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升国旗奏国歌自动控制系统设计.rar

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    国旗 国歌 自动控制系统 设计
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    2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) 毕业设计 (论文 ) 课题名称 升国旗奏国歌自动控制系统设计 系 部 电子信息工程系 专 业 电子信息工程(汽车电子) 班 级 T1123-13 姓 名 李坤霖 学 号 20110231312 指导教师签名 (校内 ) 湛柏明 2015 年 5 月 31 日 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) 摘要 国歌,即表现一个国家民族精神的歌曲,是被政府和人民认为能代表该国家政府和人民意志的乐曲,是用来歌颂与鼓励一个民族的信心与凝聚力的。一般来说它们都会带有爱国主义色彩、呼唤起人们内心深处的国家情怀。 升国旗 奏国歌,是每个人一生中都会经历的伟大仪式 , 它 激起了 我们心中的爱国情怀, 让我们 为这个国家,为民族 而 努力奋斗,现在已经成为这个社会中不可或缺的重要的仪式。 国旗升降 自动控制系统 现在 在世界各地普遍采用, 技术 已经 较为 成熟 。它被 广泛应用在学校、政府 等等 。 关键词: 国旗 ;国歌 ; 自动控制系统 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) Abstract National Anthem, the national song spirit of a country, by the government and people that can represent the music of the national government and the will of the people, is used to praise and encourage confidence and cohesion of a nation. Generally speaking, both of them will be patriotic and call for national feelings. National flag anthem, is in the life of each person will experience great ceremony, it aroused the patriotic feelings of our hearts, let us for the country, for the nation and work hard, has now become the society an important ceremony. The automatic control system of national flag is now widely used in the world, and the technology is already mature.. It is widely used in schools, governments, etc. Key words: National flag; The National Anthem; Automatic control system 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) 目录 第一章 概论 ………………………………………………………………………… … 1 1.1 课题 背景 …………………………………………………………………………… 1 1.2 国内外现状 ……………………………… …………………………………………… 1 1.3 课题 研究意义 ………………………………………………………………………… 2 第二章 总体 设计方案 及 可行性分析 ……………………………………………………… 3 2.1 课题主要内容 ………………………………………………………………………… 3 2.2 整体 框图设计 ………………………………………………………………………… 3 2.3 硬件 方案选择 ………………………………………………………………………… 4 2.3.1 单片机 的选择 …………………………………………………………………… 4 2.3.2 电动机 的选择 …………………………………………………………………… 4 2.3.3 电机驱动 的选择 ………………………………………………………………… 5 2.3.4 显示 方式的选择 ………………………………………………………………… 5 2.3.5 国歌播放方案 的选择 ………………… ………………………………………… 5 2.4 可行性 分析 …………………………………………………………………………… 6 第三章 系统硬件模块设计 ………………………… ……………………………………… 7 3.1 硬件电路模块设计 原理 ……………………………………………………………… 7 3.1.1 单片机 STC89C51 模块 …………………………………………………………… 7 3.1.2 驱动电机模块 …………………………………………………………………… 10 