自动控制升降旗系统的设计论文(编辑修改稿)

自动控制升降旗系统的设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

1B 21 OUT1B 粉 2A 2 OUT2A 橙 2B 5 OUT2B每通道的输出电流可以有 4 种状态，这为步进电机提供了多种控制方式，可实 现“ 整步（FullStep）” 、“ 半步（HalfStep）” 、“优化半步（Modified HalfStep）”等工作模式。 ：图 步进电机不同控制模式的时序图本次毕业设计采用“整步（FullStep）”工作方式。 实现本系统的控制，关键在于将国旗升降高度与控制电机的转向及回转角度对应起来，二者紧密配合，最终实现对国旗升降的运动控制。 控制电机的转向就可以控制国旗上升和下降，为了准确实现可变的时间和高度控制的匀速升降，需要精确计算在一定人眼不能识别的时间内的步进电机的脉冲数。 步进电机我们选用“整步”工作方式，㎝，完全符合精度的要求。 高度可调步长为1㎝，可调时间间隔为1s。 在程序设计中，我们运用时间精度很高的SPGT62C19B产生4KHz的中断脉冲送给单片机的外部中断IRQ4。 在整个上升或下降过程中，高度（high）为总高度，可通过公式：步进电机要转动的总步数： 总步数=高度（high）/；分次转动的次数为： 次数=总时间（time）*32；每（1/32s）走的步数： 步数=总步数/次数；除后余数的步数为： 余步数=总步数%次数。 这样步进电机在转动时需要没1/32s走一次，系统不可避免地会出现余数的现象，这里我们采用插补补偿的方法来解决这个问题。 处理思路为：我们分两种情况考虑，当余步数为0时，每次按计算的步数运转一定的次数就能满足要求；当余步数不为0时，先在循环程序中分余步数次运转步数的基础上再加一次，然后再按正常的步数转动。 开始运动时打开外部中断，结束后等待中断到来再进入下一次循环。 上升和下降的原理类似。 在步进电机运动的过程中，实时显示运动时间和所在位置，并不断保护现场数据，存放于SPGT62C19B中。 国旗运动的控制：在主程序中，系统的按键共有3个，其中上升键、下降键为优先扫描键，开始键则为高级中断键。 1)“上升键”按下时，对SPCE061A输出播音控制信号播放国歌，国旗经43s的时间匀速上升至旗杆顶端，国歌播放完毕。 此时程序只扫描下降键，下降键按下有效时，国旗经43s的时间匀速下降至地端。 2)“下降键”按下时，此时程序只扫描下降键，下降键按下有效时，国旗经43s的时间匀速下降至地端。 3)“开始键”何条件下都有效，当按下时，系统会恢复原始状态。 此键主要用于程序跑飞的情况下。 上述的按键，不同的优先级是它们具有不同的使能有效时段，这样在操作过程中不会因为误操作而产生影响。 掉电现场的保护主要包括两个方面：一是断掉电后国旗位置不变，二是断掉电之后重新合上电源，旗帜所在的高度数据显示不变。 前者的保护措施是通过使用电磁阀紧急滞动来实现，为了保障断电后再次加电时，国旗所在的高度和数据显示不变。 在每次中断数据改变时，把国旗所在的精确位置和状态写在SPGT62C19B芯片中。 在下次上电时，首先读SPGT62C19B芯片的数据，检查国旗所在的位置。 细分状态如下：1)如果在0cm位置，不做处理。 2)如果在86cm位置，此时为升旗状态上升的最高点，查询下降键，等待下降键按下。 当下降键按下时，国旗经过43s的时间匀速下降至0cm最低端处。 3)当下降键按下时，国旗从最高点86cm，后经过43s的时间下降至0cm最低端处。 这整个过程中，所存的位置数据一定要精确，确保不出现误差积累现象。 用SPGT62C19B模组提供的 4位共阴极 LED 数码管做显示器，数码管采用 ULN2003A 为其提供驱动电流ULN2003A 是 7路达林顿三极管阵列，这里用到了其中的 4路，分别连接到数码管的 4个位选脚 G1~G4。 G1~： 数码管设置列表G1G2G3 G4 时间十位时间个位高度十位高度个位1) GG2数码管分别显示在某一种运行状态下，运动的时间，上升和下降时间不累计。 