自动控制升降旗系统
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(2) 采用点阵式 L ED 显示 ,显示亮度高 ,可以同时显 示汉字 、数字 、字母等符号 ,能够显示测量结果的单位 。但 是 ,采用点阵式 L ED 时 ,连线十分复杂 ,同时他所占的显 示空间过大 ,使系统体积增大 。
(3) 采用 L CD 显示 , 可以显示各种字符及数字 , 但 L CD 对环境温度和亮度都有要求 。
自动化技术
张 超等 :自动控制升降旗系统
用 ,此时必须扩展单片机的存储器 ,但是此段音乐远非加 一片存储器可以解决的 ,若芯片数量过多 ,就会给单片机 造成巨大的负担 ,使单片机性能不稳定 。
(2) 单独使用一个音乐芯片来存储国歌 ,只需用一根 控制线由单片机控制其放音 ,可以省去存储器扩展这一 步 ,减轻单片机的负担 ,使程序执行流畅 。
关键词 :89C52 ;L CD 液晶 ;步进电机 ;升降旗系统 中图分类号 : TP23 文献标识码 :B 文章编号 :1004 373X(2007) 11 115 05
Automatic Control Flag Ra ising System
ZHAN G Chao1 , TAN Jingfang1 , GAO Xiumei2 ,ZHAO J ian1
© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《现代电子技术》2007 年第 11 期总第 250 期
测试 ·测量 ·自动化
图 4 电源模块框图
综合考虑 2 种方案 ,前者需要 5 个 I/ O 口 ,后者需要 10 个 I/ O 口 ,由于系统接口资源紧张 ,故采用方案 (1) 。 1. 3 显示电路的选择
(1) 采用七段式 L ED 显示 ,既能达到题目的要求 ,显 示区域占空少 ,连线也较简单 ,且易于编程 ,但不易显示测 量结果的单位 。
Keywords :89C52 ;L CD screen ; stepper moto r ;flag raising system
1 方案设计及论证
1. 1 电动机的选择 升降旗驱动电机的选择有以下几种方案 : (1) 采用普通电机加一定比例的减速器 ,通过换用不
同的减速器来实现旗帜升降速度的控制 ,同时在旗杆的顶 部 ,底部 ,和 2/ 3 处设置 3 个传感器 ,从而达到旗子在杆 顶 、杆底及 2/ 3 处的自动停止控制 。优点是价格低廉 ,且 易于操作 ,但精度难以控制和提高 。
比较以上两个方案 ,采用了方案(2) 。 1. 5 无线遥控电路的选择
(1) 采用红外线传送电路来实现远距离遥控 。 (2) 采用无线电收发电路来实现远距离遥控 。 对于以上 2 个方案 ,经过实验发现 ,红外线传送电路 传输距离很近 ,仅有几十厘米 ,远达不到要求 ,且其受外界 阳光中红外线的干扰很大 ,容易产生误动作 。而对于无线 电收发电路 ,其传输距离很远且稳定 ,不易受外界电波的 影响 ,对控制信号的响应十分迅速 ,产生误动作的情况很 少 ,故选用无线电收发电路来实现远距离遥控 。
3. 5 步进电机的驱动与使用 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的
开环控制元件 。在非超载的情况下 ,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 ,而不受负载变化 的影响 ,即给电机加一个脉冲信号 ,电机则转过一个步距 角 。这一线性关系的存在 ,加上步进电机只有周期性的误 差而无累积误差等特点 ,使得在速度 、位置等控制领域用 步进电机控制变得非常简单 。
(2) 采用步进电机控制 ,既可以实现对速度的精密控 制 ,又可以省去对减速机的种类的要求 ,还可以实现不同 高度停止的要求 。但是步进电机的价格较贵 ,对外为电路 的要求较高 ,且其程序中数据运算及交换较为复杂 。
基于以上分析 ,采用步进电机控制 。 1. 2 键盘方案的选择
(1) 采用矩阵式键盘 ,此类键盘采用矩阵式行列扫描 方式 ,优点是当按键较多时可减少占用单片机的 I/ O口数
图 2 键盘结构框图
3. 2 音乐播放模块的设计 在本设计中 ,奏国歌需要语音电路实现 。本设计采用
ISD2560 芯片实现语音处理功能 ,2560 属于美国信息存贮 器件 ( Information Storage Devices , ISD) 公司生产的单片 语音集成电路 2500 系列 ,其存储时间为 60 s 。其电路如 图 3 所示 。