3.1.3 按键与 led 指示灯 模块 ………………………………………………………… 14 3.1.4 国歌播放 模块 …………………………………………………………………… 16 3.2 可执行 硬件模块设计 ……………………………………………………………… 18 3.3 系统整体 原理图 ……………………………………………………………… 20 第四章 系统软件 模块 设计 … ……………… …………………… …… …………………… 21 4.1 系统软件 设计 原理 ………………… ……………………………………………… 21 4.1.1 主 程序 流程图 … ………………………………………………………………… 22 4.1.2 子 程序 设计 ……………………………………………………………………… 23 4.2 系统 软件代码 ……………………………………………………………………… 25 第五章 系统 综合调试 ………… ………………………………………………………… 26 5.1 系统 的调试 ………………………………………………………………………… 26 5.1.1 系统 的硬件调试 ………………………………………………………………… 26 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) 5.1.2 系统的 软件调试 ………………………………………………………………… 26 5.1.3 系统 的软硬件综合调试 ………………………………………………………… 26 5.2 系统的 测试 ………………………………………………………………………… 27 5.2.1 自动模式 测试 …………………………………………………………………… 27 5.2.2 手动模式 测试 …………………………………………………………………… 27 5.2.3 误差分析 ………………………………………………………………………… 28 5.2.4 测试结果 评价 …………………………………………………………………… 28 第六章 总结 ……………………………………………………………………………… 29 致谢 ………………………………………………………………………………………… 30 参考文献 …………………………………………………………………………………… 31 附录 1 原件清单 …………………………………………………………………………… 32 附录 2 软件代码 …………………………………………… …… ………………………… 33 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) - 1 - 第一章 概论 本章节包含课题背景及国内外现状,课题的研究意义等。 1.1 课题背景 随着人类 社会的不断发展和进步,升旗仪式已经 变得 如此的重要 , 从最 原始 人工 升旗到 现在的自动升国旗 并 伴奏国歌 。从 小到机构组织,大到国家层面 , 升国旗仪式已经早已成为重要而庄严的盛会,而且 早已 不可或缺 。 对于 如此 重要的升旗仪式,能否 通过单片机来做 一个 自动升降旗系统呢?于是 便 产生了本课题。 1.2 国内外现状 目前 在 国内 社会上 像有些学校、机关单位升旗大部分还停留在人工升旗的阶段,用最原始的办法人为地来一步步完成 ,这样 不仅动用了多余的人力,升国旗的精度也不能保证 在升旗的过程中不可避免的会出现升降国旗与国歌演奏时间不协调 。 为了解决这个难题 ,这就需要自动化的装置来完成这项工作 ,它 把整个 升降旗的过程 作为一个可控的装置 来运行,要求自动 控制 系统像神经系统一样,具备系统性、全面性、准确性。 国内相关技术的发展为自动化 控制 产业的升级提供了技 术的支持。 所以研 究与完善国旗升降系统很有必要。 对于国外单片机自动化控制技术的发展,使国旗升降更加平稳和精确。自动控制升降旗系统主要用一个电机控制旗帜自动升降 ,所以系统的主要功能就是控制电机的运转 ,而国外步进电机最早是由英国人所开发的。后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易,后来发展到对步进电机的控制和驱动主要是采用专用芯片,结果大大缩小了驱动器的体积,明显提高了升旗装置的性能。现在 的装置则设计的的更为合理 。 到现在为止 ,国内国外的自动升降器系统技术都趋于非常成熟化 , 并在全世界广泛使用。 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) - 2 - 1.3 课题 研究意义 我们生活在 一个电子技术不断进步发展的时代。随着 技术的 推进,现在社会上很多原本由人工才能完成的事现在也可以被设计好的 电子 技术所替代 。 其中 , 在我 们 生活中经常见到的升国旗系统便是这样,由最初的手动 到 现在被广泛应用的电动升旗系统, 对于 以前的手动升旗 仪式 ,经常会出现由于人为的升旗速度和国歌升起速度不一致的场景 ,这时会让所有在场的人感到尴尬 , 因此, 电 自动升旗仪式就显得至关重要, 并且大量减少了 人力和 资金 投入, 只要 经过 一定的 计算,电动升旗就能够精准无误的 匀速 上升 , 并且与国歌完美契合, 升旗 仪式得以顺利进行, 这样 就使得升旗仪式更为的庄重伟大 。 课题 最主要研究部分 是控制电机的转动,目前应用最多的是步进电机。由于步进电机系统控制精度高,控制形式较为简单,易于实现数字化控制等特点使得步进电机的应用范围非常广泛,成为目前不可缺少的电机组件。通过单片机控制的步进电机使得设计更加简单。 