自动控制升降旗系统的设计

自动控制升降旗系统的设计

【摘要】本设计介绍了自动控制升降旗系统，能实现国旗平稳升降，国歌同步播放的效果，功能强大，适应能力强。

【关键词】升降旗；控制；步进电机

当代社会，自动升降旗系统在许多领域得到了广泛的应用。例如：在许多政府部门、一些学校广场和很多大型企业里，常常可见到飘扬的国旗。

随着科学技术的发展，尤其是伴随着单片机测控、自动控制技术的发展，用自动控制系统来实现国旗的升与降控制，使升降旗的速度与国歌演奏的时间得到准确无误的配合，这样一来，就不会再有人为升降国旗与国歌演奏时间不协调的尴尬场面发生，从而保证了国旗升降仪式的严肃性、庄重性。

一、系统所能实现的功能简介

本自动升降旗系统主要有at89c52单片机、步进电机、cpld国歌演奏电路、处理键盘电路和led显示屏构成。系统能够实现的主要功能如下：

（一）当按下上升键后，国旗就会匀速上升，同时演奏国歌，国旗上升到旗杆最高端后会自动停止，国歌停奏。当按下降键后，国旗同样会匀速下降，下降到旗杆最低端后自动停止。这个升降旗过程所用的的时间均为43s。

（二）本系统可以避免失误动作的发生。国旗在最高端时，按上升键不起作用，即不上升；在最低端时，按下降键也不起作用，

即不下降。

（三）能够在指定的位置停止，并且停止后能继续通过按键来控制国旗是否继续升或降。

（四）国旗的高度及升降到某一位置所用的时间可即时显示，当国旗停止在中间某一位置，时间显示同样停止在当前时刻。

（五）可通过开关控制系统的半旗状态，并通过一个发光二极管显示出来。升旗时按下上升键，国旗由最低端上升到最高端之后，国歌同时停奏，继而国旗自动下降到2/3处停止。降旗时，按下下降键，首先国旗由2/3高度处上升到最高端，然后自动从最高端下降到最低端，自动停止。

（六）升降旗的速度总是保持在30s-120s内，并且这个速度是可以人为调整的。

（七）本系统还具有无线遥控升降旗及停止升降

二、硬件系统的设计

本系统以单片机作为主要控制处理芯片，利用步进电机控制装置实现一个自动控制升降旗系统。同时，使用处理键盘响应、控制键盘驱动芯片、led显示升降高度和cpld国歌播放。下面是一个系统框图：

为了实现升降高度自由控制的目的，本系统采用了步进电机。步进电机是机电控制中经常使用的一种执行部件，它能够将电脉冲转换为角位移，换句话说也就是：当步进电机驱动器接接收到一个脉冲信号时，驱动步进电机就会按设定的方向，转动一个相对固定

的角度，也就是步进角。

我们通过控制脉冲个数，就可以控制步进角，从而达到准确定位的目的；另外，通过控制脉冲的频率，可以控制步进电机转动的速度、加速度，从而达到调节速度的目的，如果使用软件控制，也很方便，控制方式也是多种多样的。电机控制模块电路如下图所示：显示模块需要显示旗帜所在高度和升降速度，我们可以选用最普通、价格也较为便宜的led显示器。本系统采用了专用驱动芯片cd4511，来驱动数码管，实现静态显示。由于该驱动芯片具有锁存功能，所以单片机控制系统只需送出需要显示的数字的bcd码就可以实现显示，这样就极大地节省了系统资源，使系统能够最大限度的实时、准确地响应中断，同时精确控制电机转速。

考虑系统设计所需要的成本和国歌演奏发生器所需要的资源情况，本系统选用了altera公司的max ⅱ系列cpld emp127t144c5芯片来实现播放国歌。芯片设计的关键，是要准确地产生各个音符所对应的频率信号，并能够根据乐曲的要求按节拍输出。为了降低系统的复杂性，该设计根据“可变模值计算器”的原理，按照乐曲的要求，定时改变计时器的预置数，便可以产生乐曲所需要的频率信号。

三、软件系统的设计

软件系统的设计主要是通过完成对单片机的编程，控制它的中断功能，完成对电机的控制与键盘的响应，从而实现升降旗的设置与控制。其中，主程序用来完成初始化各种中断，然后读出旗帜的

上升状态并显示，继而进入循环等待中断响应，中断程序完成键盘和电机控制。其中，键盘中断程序用于实现键盘查询和各种键盘值的处理，利用定时中断程序实现电机转动的控制，程序流程图如下图4所示：主程序还有一项任务，就是计时。如果5分钟没有人操作键盘时，主程序就会让处理器处于休眠状态，这样可以减小功耗，节约很多电资源，而只有当键盘有中断时，主程序又会将处理器唤醒。

图4

近年来，升旗仪式已成为各种运动会以及大型会议必不可少的一个环节，本文设计的升降旗系统功能强大，适应能力强，应用前景广泛。

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