时间以s为单位，当高位为零时自动消隐。 2) GG4数码管显示此时国旗所在高度，以cm为单位。 当高位为“0”时，只显示中间的行线，不消隐。 数码管显示接口包括 “段控制” 接口和“位控制” 接口。 它们在模组中被标示为 “J1” 和“J2”。 可以用 10PIN 排线将模组的 J1与 61 板的 IOA 低 8 位（即 61 板的 J8）相连，模组的 J2 与 61 板的 IOA 高 8 位（即 61 板的 J9） 相连。 连接时要注意模组接口标示为“VDD”的脚应与 61 板接口标示为“+”的脚相对应，不能接反。 用凌阳SPCE061A板的三位按键，作为键盘输入寄存器，并入串出接口芯片串行接入到单片机。 ： 按键操作说明表1号2号3号开始键上升键下降键当按下KEY1开始键时位置显示为0，则不处理可以按键；当位置显示86cm，表示上次断电时国旗在顶端，此时升旗无效；必须先按下下降键把国旗降下，才能进行其它功能操作；按下下降键，国旗降至底端，才能进行其它功能操作；开机后，国旗自动下降至底端，开始进行其它功能操作。 1)升旗国旗在非运动状态下的最底端时，按下KEY2上升按键后，国歌起，国旗缓缓上升， GG2两位数码管显示工作时间，GG4两位数码管显示国旗所在位置，43s后到达顶点，国歌停，国旗停止，运动时间显示43s，位置显示86cm，键号只显示中间的横线。 此时除下降键以外的其它键都不工作，等待下降键按下。 2)降旗当KEY3下降键按下时，运动时间显示0s，国旗开始匀速下降，43s后到达低端，下降时国歌不播放。 第4章 自动控制升降旗系统的软件设计整个系统的主要任务是执行升旗、降旗、国歌播放、计时，计算高度并显示国旗实时运行时间及所在高度等功能，这样系统软件设计就可以分块完成。 系统上电后进行初始化，上升键按下时，电机正转，装载国歌语音模型，定时计数器TimerA开始计数，计数器每加1s，国旗高度计算一次，高度加2cm，时间高度数据送入显示子程序，LED显示子程序开始扫描数据并显示，上升到最高处86cm处，电机停转，国歌停奏，按下下降键时，电机反转到最低位置0cm处停止，并实时显示国旗运行时间及所在高度。 ： 系统主流程图该子程序的主要功能是实现国旗运行的计时，寄存器IRQ5入栈读入数据，判断是否为2KHZ中断，是则对升降国旗的时间进行计时，同时可作为国歌播放时间，使用定时计数器TimerA进行计数，计数到43s时电机停转，中断返回到主程序。 ： 计时子程序流程图该子程序的主要功能是实现国旗时间及高度的显示，由于LED显示为段码的显示，所以处理后的十进制数要首先取段码，然后送显示单元。 在发生中断和等待中断时，都对显示子程序进行了调用，完成了实时显示的要求。 本设计的显缓单元为Ox702d存储单元Ox0040，采用四位LED显示，先把要显示的数据存入对应的显缓单元，然后查表取段码，将段码经IOB1~IOB4口送给LED显示，四位位选码由IOB5~IOB8控制。 ： 显示子程序流程图该语音子程序要求演奏国歌，其时间为43秒钟，所以选用的语音芯片其录放时间应大于43秒钟，即在此选用语音芯片spy0300，其录放时间为60秒，完全符合本设计的要求，我们把国歌音乐装载在spy0300语音芯片中，然后初始化语音子程序，获取国歌语音数据，在运行环境下初始化SACM_S480类型语音模式，就绪后播放国歌，解码并填充队列将国歌的语音数据加载到SACM_S480播放文件中，否则没有数据。 等待国歌播放完毕中断返回主程序。 ： 语音子程序流程图第5章 系统调试与结果分析整个系统搭接完毕，首先对硬件进行检查联线有无错误，再逐步对各模块进行硬件调试。 由于本设计采用的是整体的61板及电机模组，因此，在硬件调试部分只要将61板自检程序及电机模组自检程序下载到各自的核心芯片中，运行后61板可以进行国歌播放，电机模组的电机可以正反转，LED可以显示时间高度就证明硬件调试成功。 首先写入电机控制小程序，控制其正反转，停机均正常。 