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图 3 音乐播放模块框图
3. 3 电源模块的制作 随着微电子技术的不断进步 ,系统电源的设计在单片
机应用系统设计中显得越来越重要 ,他对单片机系统是否 正常工作起着至关重要的作用 。由于 + 5 V 、+ 12 V 和 - 12 V为单片机系统常用的电源 ,设计制作了一套可同时 提供这 3 种电压的稳压电源 ,分别使用了 3 个三端稳压集 成块 ( CW7805 , CW7812 和 CW7912) , 精 确 度 较 好 。如 图 4所示 。
采用第 (3) 种方案 。 1. 4 音乐播放电路选择
(1) 将国歌直接录入单片机的存储器 ,用程序对其调
115
© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
收稿日期 :2006 10 08 基金项目 :泰山学院科研资助立项项目 ( Y0522211)
目 ,缺点为电路复杂且会加大编程难度 。 (2) 采用独立式按键电路 ,每个按键单独占有一根
I/ O接口线 ,每个 I/ O 口的工作状态互不影响 ,此类键盘采 用端口直接扫描方式 。缺点为当按键较多时占用单片机 的 I/ O 口数目较多 , 优点为电路设计简单 , 且编程极其 容易 。
《现代电子技术》2007 年第 11 期总第 250 期
测试 ·测量 ·自动化
自动控制升降旗系统
张 超1 ,谭静芳1 ,高秀美2 ,赵 健1
(1. 泰山学院 山东 泰安 271000 ;2. 泰安市岱岳区技工学校 山东 泰安 271000)
摘 要 :本系统以单片机 89C52 为核心 ,以键盘为输入系统 ,其中键盘系统为矩阵式按键系统 。按键选定执行要测试的 旗杆高度参数 ,按开始键执行升旗程序 ,并将旗帜高度和升旗所用时间显示在 L CD 液晶显示屏上 。测试的参数有3 个 : h(旗 子的高度) , t (升旗所用时间) 以及 v (步进电机的转速) ,通过秒表和米尺的方式来实现时间长短 、旗杆高度及速度 3 个参数的 获取 。要求旗杆高度为 1. 8 m 、升降旗时间均各为 43 s ,显示高度与实际高度之间的误差不大于 2 cm 。
(1. Taishan University , Taian ,271000 ,China ;2. The Technical School of Daiyue Dist rict , Taian ,271000 ,China)
Abstract : The system design is based on 89C52 ,and t he keyboard is inp ut system ,butto n system is mat rix keyboard. But2 ton is selected to test t he implementation of t he flagpole height parameters ,t he flag - raising p rocess by t he beginning of t he implementation of t he key ,t he flag high and t he time of t he rise as shown in t he L CD screen. The test has t hree parameters , t here are h (t he height of t he flag) and t (time spent flag) and v ( stepper moto r) . And t he use of direct measurement met hod of measuring time by stopwatch and t he ruler realize lengt h ,height and speed of t hree flagpoles parameter measurement s. The flagpole height was 1. 8 m ,t he flag raising last s 43 seconds ,and showed a high degree of error between t he act ual height of not mo re t han 2 cm.
