【正文】 自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 摘要本設(shè)計(jì)是利用德州儀器公司生產(chǎn)的功能強(qiáng)大的MSP系列單片MSP430F449單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)國旗升降的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要有控制電路、步進(jìn)電機(jī)、諾基亞5110顯示屏及其lcd顯示屏、語音模塊。該自動(dòng)升降旗系統(tǒng)利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過無線控制按鍵來控制旗幟的升、降。并且通過單面機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)換模塊來轉(zhuǎn)換控制步進(jìn)角，來實(shí)現(xiàn)國旗上升或下降的不同速度，可由BCD撥碼盤選取升旗模式，無線遙控升降旗及調(diào)速等功能。關(guān)鍵字：MSP430F44諾基亞51語言模塊、 在升旗模式下，顯示屏顯示升旗模式。按上升鍵后，國旗勻速上升，同時(shí)演奏國歌，上升到最高端自動(dòng)停止，國歌停奏。按下降鍵后，國旗勻速下降，下降到最低端自動(dòng)停止。升降旗的時(shí)間均是43s。 、可以避免誤動(dòng)作，國旗無論是在最高端按上升鍵，在最低端按下降鍵，還是在升降過程中按上生活下降鍵，都不起作用。避免了在升降旗過程中的誤操作。、 在升半旗模式下，顯示屏顯示升旗模式（半），同時(shí)一紅色發(fā)光二極管發(fā)光顯示。按上升鍵后，國旗勻速上升，同時(shí)演奏國歌。上升到最高端是國歌停奏，暫停3s，國旗自動(dòng)下降到2/3處停止。按下降鍵，國旗先由2/3處上升到最高端，再自動(dòng)從最高端下降到最低端后自動(dòng)停止。 、在高度升降模式下，可設(shè)定升高高度，按上升鍵升高到設(shè)定高度，按下降鍵可下降到最低端。、 在調(diào)速升降旗模式下，升降旗的升降時(shí)間在30120s內(nèi)可調(diào)，步進(jìn)一秒，勻速升降。 、在自由升降旗模式下，按住上升鍵國旗上升，按住下降鍵國旗下降，不按鍵是國旗停止。 、旗幟的高度和升降旗的模式可以在顯示屏上顯示。具有無線遙控升降旗功能。 、斷電保存功能，不論旗幟是在頂端還是在底端，關(guān)斷電源之后重新合上電源，旗幟所在的高度數(shù)據(jù)顯示不變。并且接通電源之后在原來的模式下繼續(xù)工作。 主控單元的比較與論證 方案一：采用MCS51系列單片機(jī)。經(jīng)典的MCS51單片機(jī)功能和速度有限；而高檔的MCS51系衍生產(chǎn)品價(jià)格昂貴、冗余資源較多、使用范圍較窄。 方案二： 采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編輯門列陣）作為系統(tǒng)控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，并且可利用EDA軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。FPGA采用并行工作方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，常用于大規(guī)模實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA的高速處理能力得不到充分發(fā)揮。 電機(jī)的比較與論證 方案一：直接采用直流電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但不能記錄運(yùn)行高度。 方案二：采用帶旋轉(zhuǎn)編碼器控制直流電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度可以得到保證。但其驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，在短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。 方案三：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種脈沖控制電機(jī)，它是一種能將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可廣泛用于無需反饋控制但要求有精確位置的場(chǎng)合。所以，綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，我們選用步進(jìn)電機(jī)。3．系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖31所示：圖31 電路總體設(shè)計(jì)圖4 系統(tǒng)硬件組成 MSP430F449小系統(tǒng)圖41MSPF449小系統(tǒng)圖此系統(tǒng)包括單片機(jī)的供電、復(fù)位系統(tǒng)、BCD撥碼盤系統(tǒng)、高度顯示以及升降旗模式顯示等。通過電源供電，單片機(jī)開始工作。按下復(fù)位電路開關(guān)，單片機(jī)復(fù)位，重新開始工作。通過調(diào)節(jié)BCD撥碼盤的數(shù)值，選擇升降旗模式，使單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在不同的工作模式下，同時(shí)點(diǎn)陣顯示屏顯示升降器模式。