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1、基于单片机自动控制升降旗系统设计目录设计任务2摘要4第1节系统方案论证与比较51.1设计思绪51. 2方案选择与论证5、电机欧1选择与论证5、电机驱动方案0选择与论证5、显示部分方案0选择与论证6、语音部分B方案选择与论证6第2节电路框图设计82. 1总体框图设计83. 2整体程序流程图9第3节系统的详细设计103.1 系统的硬件设计10、电机驱动模块10、键盘与显示模块11、I口12、无线遥控模块133.2 系统B软件设计15、各部分程序流程图15第4节测试措施与仪器174.1 测试设备174.2 测试措施17第5节测试数据及测试成果析20第6节结论22附录23参照文献25基于单片机自动控制
2、升降旗系统设计青咫设计任务设计一种自动控制升降旗系统，该系统可以自动控制升旗和降旗，升旗时.，在旗杆B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B机械模型如图所示。旗帜0升降由电动机驱动，该系统有两个控制按键，一种是上升键，一种是下降键。自动控制升降旗示意图（一）基本功能1 .按下上升按键后，国旗匀速上升，同步流畅地演奏国歌；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 .能在指定B位置上自动停止。3 .为防止误动作，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。4 .升降旗的时间均为
3、43秒钟，与国歌的演奏时间相等，同步，旗从旗杆的最下端上升到顶端。降旗不演奏国歌，同步，旗从旗杆的最上端下降究竟端。5 .数字即时显示旗帜所在B高度，以厘米为单位，误差不不小于2厘米。（二）扩展功能增设一种开关，由开关控制与否是半旗状态，该状态由一发光二极管显示。1 .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，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究竟之后自动停止，国歌停奏。2 .不管旗帜是在顶端还是在底端，关断电源之后重新合上电源，旗帜所在日勺高度数据显示不变。3 .规定升
4、降旗的速度可调整，旗杆高度不变B状况下，升降旗时间的调整范围是30120秒钟，步进1秒。此时国歌停奏。4 .具有无线遥控升、降旗及停止功能。摘要本系统采用单片机AT89S52作为自动控制升降旗系统的检测和控制关键，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B自动控制。该电路重要分为电机驱动控制模块、键盘与显示模块、语音模块及无线遥控电路模块等几种部分。电机驱动控制模块采用集成驱动芯片L298,控制与显示部分分别采用键盘作为控制和液晶RTI602C作为显示，语音电路采用语音芯片ISD2560,无线遥控部分采用SP多用途无线数据收发模块，同步还采用了靠近开关LMF2-3005NA,防止
5、旗帜在最高点或最低点误动作，从而实现了双重保险0作用。基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套完善的软件编程，实现了自动升降旗日勺基本功能及发挥部分的某些功能。关键字：步进电机自动控制语音遥控液晶显示靠近开关第1节系统方案论证与比较1.1 设计思绪题目规定设计一自动控制升降旗系统，该系统可以自动升降旗和自动升降半旗,可以在指定位置停止，升降旗的时间可在30120秒的范围内自行调整，原则时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无线遥控升、降旗及停止功能。根据题目规定由一种步进电机来控制旗帜0升降状况，由靠近开关来防止旗帜在最高点或最低点停止时出现0误动作，由
6、液晶来显示旗帜所在的高度及升降旗所用B时间，无线遥控电路使用无线发射接受模块SP,语音模块采用集成语音芯片ISD2560。1.2 方案选择与论证、电机的选择与论证方案一：采用一般的直流电机。一般直流电动机具有优良的J调速特性，调速平滑、以便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁B冲击负载，可实现频繁0无级迅速启动、制动和反转。方案二：采用步进电机。步进电机的一种明显特点是具有迅速的启停能力，假如负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就可以立虽然步进电机启动或反转。另一种明显特点是转换精度高，正转反转控制灵活。由于在本系统中需要精确B转换速度和转换时间且启停要迅速，因此在本设计中我们选择方案二、