有键按下 ,行线中至少应有一条为低电平 。当确定有键按 下后 ,即可进行求键码的过程 。其方法是 :依次从一条列 线上输出低电平 ,检查各行线的状态 ,若全为高电平 ,说明 闭合键不在该列 ( 输出低电平) ; 若不全为高电平 ,则说明 闭合键在该列 ,且在变为低电平的行的交点上 。在键盘处 理程序中 ,每个键都被赋予了一个键号 ,由从列线 I/ O 口 输出的数据和从行线 I/ O 口读入的数据可以求出闭合键 的键号 。程序此wenku.baidu.com跳转到相应的键盘子程序下执行相应 的程序 。
3. 4 主板的设计与制作 系统主板硬件采用以 A T89C52 单片机为核心 ,配以
12 M Hz 晶振 ,复位电路采用看门狗 MAX706 。键盘 ,L CD 显示接口通过单片机的 P0 和 P2 口实现 。所有这些设计 成主板作为单片机最小系统 。使用 Protel 99SE 画出电路 原理图和电路板图 。电路板采用双面印刷电路板 。所用 的单片机 A T89C52 是美国 AD 公司推出的一种新型单片 多位 ADC 芯片 ,具有精度高 、抗干扰能力强 、成本低 、工作 温度宽 、噪声低 、功耗低的特点 ,是高性能的 CMOS 8 位单 片机 。片上带有 8 kB 的 FL AS H 存储器 ,且允许在系统内 改写或用编程器编程 。同时 , A T89C52 的指令系统和引 脚与 80C52 完全兼容 。所以近几年 A T89C52 单片机应用 极为广泛 ,价格便宜 ,市场上容易购买 ,对工业现场噪声的 抑制能力不亚于积分型 A/ D 转换器 ,在智能化测量控制 仪表和数据采集系统中经常使用 。主板如图 5 所示 。
2 系统框图及工作原理
通过功能设定和数据装入模块的键盘输入预置的参 数 ,并将数据信息传送给单片机 。通过键盘按升旗键系统 进入升旗模式并计算显示杆高和所用时间 。按下停止键 , 停止并显示杆高和所用时间 。无线遥控部分 , 按下开始 键 ,无论单片机处出于什么状态 ,都将开始升旗 ;按下停止 键 ,无论单片机处于什么状态 ,都将处于停止状态 。而音 乐播放部分是只有旗子从杆的底部向上升到顶部的时候 才播放 ,其他时刻不播放 。存储芯片 A T24C32 是用来存 储旗子高度和已用时间的 ,从而保证单片机掉电后 ,在重 新上电时 L CD 所显示的数据不变 。
图 1 系统组成方框图
3 系统分立模块设计及工作原理
3. 1 键盘框图及原理 电路如图 2 所示 。先将 P1 口相应口线置 0 ,按键的另
一端 P1 . 0 ,P1 . 1 ,P1. 2 ,P1. 3 ,通过电阻接高电平 。当某一 键被按下时 ,则会出现低电平 ,程序进入中断子程序 。然 后置 P1 口相应的 I/ O 口为依次 0 ,继续检测中断 。从而 检测出是哪一个键按下 。判断是否有键按下的方法是 :向 所有的列线 I/ O 口输出低电平 ,然后将行线的电平状态读 入累加器 A 中 ,若无键按下 ,行线仍保持高电平状态 ,若
(3) 采用 L CD 显示 , 可以显示各种字符及数字 , 但 L CD 对环境温度和亮度都有要求 。
自动化技术
张 超等 :自动控制升降旗系统
用 ,此时必须扩展单片机的存储器 ,但是此段音乐远非加 一片存储器可以解决的 ,若芯片数量过多 ,就会给单片机 造成巨大的负担 ,使单片机性能不稳定 。
(2) 单独使用一个音乐芯片来存储国歌 ,只需用一根 控制线由单片机控制其放音 ,可以省去存储器扩展这一 步 ,减轻单片机的负担 ,使程序执行流畅 。
关键词 :89C52 ;L CD 液晶 ;步进电机 ;升降旗系统 中图分类号 : TP23 文献标识码 :B 文章编号 :1004 373X(2007) 11 115 05
Automatic Control Flag Ra ising System
ZHAN G Chao1 , TAN Jingfang1 , GAO Xiumei2 ,ZHAO J ian1
© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
《现代电子技术》2007 年第 11 期总第 250 期
测试 ·测量 ·自动化
图 4 电源模块框图
综合考虑 2 种方案 ,前者需要 5 个 I/ O 口 ,后者需要 10 个 I/ O 口 ,由于系统接口资源紧张 ,故采用方案 (1) 。 1. 3 显示电路的选择
(1) 采用七段式 L ED 显示 ,既能达到题目的要求 ,显 示区域占空少 ,连线也较简单 ,且易于编程 ,但不易显示测 量结果的单位 。
Keywords :89C52 ;L CD screen ; stepper moto r ;flag raising system
1 方案设计及论证
1. 1 电动机的选择 升降旗驱动电机的选择有以下几种方案 : (1) 采用普通电机加一定比例的减速器 ,通过换用不
同的减速器来实现旗帜升降速度的控制 ,同时在旗杆的顶 部 ,底部 ,和 2/ 3 处设置 3 个传感器 ,从而达到旗子在杆 顶 、杆底及 2/ 3 处的自动停止控制 。优点是价格低廉 ,且 易于操作 ,但精度难以控制和提高 。
比较以上两个方案 ,采用了方案(2) 。 1. 5 无线遥控电路的选择
(1) 采用红外线传送电路来实现远距离遥控 。 (2) 采用无线电收发电路来实现远距离遥控 。 对于以上 2 个方案 ,经过实验发现 ,红外线传送电路 传输距离很近 ,仅有几十厘米 ,远达不到要求 ,且其受外界 阳光中红外线的干扰很大 ,容易产生误动作 。而对于无线 电收发电路 ,其传输距离很远且稳定 ,不易受外界电波的 影响 ,对控制信号的响应十分迅速 ,产生误动作的情况很 少 ,故选用无线电收发电路来实现远距离遥控 。