在升降旗系統(tǒng)工作過程中，段碼顯示屏同步顯示旗幟所在高度，精度可精確到一厘米以內(nèi)。 無線收發(fā)系統(tǒng)（2262272）圖42無線收發(fā)系統(tǒng)PT2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(shí)，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。（WTV020SD） 圖43語音模塊系統(tǒng)WTV020SD模塊是一款可重復(fù)擦寫語音內(nèi)容的大容量存儲(chǔ)類型的語音模塊，可外掛最大容量為1GB的SD卡存儲(chǔ)器。能加載WAV格式語音和AD4格式語音。 WTV020SD模塊以WTV020SD20S語音芯片為主控核心，具有MP3控制模式，按鍵一對(duì)一控制模式（3段語音跟5段語音兩種），上電循環(huán)播放控制模式以及二線串口控制模式。控制模式是在芯片制樣時(shí)設(shè)置的，在操作過程中亦能切換各種控制模式。 MP3控制模式：具有播放/停止，下一曲，上一曲，音量+，音量等功能。 按鍵一對(duì)一控制模式（3段語音）：一個(gè)挄鍵對(duì)應(yīng)觸發(fā)一個(gè)語音，具備播放3段語音及調(diào)節(jié)音量加減的功能，所有按鍵被默認(rèn)為脈沖亦可重復(fù)觸發(fā)。 按鍵一對(duì)一控制模式（5段語音）：具有三種控制方式，⑴、所有按鍵均為脈沖可重復(fù)觸發(fā)；⑵、所有按鍵均為播放/停止觸發(fā)（單曲亦循環(huán)）；⑶、所有按鍵均為播放/停止（單曲可循環(huán)）。 上電循環(huán)播放控制模式：上電后，亦需要觸發(fā)任何I/O口，直接播放SD卡存儲(chǔ)器內(nèi)的所有語音，并擁有斷電記憶點(diǎn)播放功能，當(dāng)斷電后再上電，從上次的斷電處繼續(xù)播放語音。具有兩種控制方式，⑴、P04擁有脈沖播放/暫停功能；⑵、P05擁有電平播放/暫停功能。 二線串口控制模式：由單片機(jī)通過CLK時(shí)鐘和DI數(shù)據(jù)線發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)WTV020SD模塊迚行控制?？呻S意播放任何一個(gè)地址的語音。此狀態(tài)下，能迚行語音組合播放。 語音內(nèi)容更新直接通過SD卡讀卡器在PC上更換。該模塊支持FAT文件系統(tǒng)。支持6KHz～32KHz、36KHz采樣率的AD4語音和6KHz～16KHz采樣率的WAV音頻，能識(shí)別語音采樣率以及語音文件格式。 電路解析：WTV020SD16P 跟WTV020SD20S 在PWM 輸出時(shí)，音頻信號(hào)選擇從SPK+、SPK端輸出到揚(yáng)聲器。關(guān)于音樂芯片控制：選擇按鍵一對(duì)一控制模式（3 段語音），脈沖觸發(fā)，由挄鍵對(duì)地產(chǎn)生信號(hào)對(duì)I/O 口進(jìn)行控制。I/O 口P0P0P0P0P07 分別為第一段語音、第二段語音、音量+、音量、第三段語音。在此系統(tǒng)中，單片機(jī)發(fā)出高電平通過繼電器的控制，使懸空的PO2拉低，并觸發(fā)第一段語音播放。 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖44 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖本作品采用二相四線步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)芯片L293D。本系統(tǒng)采用光電耦合器將步進(jìn)電機(jī)電源與單片機(jī)供電電源隔開，使其工作在兩個(gè)不同的供電系統(tǒng)中，從而保護(hù)了單片機(jī)，使其不會(huì)被步進(jìn)電機(jī)的高電壓損壞。步進(jìn)電機(jī)的輸出信號(hào)通過光電耦合器的隔離送給L293D并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)的選用計(jì)算方法： 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量 。 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。 本系統(tǒng)是通過程序控制輸出口產(chǎn)生數(shù)字脈沖，作為電脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的繞組的通電順序?yàn)锳BCD,反轉(zhuǎn)為DCBA,A、B、C、D。 E2PROM存儲(chǔ)系統(tǒng)及功能概述 圖 45CAT24WC01/02/04/08/16 是一個(gè)1K/2K/4K/8K/16K 位串行CMOS E2PROM 內(nèi)部含有128/256/512/1024/2048 個(gè)8 位字節(jié)CATALYST 公司的先進(jìn)CMOS 技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗CAT24WC01 有一個(gè)8 字節(jié)頁寫緩沖器CAT24WC02/04/08/16 有一個(gè)16 字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I2C 總線接口進(jìn)行操作有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。