根据高度加入步长脉冲调试，其控制升、降旗以及与语音子程序同步均符合要求。 加入按键和显示时间、高度子程序，均正常工作，通过编码，可实现升降旗与停止功能。 音乐播放程序调试过程:1) 在网络上找到播放一遍的国歌，再用凌阳公司提供的Compress 2) 新建一个工程 ex3_S480_Auto，在工程里新建 文件和 文件。 3) 拷贝头文件：把 和 两个文件拷贝到 ex3_S480_Auto 工程文件夹。 4) 拷贝支持文件：把 、 两个头文件和 汇编语言文件拷贝到 ex3_S480_Auto 工程文件夹。 5) 拷贝库文件：把 sacmv26e 语音库文件（文件名为：）拷贝到ex3_S480_Auto 工程文件夹。 6) 拷贝资源文件：可以在 IDE 的安装路径 \SPCE061A\VoiceExa\ex3_S480_Auto\Voice ,把这个语音资源文件拷贝到 ex3_S480_Auto 工程文件夹。 7) 从工程文件夹当中，添加刚刚拷贝的音乐资源文件到 ex3_S480_Auto 工程。 8) 包含 库到 ex3_S480_Auto 工程中。 9) 添加。 10) ，。 11) 按照程序流程图编写程序。 12) Rebuild All，出现没有定义 T_SACM_S480_SpeechTable 的错误。 13) 在 文件中定义语音资源表和语音播放顺序。 14) Rebuild All，如果没有其他错误，下载程序到实验箱。 把 J8 中（DAC1）的跳线设置为靠近DAC1 字样的两个引针短接。 运行程序，根据实验箱播放的音乐判断是否符合实验要求。 电机模组软件调试过程与上述过程类似，因此不再赘述。 系统综合调试：上电后，对系统复位，然后设置状态，在运行过程中发现存在有一定的误差，经过反复调试，发现误差出现的原因是由于步进电机转轴、滑轮直径以及转角都存在着一定误差，使实际值与理论值之间总会有些误差，经过反复调试，最后增加了实际脉冲数，结果问题解决，实现理想功能。 本次设计任务对软件编写调试的能力要求相对较高，程序调节是否顺利决定了实习进度。 由于初次接触61的编程，所以在实习初期我们主要是学习和认知61的板以及61编程的基本知识，这是个学习深入的过程。 在对编程基础知识了解后，基于对题目要求的理解和思考，我们确定实现方案。 可以通过简单的I/O操作实现国旗的升降、语音播放功能；配合SPCE061A的语音特色，利用系统的语音播放和语音资源，实现国歌播放的功能。 这个方案的确定是在查阅了，61资料“步进电机控制实验”的实现程序后得到的思路。 基于对现有程序框架的理解。 当然，程序的调试是不可能一两次就能成功的。 这其中遇到的问题有很多，其中就有硬件的问题以及对61编程的知识的理解的不够而出现的调试困难。 根据设计题目要求，下面两项测试是必须要完成的内容，从测试的结果看，都达到了题目的基本要求和发挥要求，旗帜运动的参数都在要求范围内，而且所有的运动均在规定的时间内完成。 各项的测试情况如下：升旗时间和位置测试以测试国旗上升的运动时间和所到达位置为例，检测运动是不是匀速运动，实际位置和理论位置是否对应，升旗43s到达86cm的位置和时间是否精确，： 升旗时间和位置测试理论位置（cm）实际位置（cm）误差值（cm）理论时间（s）实际时间（s）误差值（s）降旗时间和位置测试以测试国旗下降的运动时间和所到达位置为例，检测运动是不是匀速运动，实际位置和理论位置是否对应，降旗43s到达0cm的位置和时间是否精确，： 降旗时间和位置测试理论位置（cm）实际位置（cm）误差值（cm）理论时间（s）实际时间（s）误差值（s）误差分析上述的各项运动测试中，尽管都在规定的允许误差范围内，但还是存在着一定的误差，可以从以下几个方面对误差产生的原因进行分析：1) 滑轮的半径理论上滑轮的直径＝，机械加工上精度有限不能达到理想要求，不可避免地为后面地计算带来误差。 2) 软件计算中的误差在让单片机进行的计算中，尤其是在软件计算处理中，对于将行进距离折算到步进电机的步进脉冲数时，都会在计算的。