自動控制升降旗技术报告.doc

摘 要 该简易国旗升降装置以STC89C52RC单片片机为核心，由42-BYG2100-48 步进电机作为动力驱动实现国旗的自动升降。该装置具备控制精度高，易于控制，使用方便等优点。该装置由CPU 模块、步进电机驱动模块、语音模块、液晶显示模块、数据保存模块和键盘控制模块组成。CPU 模块为主控模块，步进电机驱动模块主控芯片采用东芝公司的TB6560AHQ 芯片，实现对步进电机的驱动达到升降国旗的功能，语音模块用于在升国旗的同时播放国歌，液晶显示模块采用1602 液晶，用于及时显示国旗所在的高度和感性的显示电机转速，数据保存模块由E2PROM 器件AT24C02 构成，通过I2C 通信协议实现断电国旗的高度保存功能，键盘模块用于用户对本装置的控制。 设计要求 设计并制作一个自动控制的升降旗装置，该系统能够自动控制升旗和降旗，升旗时，在旗杆的最高端自动停止；降旗时，在最低端自动停止。 基本部分 1．按下上升按键后，旗帜匀速上升，同时流畅地播放歌曲，上升到最高端时自动停止上升，歌曲停奏；按下下降按键后，旗帜匀速下降，降旗的时间不放歌曲，下降到最低端时自动停止； 2．旗帜在最高端,上升按键不起作用；在最低端时，下降按键不起作用； 3．升降旗的时间均为43 秒，与国歌的演奏时间相等； 4．即时显示旗帜所在的高度，以cm 为单位，误差不大于2cm。 扩展部分： 1． 重新合上电源后，所显示的旗帜高度数据不变； 2． 要求升降旗的速度可调整，调整范围是5.375-21.5秒钟（除43 秒外，其他时间可与国歌不同步）； 3． 在最高升降速度下（以自选的电机参数定），能在指定的位置上自动停止，定位误差≤±2cm1 。 1 方案论证与对比 1.1 方案一 主控芯片采用STC89C52 单片机，驱动马达采用直流电机。由于直流电机需采用PWM 脉宽调制实现对其调速，PWM 脉宽调制电机速度很难精确的计算，所以高度控制误差就大。因此需采用测速发电机进行测速，然后经过模数转换实现数据的采集再送CPU 通过相应的算法实现高度控制。此方案控制精度低，且PWM 脉宽调制时不能保证转矩的稳定。 系统原理框图如图1 所示： 1.2 方案二 主控芯片采用STC89C52 单片机，驱动马达采用步进电机驱动，步进电机控制较复杂，但控制精度高，误差小，步进电机又称脉冲电机，能把脉冲信号转换成输出轴的转角或转速，无需用测速发电机对其测速就能准确的控制其进给距离。此方案控制精度高、误差小。系统原理框图如图2 所示。 1.3 方案对比与选择 以上两个方案都是可行的，都能实现对国旗的自动升降控制。两者的最大区别就在于方案二采用步进电机控制，控制精度要远远大于方案一用直流电机控制的精度，且方案二无需测速就能直接进行控制距离且精度高。基于控制精度的考虑，在本设计中选用方案二作为本设计的整体方案。 2 单元电路设计与计算 2.1 数据保存模块 根据发挥部分的设计要求，要求在断电重新上电源后显示的旗帜高度不变（也即掉电保护功能），在设计时采用开发板上的E2PROM 芯片AT24C02 和CPU 之间通过I2C通信协议进行数据的传输并保存。 2.1.1 E2PROM 芯片AT24C02 AT24C02 是ATMEL 公司生产的E2PROM 芯片，具备256 字节的存储空间，和单片机之间的通信方式采用I2C 通信协议。AT24C02 内部有256 字节的E2PROM，每个字节有8 位。这种芯片广泛应用于各种小电压供电的工业产品及小电器中。加上2.7v 有效电压即可通过两线串行接口对各种八线的PDIP, JEDEC, SOIC, MAP, TSSOP 分组包进行存储。 2.1.2 I2C 总线工作原理 I2C 通信协议是PHLIPS 公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。I2C 总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。I2C 总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。起始和终止信号 ：SCL 线为高电平期间，SDA 线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL 线为高电平期间，SDA 线由低电平向高电平的变化表示终止信号。时序 图如下所示： I2C 总线数据传送格式：I2C 总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。每一个字节必须保证是8 位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9 位）。如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。 2.2 液晶显示模块 液晶显示模块选用长沙太阳人公司