7、电机驱动方案的选择与论证方案一：采用继电器对电动机0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。这个电路的长处是电路构造简朴，其缺陷是继电器B响应时间长，易损环，寿命短，可靠性不是很高。方案二：采用由达林顿管构成0H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B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朴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。方案三：采用集成驱动芯片L298。L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，运用该芯片是实现驱动步进电机的一种简朴措
8、施，可时控制四相电机，且输出电流可到达2A,可精确控制步距和速度，运用该措施设计B步进电机驱动系统具有硬件构造简朴、软件编程轻易的特点.因此综上所述我们采用方案三。、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到达规定。采用LEDB长处是亮度高，醒目，价格廉价，寿命长；缺陷是只能显示09B数字和某些简朴B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，其长处是能显示更多B字符，工作电流比LED小几种数量级，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
9、述考虑，因此我们选择方案二、语音部分方案的选择与论证方案一：采用语音芯片ISD1420。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EEPR0M,一种最小0录放系统仅由一种麦克风、一种喇叭、两个按扭、电源及少数电阻电容即可，构造非常简朴，且它的音质好、功耗低，但其录放音时间短，只有8到20秒。方案二：采用语音芯片ISD2560,它具有抗断电、音质好，使用以便，不必专用0开发系统等长处。录音时间为60s,能反复录放达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，
10、因此可以非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，防止了一般固体录音电路因量化和压缩导致的量化噪声和“金属声”，该器件时采样频率为8.OKHzo综上所述，由于在本系统国歌的JrJ演奏时间需要43秒钟，因此在此选用方案O2.1第2节电路框图设计总体框图设计根据设计规定，本系统可由图2-1-1所示的几种部分构成:LCD显示语音电路方向驱动电机电源电路图2-卜1总体电路框图根据设计规定，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企业BAT89S52,由于考虑到编写B繁简程度，因此在此使用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
11、-2T整体程序流程图第3节系统的详细设计3.1系统的硬件设计本系统由单片机AT89S52作为升降旗系统B控制关键，实现键盘控制、液晶显示、语音以及无线遥控等几种部分，即该系统重要包括电机驱动模块、键盘与显示模块、语音模块及无线遥控电路模块等几种部分。现分别对各模块进行分析。、电机驱动模块在本设计中采用集成驱动芯片L298作为电机驱动的关键，L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，可同步控制两个电机，且输出电流可到达2A,驱动力很强。由于在本设计中我们使用的是四相步进电机，因此L298完全符合规定。其电路原理图如图3-1-1所示。四相轴电机其步进电机B控制原理为：为了精确实现可调整日勺时间和高度控
12、制日勺匀速升降，需要精确计算在人眼不能识别B时间内B步进电机0脉冲数。在此我们选用步距角0.9度，则走一圈所需的步数为400步，由于用于固定绳子的轴时直径为2.5cm,则平均每步拉出的线长便可计算出来约为LR.0234cm,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：总步数二高度(high)/0.0234,在此，高度可调步长为ICnb时间可调时间间隔为1s。、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，高度及时间的调整，其键盘摸板如图3-1-2,显示部分采用液晶RT1602,由于在本设
13、计中只规定显示时间与高度，可以不用中文显示，因此RTl602已完全满足规定,其键盘与显示模块的电路原理图如图3-1-3所示。图3-1-3键盘与显示电路、语音模块由于本设计规定演奏国歌，其时间为43秒钟，因此选用日勺语音芯片其录放时间应不小于43秒钟，即在此选用语音芯片ISD2560,其录放时间为60秒，完全符合本设计的规定，我们把国歌音乐录制在ISD2560语音芯片中，然后用它B单次播放功能播放国歌，其电路原理图如图3-1-4所示。3图3-卜4语音模块的电路原理图ISD2560可以运用A0-A9这10条地址线实现分段录放音，可以分为600段，在本设计中我们没有用到分段录放音，因此将10条地址线