3. 5 步进电机的驱动与使用 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的
开环控制元件 。在非超载的情况下 ,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 ,而不受负载变化 的影响 ,即给电机加一个脉冲信号 ,电机则转过一个步距 角 。这一线性关系的存在 ,加上步进电机只有周期性的误 差而无累积误差等特点 ,使得在速度 、位置等控制领域用 步进电机控制变得非常简单 。
(2) 采用步进电机控制 ,既可以实现对速度的精密控 制 ,又可以省去对减速机的种类的要求 ,还可以实现不同 高度停止的要求 。但是步进电机的价格较贵 ,对外为电路 的要求较高 ,且其程序中数据运算及交换较为复杂 。
基于以上分析 ,采用步进电机控制 。 1. 2 键盘方案的选择
(1) 采用矩阵式键盘 ,此类键盘采用矩阵式行列扫描 方式 ,优点是当按键较多时可减少占用单片机的 I/ O口数
图 2 键盘结构框图
3. 2 音乐播放模块的设计 在本设计中 ,奏国歌需要语音电路实现 。本设计采用
ISD2560 芯片实现语音处理功能 ,2560 属于美国信息存贮 器件 ( Information Storage Devices , ISD) 公司生产的单片 语音集成电路 2500 系列 ,其存储时间为 60 s 。其电路如 图 3 所示 。
116
图 3 音乐播放模块框图
3. 3 电源模块的制作 随着微电子技术的不断进步 ,系统电源的设计在单片
机应用系统设计中显得越来越重要 ,他对单片机系统是否 正常工作起着至关重要的作用 。由于 + 5 V 、+ 12 V 和 - 12 V为单片机系统常用的电源 ,设计制作了一套可同时 提供这 3 种电压的稳压电源 ,分别使用了 3 个三端稳压集 成块 ( CW7805 , CW7812 和 CW7912) , 精 确 度 较 好 。如 图 4所示 。
采用第 (3) 种方案 。 1. 4 音乐播放电路选择
(1) 将国歌直接录入单片机的存储器 ,用程序对其调
115
© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
收稿日期 :2006 10 08 基金项目 :泰山学院科研资助立项项目 ( Y0522211)
目 ,缺点为电路复杂且会加大编程难度 。 (2) 采用独立式按键电路 ,每个按键单独占有一根
I/ O接口线 ,每个 I/ O 口的工作状态互不影响 ,此类键盘采 用端口直接扫描方式 。缺点为当按键较多时占用单片机 的 I/ O 口数目较多 , 优点为电路设计简单 , 且编程极其 容易 。
《现代电子技术》2007 年第 11 期总第 250 期
测试 ·测量 ·自动化
自动控制升降旗系统
张 超1 ,谭静芳1 ,高秀美2 ,赵 健1
(1. 泰山学院 山东 泰安 271000 ;2. 泰安市岱岳区技工学校 山东 泰安 271000)
摘 要 :本系统以单片机 89C52 为核心 ,以键盘为输入系统 ,其中键盘系统为矩阵式按键系统 。按键选定执行要测试的 旗杆高度参数 ,按开始键执行升旗程序 ,并将旗帜高度和升旗所用时间显示在 L CD 液晶显示屏上 。测试的参数有3 个 : h(旗 子的高度) , t (升旗所用时间) 以及 v (步进电机的转速) ,通过秒表和米尺的方式来实现时间长短 、旗杆高度及速度 3 个参数的 获取 。要求旗杆高度为 1. 8 m 、升降旗时间均各为 43 s ,显示高度与实际高度之间的误差不大于 2 cm 。
(1. Taishan University , Taian ,271000 ,China ;2. The Technical School of Daiyue Dist rict , Taian ,271000 ,China)
Abstract : The system design is based on 89C52 ,and t he keyboard is inp ut system ,butto n system is mat rix keyboard. But2 ton is selected to test t he implementation of t he flagpole height parameters ,t he flag - raising p rocess by t he beginning of t he implementation of t he key ,t he flag high and t he time of t he rise as shown in t he L CD screen. The test has t hree parameters , t here are h (t he height of t he flag) and t (time spent flag) and v ( stepper moto r) . And t he use of direct measurement met hod of measuring time by stopwatch and t he ruler realize lengt h ,height and speed of t hree flagpoles parameter measurement s. The flagpole height was 1. 8 m ,t he flag raising last s 43 seconds ,and showed a high degree of error between t he act ual height of not mo re t han 2 cm.
