and due to their ability to operate in many harsh environments Selection of the motors and their drive circuits depend on the required performance characteristics of the applications The two phase and four phase stepper motors are the most common types available in the marketHowever for appli
46、cations requiring high precision low noise and lower vibration Five Phase Stepper Motors are used Due to smaller step angle five phase stepper motors offer higher resolution lower vibration and higher accelerations and decelerations Therefore it is essential to make sure that these motor characteris
47、tics can be obtained from the designed drive topologyBecause the five phase stepper motors are a rarely used type in the robotic applications and the construction is typically complicated it is very difficult to find driver ICs which are manufactured exclusive for them As a result the available Driver circuits for five phase stepper m