14、所有接地。当录音时，片选端CE接低电平、PD为低电平、P/R为低电平；当放音时，片选端CE接低电平、PD为低电平、P/R为高电平。其控制原理为：A、当升旗键按下时，ISD2560输出播音控制信号播放国歌,国旗经43sB时间匀速上升至旗杆顶端，国歌播放完毕；当降旗键按下时，不播放国歌。B、在半旗状态时，当升旗键按下时，对ISD2560输出播音控制信号播放国歌，国旗经43sB时间匀速从最低端上升到最顶端之后，国歌停奏，然后自动经14s的时间匀速下降到总高度的2/3高度处（120CnI）停止；当降旗键按下时，不播放国歌。、无线遥控模块在本设计中采用SP多用途无线数据收发模块，SP模块必须用信号调制才
15、能正常工作，常见的固定编码解码器件有PT2262/2272、SC2262/2272、LSD2262/2272等，在此我们选用的是LSD2262和LSD2272,LSD2262将A0A5和A6D5A11DO决定aJ地址和数据进行编码，当TE为低电平时，从DOUT输出编码信号，编码信号提供应RF或IR电路发射，由RF或IR接受电路接受后，经LSD2272解码，实现遥控编码和解码。理论上只要直接连接上固定编码解码器件即可非常轻易B到达很好B传播效果，但实际上需要考虑解码器件日勺输入阻抗，调制起来有点困难。其发射模块的电路原理图如图3-1-5所示，接受模块的电路原理图如图3-1-6所示。SP多用途无线
16、数据发射模块的!工作频率为315M,米用声表谐振器SAw稳频，频率稳定度极高仅次于晶体，当环境温度在一25+85度之间变化时，频漂仅为3ppm度。尤其适合多发一收无线遥控及数据传播系统。具有较宽的工作电压范围312V,当电压变化时发射频率基本不变。1234569PT2272811J418 VCZ17 16-TsTT-RXD13-VCC发射模块电路原理图COH4图3-1-6SP接受模块的工作电压为5伏,静态电流4毫安，它为超再生接受电路，接受敏捷度为一I05dbm03. 2系统的软件设计整个系统的!重要任务是执行升降旗、半旗、时间调整、高度调整四种运动，这样系统软件设计就可以分块完毕。主程序部分
17、，重要是查键盘，通过查键，检测应当做什么运动，键值不一样调用不一样的子程序。子程序包括上、下运动、半旗运动、时间调整和高度调整等。下面就按照各模块的功能写出程序流程图如下所示。、各部分程序流程图各程序流程图分别为如下所示:按键处理图3-2-1主程序流程图半旅升旗步进电机正转 国歌响 国旅上升到顶国旗下降到底国歌响国旗上升到顶 国歌停响下降到三分 之二处国旗从三分之二处上 升到顶端，然后下降 到底返回返回图3-2-2升旗处理子程序流程图图3-2-2升旗处理子程序流程图第4节测试措施与仪器4.1 测试设备1、DT890D数字万用表2、TDSlOo2存储式数字示波器3、MPS3003L3双路跟踪稳压
18、稳流电源4、仿真器：伟福(WAVE)E6000L5、EDA设计软件：PR0TEL99SE6、秒表一块4.2 测试措施1、将一定滑轮固定在高为不小于180Cm的支架上，将一根绳子穿过定滑轮，挂在滑轮上，其一端放100克左右日勺旗帜，另一端绕在步进电机的定轴上，并将步进电机放在支架的底端。2、一切准备工作都做好后，将180CnI的距离调整好，再接通电源，进行调试。3、对升降旗部分进行调试（按原则规定），将旗帜放到OCnl处（即参照点处），按下升旗键，看国歌与否能响起，旗帜与否能在43秒中抵达180Cnl处并停止；按下降旗键，看国歌与否不会响起，旗帜与否能在43秒中降到OCm处并停止。4、对半旗部分
19、进行调试，按下半旗键，再按下升旗键看国歌与否能响起，旗帜与否能在43秒中抵达180Cln处（此时国歌与否停奏），再自动降到120Cm处并停止；按下降旗键，看国歌与否不会响起，旗帜与否会从120Cm处上升到180Cm处，再自动降到Oem处并停止。5、对时间可调部分进行调试，在30120秒钟内调整几种时间，看旗帜能否能在此时间顺利日勺升降旗。6、对高度可调部分进行调试，在0180CnI内调整几种高度，看旗帜能否在指定的高度立即停止。第5节测试数据及测试成果分析由于在读数时，人眼不可一、升旗时间和位置测试一、检测升旗运动时，是不是匀速运动，其实际位置和理论位置与否对应,升旗43s抵达180CnI的位
20、置和时间与否精确。其记录数据如表5-1所示。表5-1升旗时间和位置测试数据登记表（位置以Cln为单位，时间以S为单位）实际位置180180180180180180所测位置实际时间434343434343实测时间二、降旗时间和位置测试检测降旗运动时，是不是匀速运动，其实际位置和理论位置与否对应，降旗43s抵达OCnI的位置和时间与否精确。其记录数据如表5-2所示。表5-2降旗时间和位置测试数据登记表（位置以Cm为单位，时间以S为单位）实际位置000000所测位置实际时间434343434343实测时间三、高度调整测试设定不一样B高度，检测所抵达位置与否精确，时间与否是在按比例（即以43s通过18
21、0Cm的比例计算）所算得的时间抵达。（以升旗为例）如表5-3所示表5-3高度调整数据登记表（位置以CIn为单位，时间以S为单位）实际位置3060100150170179所测位置理论时间7.1614.33323.8935.83340.61142.761实测时间四、时间调整测试设定不一样B时间，检测抵达顶点位置（以180Cm为准）B时间与否精确。（以升旗为例），其测试数据如表5-4所示。表5-4时间调整数据登记表（位置以Cm为单位，时间以S为单位）实际时间30506080100120实测时间实际位置180180180180180180实测位置五、半旗的时间和位置测试检测半旗运动时，是不是匀速运动，