在技术的不断进步下,越来越多的保护和监控系统的出现,以及安全可靠性的提高和对室外环境的适应范围扩大,使现代升降系统总的发展趋势从自动化变得更加智能化和柔韧灵活性。让单片机用于 国旗 自动升降 系统中,使控制 国旗 技术和单片机技术相结合,从而可实现机电一体化控制,提高升降系统的自动化程度及运行可靠性和稳定性。 研究 国旗自动升降系统有助于我们更好地去 把在课堂上学到的 单片机知识 运用在实际 生活中,以及了解如何去运用单片机控制 步进电机的 运转 以 达到控制国旗的升降过程。 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) - 3 - 第二章 总体设计方案 及可行性分析 本章主要介绍课题内容要求,总体框图设计,硬件方案及其可行性分析。 2.1 课题主要内容 基于单片机设计一个升国旗奏国歌的自动控制系统,执行机构为一台电动机,通过滑轮和绳索带动旗帜上升和下降,上升的时间要与奏国歌的时间同步,可利用单片机的定时器控制。 基本功能 如下: 1. 在自动模式下:上升键按下时,国旗自动匀速上升,同时伴随国歌播放,当国旗上升至最顶端时停止,同时国歌停止演奏;下降键按下时,国旗从最顶端匀速下降至最底端,中途无国歌播放。 2. 在手动模式下:一直按上升键,国旗匀速上升,直到最顶;一直按下降键,国旗匀速下降,直到最底。中途当手松开时,国旗停止运动。 3. 升降旗时间均为 46s,与国歌播放时间相同。 2.2 整体 框图设计 根据 课题设计要求 , 系统 整体 电路 框图 如下 :图 2.1 系统整体框图 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) - 4 - 上述 系统 整体 框图表明本次设计将以单片机为核心,通过外部电源输入和独立按键控制,来实现 led指示灯,驱动电机, 语音播报 电路 这 3个 模块 功能 。 其中 ,电源负责为整体电路供电,独立按键来控制用户的输入 动作 , 并经过 单片机分析处理 。 le为指示灯来显示 用户预设 的功能,驱动电机来负责完成 国旗的 升降 , 语音播报电路 用于 播放国歌 , 这 3部分 均 受控于 单片机 。 2.3 硬件 方案选择 2.3.1 单片机 的选择 方案一 :采用 STC89C51 单片机实现,该单片机内部资源 较为 丰富,集成了双 数据指针,在系统编程(串行下载目标程序)等功能,软硬件调试较为方便。 方案二 :采用 STM32 单片机,该单片机 时钟频率 从 32MHz-72MHz, 性能大幅提升,成本 较 51系列 更高。 从本设计 来看,要求的功能较少,选用 51单片机 即可满足设计需要,若选择 STM32,则会造成性能上的浪费和更高的成本,因此选择方案一 的单片机 STC89C51。 2.3.2 电动机 的选择 方案一:采用 普通 的 直流电动机。 虽然 普通的 直流电动机 很好 ,它 具有 良好的启动特性(快速 ) 和调速特(可调速 范围广泛) ,但 是普通直流电动机的运转速度, 运行 中的平稳性 较为 难以控制,较难达到本设计的要求。 方案二:采用 普通 交流电动机。 虽然 普通 交流电动机结构简单,运行可靠, 成本低廉等优点, 但是交流电机 需要外部条件较为苛刻,不易于控制成本。 方案三: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。 并且 快速 启动和 反转 能力好 ,同时 , 它 转换精度高 , 能 适应灵活而 精确 的 控制 。 本次设计 要求具有比较精确的 转动 速度 ,要求 控制灵活 的 特点,综上所述 , 选择 方案三 步进电机( 型号 28BYJ-48) 最为合理 。 2015 届湖北汽车工业学院毕业设计(论文) - 5 - 2.3.3 电机驱动 的选择 方案一:采用继电器控制电机的开与关,通过控制开关的切换速度实现对电机的运行速度进行调整。这个电路的优点是电路结构简单,缺点是继电器的响应时间长,易损环,寿命短,可靠性不是很高。 方案二:采用高耐压、大电流的达林顿管组成的 ULN2003芯片。用单片机控制达林顿管使之输出合适的脉冲信号,可精确调整电动机的运动状态(正转、反转和停止等动作)。由于该芯片在 5V 的工作电压下与 TTL和 CMOS电路直接相连,可以保证负载电流的供给,同时也减少其它驱动芯片被烧毁的事故。另外步进电机转动精度达到 0.01度,使它驱动四相步进电机,精确控制转动速度和脉冲频率完全没有问题。 该方法设计的步进电机驱动系统具有硬件结构简单, 软件编程方便的特点。 综上所述采用方案二 电机驱动(型号 ULN2003) 会使得 电路 结构简化 ,同时可靠 耐用。 2.3.4 显示方式 的选择 方案一:采用 LED 数码管。 LED数码管具有编程简单,价格便宜,寿命长,夜间显示效果好,缺点只能显示有限的数字和字符。 方案二:采用 LCD 液晶显示。 LCD液晶屏可 显示各种字体的数字、汉字、图象,自定义显示内容,显示内容较丰富。 因为 本次设计需要 指示灯 功能相对单一,能够显示变化即可, 所以 综合 分析 考虑,选择方案一 LED数码管 较好。 2.3.5 国歌播放 方案的选择 方案一:采用语音芯片 ISD1420。该芯片采用 CMOS技术 ,一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按扭、电源及少数电阻电容即可,结构非常简单,且它的音质好、功耗低,但其录放音时间只有 8到 20 秒。
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