基于PIC单片机的自动控制升降旗系统设计

基于PIC单片机的自动控制升降旗系统设计

王同宏刘霞

[文章摘要] 自动控制升降旗系统是以单片机（PIC16F877A）为中心的自动控制系统。该系统由键盘输入模块、液晶显示模块、步进电机、步进电机驱动器、旋转编码器、无线遥控模块、语音模块、时钟芯片DS1302等部分组成。该系统能够自动实现：国旗的自动升降控制、在指定位置自动停止、在上下极限位置具有防超限功能、升降旗的时间与国歌的演奏时间吻合。除此之外本系统还可通过键盘上的数字按键，可以预置国旗在旗杆上的停止位置；键盘上设置了升降旗的时间调整按键，可以调整升降旗的速度；使用液晶显示屏可以直观的看到升、降旗的高度变化过程及工作时间；使用编码器进行高度测量，其控制精度上可以达到毫米级。

[关键词] PIC16F877A 旋转编码器无线遥控语音模块DS1302

一、系统组成及方案论证

1.系统组成

该系统由键盘输入模块、显示模块、电机及驱动器、旋转编码器、无线遥控模块、语音模块、时钟芯片等部分组成。

2.方案论证

⑴显示方式的选择与论证

方案①：采用液晶显示器（LCD）显示。液晶屏功能强大，可显示各种字体的数字、汉字、图象，还可以自定义显示内容，显示内容也较丰富；方便操作者读取信息，及一些扩展功能的实现。

方案②：采用LED数码管显示。数码管具有编程简单，夜间显示效果好，但只能显示有限的符号和数码字，但显示内容有限，完成题目中的基本要求还可以，但还要增加具体功能的提示比较困难。

分析以上的两种方案的优缺点，选择第一种方案。

⑵电动机的选择与论证

方案①：采用直流电动机。直流电动机具有良好的启动性能和调速性能，但直流电动机的运转速度及运行的平稳性难以控制，很难达到本设计的要求。

方案②：采用交流电动机。交流电动机具有结构简单、运行可靠、成本低廉等优点；但对交流电动机进行调速需要比较高的技术和成本。

方案③：采用步进电动机。步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，因此非常合适单片机控制，在轻载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，累积误差小，控制精度高。

分析以上的三种方案的优缺点，显然第三方案更为方便实用。所以选择第三种方案。

⑶单片机的选择与论证

方案①：采用的MCS－51系列单片机，其驱动能力较弱，速度较慢，附加功能少。

方案②：采用由美国Microchip公司推出的PIC16F877A单片机，首先采用了RISC结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术。具有丰富的I/O 控制功能，具有片内256B的EEPROM，可以完成掉电保存数据的功能。

本设计要求升降旗与播放国歌同步，同时要求具有比较多的接口驳接时间、显示和控制接口以及具有掉电保持功能，所以采用第二种方案。

3.系统结构原理图见下页图1。

二、单元电路设计

1.主控制电路

这部分电路的核心是单片机PIC16F877A 。它具有强大的数据处理功能及较快的数据处理速度。通过单片机可以发出控制脉冲，经过电机驱动器带动步进电机转动，从而带动国旗的升降。单片机还能

在的高度，并控制液晶显示器显示。

2.步进电动机驱动及编码器

步进电机是把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动。在自动控制装置中作为

实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离。

图2.步进电机驱动电路

系统采用ZSP3.806-001G500BZ1/12C 光电编码器，如图 2.由于其能准确的检测出步进电机的转速，并把检测到的信号反馈给单片机。然后单片机把这个转速信息与已设定并存在RAM 中的标准转速相比较，从而可以控制电机平稳地运转。

3.键盘及液晶显示电路（略）

4.时钟电路

在本系统测试及数据分析中，需要记录升降旗的时间。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一

其软硬件设计简单，时间记录准确，既避免了连续记录的大工作量，又避免了定时记录的盲目性，给连续长时间的测量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便。 5.语音模块

语音模块采用ISD2560，它是ISD 系列单片语音录放集成电路的一种。这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60秒，可重复录放10万次。在语音录放系统中的实际应用效果非常好，而且编程也比较简单，自己设计电路实现录音操作十分方便。

三、系统软件设计

本系统软件设计了特殊的功能键，通过对键盘的简单操作，便可实现升降旗、半旗状态、国旗位置的预设置以及升降旗速度的调整等功能。

本系统软件采用结构化程序设计方法，功能模块各自独立。软件主体流程图如图：

图4.语音模块电路

系统初始化：加电后完成系统硬件和系统变量的初始化。其中包括变量设置、标志位设定、置中断和定时器状态、设置控制口的状态、设置功能键等。

控制检测：由单片机读取所设定的数值，进行

数据处理。

等待功能键输入及显示测量结果：PIC16F877A 控制8279键盘显示接口芯片，由键盘输入命令，使用4位数码管显示测量的数据。

四、 结束语

自动控制升降旗系统采用了以上的硬软件设计后，经过样机测试，不仅能完成升降旗并伴奏国歌、预置位置、遥控等功能，而且在精度上达到了毫米级以上，功能先进，技术领先具有较好的市场推广价值。

参考文献

[1].全国大学生电子设计竞赛训练教程．黄智伟主编．北京．电子工业出版社．2005年6月第2次印刷

[2].单片机原理及应用．张洪润张亚凡．北京．清华大学出版社．2005年4月第一版

[3].单片机C语言编程与实例．赵亮侯国锐编著．北京．人民邮电出版社．2003年9月第一版

[4]. PIC单片机原理与接口技术．陈国先主编北京．电子工业出版社2005年8月第2次印刷