自动控制升降旗系统设计—毕业设计论文

自动控制升降旗系统设计—毕业设计论文内容摘要：

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 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 54 页 的。 语音模块的 设计如图 示。 X T A L 21 8X T A L 11 9A L E3 0E A3 1P S E N2 9R S T9P 0 . 0 / A D 03 9P 0 . 1 / A D 13 8P 0 . 2 / A D 23 7P 0 . 3 / A D 33 6P 0 . 4 / A D 43 5P 0 . 5 / A D 53 4P 0 . 6 / A D 63 3P 0 . 7 / A D 73 2P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D1 0P 3 . 1 / T X D1 1P 3 . 2 / I N T 01 2P 3 . 3 / I N T 11 3P 3 . 4 / T 01 4P 3 . 7 / R D1 7P 3 . 6 / W R1 6P 3 . 5 / T 11 5P 2 . 7 / A 1 52 8P 2 . 0 / A 82 1P 2 . 1 / A 92 2P 2 . 2 / A 1 02 3P 2 . 3 / A 1 12 4P 2 . 4 / A 1 22 5P 2 . 5 / A 1 32 6P 2 . 6 / A 1 42 7U 1A T 8 9 C 5 2X T A L 21 8X T A L 11 9A L E3 0E A3 1P S E N2 9R S T9P 0 . 0 / A D 03 9P 0 . 1 / A D 13 8P 0 . 2 / A D 23 7P 0 . 3 / A D 33 6P 0 . 4 / A D 43 5P 0 . 5 / A D 53 4P 0 . 6 / A D 63 3P 0 . 7 / A D 73 2P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D1 0P 3 . 1 / T X D1 1P 3 . 2 / I N T 01 2P 3 . 3 / I N T 11 3P 3 . 4 / T 01 4P 3 . 7 / R D1 7P 3 . 6 / W R1 6P 3 . 5 / T 11 5P 2 . 7 / A 1 52 8P 2 . 0 / A 82 1P 2 . 1 / A 92 2P 2 . 2 / A 1 02 3P 2 . 3 / A 1 12 4P 2 . 4 / A 1 22 5P 2 . 5 / A 1 32 6P 2 . 6 / A 1 42 7U 2A T 8 9 C 5 2Q 1N P NK 2L S 1S P E A K E R 图 语音模块的设计 图 为了实现实时检测国旗的升降情况，此设计采用 LCD1602 液晶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 液晶屏的外观图如图 所示 .LCD1602 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。 陕西理工学院毕业设计 第 18 页 共 54 页 1 6 0 2 液 晶 显 示123 4 5 6 7 8 9 1 0 1 11 21 3 1 4 1 5 1 6P1.2P1.1P1.0P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.75 VR4 1k 图 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 flagRamp。 L”，表明显示的是国旗的升降高度；第二行显示“ H： ***cm”，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 所示。 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 所示 ,PT2272 解码芯片的管脚图如图 所示。 陕西理工学院毕业设计 第 19 页 共 54 页 P T 2 2 6 2 1239876541 71 61 51 41 31 21 11 01 8A 0A 1A 8A 7A 6A 5A 4A 2G N DV c cD o u tO S C 1O S C 2T ED 0D 1D 2D 3 PT2272 1239876541 71 61 51 41 31 21 11 01 8A 0A 1A 8A 7A 6A 5A 4A 2G N DV c cV TO S C 1O S C 2D IND 0D 1D 2D 3 图 PT2262 编码芯片管脚图 图 PT2272 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 所示。 接收模块利用天线接收信号，然后经过放大、滤波、 PT2272 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 所示 . 陕西理工学院毕业设计 第 20 页 共 54 页 图 发射模块电路图 图 接收模块电路图 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 所示 . 陕西理工学院毕业设计 第 21 页 共 54 页 起 始 点 最 高 点1 . 6 7 m挂 钩电 动 机国 旗 图 旗杆设计图 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 .降压后，电压为交流电压，而最终得到的是直流五伏电源，所以必须利用整流桥进行整流形成直流。 而此时的直流并非稳定的直流，它是一个周期性的震荡曲线。 要 减 弱 这种振荡幅度，最简单的滤波方法就是用电容，利用电容的充放电特性。 输入的 U1U2，电容 C 放电， 此 时，放电未完又再次充电，输入 陕西理工学院毕业设计 第 22 页 共 54 页 的 U1U2，电容 C 就开始充电， 同 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。 5 伏电源设计图如图 所示。 T F 12 2 0 vD 1C11 0 0 0 u FC 20 . 3 3 u F1 32VI NG N DVO U TU 17 8 L 0 5C 50 . 1 u FC 64 7 0 u FR 11 K 1D 1 图 5 伏电源设计图 陕西理工学院毕业设计 第 23 页 共 54 页 3 系统软件设计 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：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， 陕西理工学院毕业设计 第 24 页 共 54 页 系统工作总流程图 如 图 所 示。 开 始按 键 判 断暂 停 处 理电 机 正 转音 乐 启 动显 示 高 度 增 加是 否 达 到最 高 点是 否 达 到最 低 点电 机 反 转音 乐 不 启 动显 示 高 度 减 少结 束K 3 导 通K 1 导 通 ， K 2 不 导 通 K 1 不 导 通 ， K 2 导 通YYNN 图 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 D. 子程序流程图 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。 陕西理工学院毕业设计 第 25 页 共 54 页 首先，我们 需要对步进电机的相关参数进行设定。 要想使步进电机按一定的速度精确地到达指定位置（角度或位移），步进电机的步数 N 和延时时间 DALAYA 是两个重要的参数。 前者用来控制步进电机的精度，后者用来控制其步进的速率。 下 步进电机步数的确定 本设计采用的 28BYJ 是一个减速比为 1:64 的四相八拍步进电机，步距角φ为 ，电机转动一周实际“走”步数设为 N，则 N=360/=64 步 式 步进电机 绕线轴周长 C 为 cm。 旗杆的高度（电机转动的总线长）S 为 cm，国歌播放时间为。