22、其实际位置和理论位置与否对应，实际所需时间和理论时间与否对应。其记录数据如表5-5所示。表5-5时间调整数据登记表(位置以CIn为单位，时间以S为单位)实际位置120120120120120120实测位置理论时间57.3357.3357.3357.3357.3357.33实测时间上述B各项运动测试中，都存在着一定的误差，目前我们就从如下几种方面对误差产生B原因进行分析：(1)固定绳子的轴0直径为2.5Cnb理论上固定绳子B轴B直径为2.5cm,但实际上由于线一圈一圈B绕上去，其实际用于计算的直径就会有一定的变化，不可防止地为背面地计算带来误差。(2)机械制作工艺上的其他部分除了上述分析的原因外
23、，尚有诸如电机安装时的位置不合理，电机绕线时的斜绕B问题，叠绕B问题等，都会引起最终物体运动定位精度不够的成果。(3)人为引起的误差能很精确的读出所量得日勺距离，以及用秒表测试时，不能很精确的与电机日勺起停时间同步。第6节结论本系统的特色：本设计在硬件上，使用了步进电机控制和运用靠近开关实现停止B双重保险，在软件上，运用C语言的简朴精练特点，实现起来愈加简朴，现将题目规定指标及系统实际性能列表如下：基本规定发挥规定实际性能升旗时，匀速上升同时演奏国歌，抵达顶端时能自动停止。降旗时，不演奏国歌，抵达低端时自动停止。当时间设定为43S、高度设定为180Cm时，国旗匀速上升并且演奏国歌。当时间、高度
24、设定为其他值时，国旗只匀速上升而不演奏国歌。降旗时，国旗匀速下降并不演奏国歌。能在指定的位置上自动停止通过高度上、下调整键来实现高度的调整，调整在哪一种高度就在此处停止。为防止误动作，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。国旗抵达最顶端时，按“升旗”键不起作用，国旗抵达最低端时，按“降旗”键不起作用。数字即时显示旗帜所在0高度通过RTl602C来显示设置0高度、此时0高度以及设置0时间、此时运行0时间。由开关控制与否是半旗状态，该状态由一发光二极管显示通过一种按键来实现半旗与非半旗之间0切换，半旗时，在液晶0右下角显示号。升半旗时，国旗先升到最顶端（同步奏国歌），
25、再自动下降到总高度的2/3处。降半旗时，国旗先升到顶端，再自动下降到最低端。规定升降旗的速度可调整，旗杆高度不变的状况下，升降旗时间的调整范围是30120秒钟，步进1秒。此时国歌停奏通过调整时间上、下调整键来实现时间在30120秒的调整，步进为1秒。当时间不等于43S时，不奏国歌。具有无线遥控升、降旗及停止功能通过无限发射接受模块来实现升旗、降旗、半旗及停止。但效果不是很好。在旗杆0最顶端与最低端安装了靠近开关，防止电机失控。附录:材料清单:名称规格数量液晶RT1602C1芯片AT89S521-H-LL.心片CD40601芯片24C021芯片LSD22621芯片LSD22721-W-LLb心片
26、ISD25601稳压块L7805CV1无线发射接受模块SP1喇叭8欧1话筒驻极体1靠近开关LMF2-3005NA2晶振12M1晶振32.768K1按键大8按键小6拨位开关1接插件IOP2接插件5P4接插件4P5接插件3P3接插件2P12排针2排线2二极管IN54088发光二极管蓝色6电阻1/2W2电阻IOM1电阻2.2M1电阻470K1电阻390K1电阻IOK8电阻5.IK3电阻2K2电阻300欧6电容30P4电容10410电容0.22UF1电容IOUF2电容22UF4电容4.7UF1电容220UF1电容470UF1底座40P1底座28P1底座18P2底座16P1底座8P1致谢感谢电子系全体教
27、师对我的指导，尤其是我的指导老师，这段时间以来，本人得到了老师的J悉心指导和培养。他为本人在学习措施、工作措施、写作思绪等方面予以了许多的协助。他求实创新的工作作风深深的J影响了我。在指导我日勺论文写作的同步尤其关怀我的学习与生活。可以说没有老师的细心指导，我也没有措施完毕这篇论文！在此表达最诚挚的感谢！在此，本人对他们表达崇高的敬意和诚挚的感谢！参照文献：1全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2023).北京：理工大学出版社.2023年2张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社.2023年3吴金戌.8051单片机实践与应用.北京：清华大学出版社.2023年4张立科.单片机经典模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社.2023年5李光飞.单片机C程序设计实例指导.北京：北京航空航天大学出版社.2023年6侯振鹏.嵌入式C语言程序设计.北京：人民邮电出版社.2006年7戴佳.51单片机C语言应用程序设计.北京：电子工业出版社.2023年8余永权.单片机在控制系统中的应用.北京：电子工业出版社.2023年9王松武.电子创新设计与实践.北京：国防工业出版社.2023年10李银华.电子线路设计指导.北京：北京航空航天大学出版社.2023年