有键按下 ,行线中至少应有一条为低电平 。当确定有键按 下后 ,即可进行求键码的过程 。其方法是 :依次从一条列 线上输出低电平 ,检查各行线的状态 ,若全为高电平 ,说明 闭合键不在该列 ( 输出低电平) ; 若不全为高电平 ,则说明 闭合键在该列 ,且在变为低电平的行的交点上 。在键盘处 理程序中 ,每个键都被赋予了一个键号 ,由从列线 I/ O 口 输出的数据和从行线 I/ O 口读入的数据可以求出闭合键 的键号 。程序此wenku.baidu.com跳转到相应的键盘子程序下执行相应 的程序 。
3. 4 主板的设计与制作 系统主板硬件采用以 A T89C52 单片机为核心 ,配以
12 M Hz 晶振 ,复位电路采用看门狗 MAX706 。键盘 ,L CD 显示接口通过单片机的 P0 和 P2 口实现 。所有这些设计 成主板作为单片机最小系统 。使用 Protel 99SE 画出电路 原理图和电路板图 。电路板采用双面印刷电路板 。所用 的单片机 A T89C52 是美国 AD 公司推出的一种新型单片 多位 ADC 芯片 ,具有精度高 、抗干扰能力强 、成本低 、工作 温度宽 、噪声低 、功耗低的特点 ,是高性能的 CMOS 8 位单 片机 。片上带有 8 kB 的 FL AS H 存储器 ,且允许在系统内 改写或用编程器编程 。同时 , A T89C52 的指令系统和引 脚与 80C52 完全兼容 。所以近几年 A T89C52 单片机应用 极为广泛 ,价格便宜 ,市场上容易购买 ,对工业现场噪声的 抑制能力不亚于积分型 A/ D 转换器 ,在智能化测量控制 仪表和数据采集系统中经常使用 。主板如图 5 所示 。
2 系统框图及工作原理
通过功能设定和数据装入模块的键盘输入预置的参 数 ,并将数据信息传送给单片机 。通过键盘按升旗键系统 进入升旗模式并计算显示杆高和所用时间 。按下停止键 , 停止并显示杆高和所用时间 。无线遥控部分 , 按下开始 键 ,无论单片机处出于什么状态 ,都将开始升旗 ;按下停止 键 ,无论单片机处于什么状态 ,都将处于停止状态 。而音 乐播放部分是只有旗子从杆的底部向上升到顶部的时候 才播放 ,其他时刻不播放 。存储芯片 A T24C32 是用来存 储旗子高度和已用时间的 ,从而保证单片机掉电后 ,在重 新上电时 L CD 所显示的数据不变 。
图 1 系统组成方框图
3 系统分立模块设计及工作原理
3. 1 键盘框图及原理 电路如图 2 所示 。先将 P1 口相应口线置 0 ,按键的另
一端 P1 . 0 ,P1 . 1 ,P1. 2 ,P1. 3 ,通过电阻接高电平 。当某一 键被按下时 ,则会出现低电平 ,程序进入中断子程序 。然 后置 P1 口相应的 I/ O 口为依次 0 ,继续检测中断 。从而 检测出是哪一个键按下 。判断是否有键按下的方法是 :向 所有的列线 I/ O 口输出低电平 ,然后将行线的电平状态读 入累加器 A 中 ,若无键按下 ,行线仍保持高电平状态 ,若