CAT24WC01/02/04/08/16 支持I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C 總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式通過器件地址輸入端A0 A1 和A2 可以實(shí)現(xiàn)將最多8 個(gè)24WC01 和24WC02 器件4 個(gè)242C04 器件,2 個(gè)24WC08 器件和1 個(gè)24WC16 器件連接到總線上。5 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)下圖為此升旗系統(tǒng)的程序流程圖： 圖51系統(tǒng)程序流程圖6系統(tǒng)測(cè)試程序 升降旗和升降半旗模式 測(cè)試要求制作180cm的旗桿，控制國旗升、降、停和半旗狀態(tài)，控制國旗在指定位置停及改變國旗的速度。觀察顯示及測(cè)量數(shù)據(jù)，反復(fù)調(diào)試。 測(cè)試數(shù)據(jù)圖表及簡單的分析指定位置測(cè)試數(shù)據(jù)表61設(shè)置值(cm)液晶顯示(cm)實(shí)際值(cm)誤差(cm)303050508080120120140140160160180180指定時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)表62設(shè)置時(shí)間(s)液晶顯示(s)測(cè)量時(shí)間(s)絕對(duì)誤差(s)3030505080801001001201207 結(jié)論與感悟經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們MSP430F449單片機(jī)使國旗基本上完成了題目所要求實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)：自動(dòng)控制升降旗，實(shí)現(xiàn)半旗狀態(tài)，可在指定位置停止。速度可調(diào)，實(shí)時(shí)顯示出時(shí)間和高度。本運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)存在以下幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：1 利用了MSP430F449的集成性，極大的簡化了外圍電路。2 增加了手動(dòng)調(diào)節(jié)高度的方法，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)到理想高度。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，我們碰到許多問題，使我們認(rèn)識(shí)到處理問題可以用多方法、多角度地處理。使我們不僅增強(qiáng)了實(shí)踐能力和協(xié)作精神，而且懂得了聯(lián)系實(shí)際的重要性，這對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作是不無裨益。當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)受到時(shí)間、地域和價(jià)格的限制，還有可以改進(jìn)的地方如驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等，希望能在將來設(shè)計(jì)中進(jìn)一步功能擴(kuò)充。在此懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 附錄1系統(tǒng)總體電路圖附錄2源程序代碼：include unsigned int m,h,n,k,s1,s2,c,w,cont,t,x1,x2,x3,x4,x5,j1,j2,chu,yu,time1,time2,del。 //m記錄所走的步數(shù)，h輸入的高度,n記錄p2的輸入值（遙控）,k記錄選擇方式，//s1升旗高度，s2升半旗高度，c為選擇升旗方式（P6輸入值撥碼盤）,w為半旗暫停時(shí)間,t為設(shè)定的時(shí)間值，x1時(shí)間設(shè)定時(shí)的過度數(shù)。define s1 180define s2 124define LCD_5110_DIR P3DIRdefine LCD_5110_OUT P3OUTdefine LCD_IN_USE 6void delay_6us(void) //1us延時(shí)函數(shù) { unsigned int i。 for(i=0。i1000。i++)。 }void delay_5us(void) //1us延時(shí)函數(shù) { unsigned int i。 for(i=0。i1400。i++)。 }void delay_nus(void) //1us延時(shí)函數(shù) { unsigned int i。 for(i=0。idel。i++)。 }const unsigned char font6x8[][6] ={ { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 }, // sp { 0x00, 0x00, 0x00, 0x2f, 0x00, 0x00 }, // ! { 0x00, 0x00, 0x07, 0x00, 0x07, 0x00 }, // { 0x00, 0x14, 0x7f, 0x14, 0x7f, 0x14 }, // { 0x00, 0x24, 0x2a, 0x7f, 0x2a, 0x12 },