自動控制升降旗系統的設計

安雪

【摘 要】本設計介紹了自動控制升降旗系統，能實現國旗平穩(wěn)升降，國歌同步播放的效果，功能強大，適應能力強。

【關鍵詞】升降旗；控制；步進電機

當代社會，自動升降旗系統在許多領域得到了廣泛的應用。例如：在許多政府部門、一些學校廣場和很多大型企業(yè)里，常?？梢姷斤h揚的國旗。

隨著科學技術的發(fā)展， 尤其是伴隨著單片機測控、自動控制技術的發(fā)展，用自動控制系統來實現國旗的升與降控制，使升降旗的速度與國歌演奏的時間得到準確無誤的配合，這樣一來，就不會再有人為升降國旗與國歌演奏時間不協調的尷尬場面發(fā)生，從而保證了國旗升降儀式的嚴肅性、莊重性。

一、系統所能實現的功能簡介

本自動升降旗系統主要有AT89C52單片機、步進電機、CPLD國歌演奏電路、處理鍵盤電路和LED顯示屏構成。系統能夠實現的主要功能如下：

（一）當按下上升鍵后，國旗就會勻速上升，同時演奏國歌，國旗上升到旗桿最高端后會自動停止，國歌停奏。當按下降鍵后，國旗同樣會勻速下降，下降到旗桿最低端后自動停止。這個升降旗過程所用的的時間均為43S。

（二）本系統可以避免失誤動作的發(fā)生。國旗在最高端時，按上升鍵不起作用，即不上升；在最低端時，按下降鍵也不起作用，即不下降。

（三）能夠在指定的位置停止，并且停止后能繼續(xù)通過按鍵來控制國旗是否繼續(xù)升或降。

（四）國旗的高度及升降到某一位置所用的時間可即時顯示，當國旗停止在中間某一位置，時間顯示同樣停止在當前時刻。

（五）可通過開關控制系統的半旗狀態(tài)，并通過一個發(fā)光二極管顯示出來。升旗時按下上升鍵， 國旗由最低端上升到最高端之后，國歌同時停奏，繼而國旗自動下降到2/3處停止。降旗時，按下下降鍵，首先國旗由2/3高度處上升到最高端，然后自動從最高端下降到最低端，自動停止。

（六）升降旗的速度總是保持在30S-120S內，并且這個速度是可以人為調整的。

（七）本系統還具有無線遙控升降旗及停止升降

二、硬件系統的設計

本系統以單片機作為主要控制處理芯片，利用步進電機控制裝置實現一個自動控制升降旗系統。同時，使用處理鍵盤響應、控制鍵盤驅動芯片、LED顯示升降高度和CPLD國歌播放。下面是一個系統框圖：

為了實現升降高度自由控制的目的，本系統采用了步進電機。步進電機是機電控制中經常使用的一種執(zhí)行部件，它能夠將電脈沖轉換為角位移，換句話說也就是：當步進電機驅動器接接收到一個脈沖信號時，驅動步進電機就會按設定的方向，轉動一個相對固定的角度，也就是步進角。

我們通過控制脈沖個數，就可以控制步進角，從而達到準確定位的目的；另外，通過控制脈沖的頻率，可以控制步進電機轉動的速度、加速度，從而達到調節(jié)速度的目的，如果使用軟件控制，也很方便，控制方式也是多種多樣的。電機控制模塊電路如下圖所示：

顯示模塊需要顯示旗幟所在高度和升降速度，我們可以選用最普通、價格也較為便宜的LED顯示器。本系統采用了專用驅動芯片CD4511，來驅動數碼管，實現靜態(tài)顯示。由于該驅動芯片具有鎖存功能，所以單片機控制系統只需送出需要顯示的數字的BCD碼就可以實現顯示，這樣就極大地節(jié)省了系統資源，使系統能夠最大限度的實時、準確地響應中斷，同時精確控制電機轉速。

考慮系統設計所需要的成本和國歌演奏發(fā)生器所需要的資源情況，本系統選用了Altera公司的MAX Ⅱ系列CPLD EMP127T144C5芯片來實現播放國歌。芯片設計的關鍵，是要準確地產生各個音符所對應的頻率信號，并能夠根據樂曲的要求按節(jié)拍輸出。為了降低系統的復雜性，該設計根據“可變模值計算器”的原理，按照樂曲的要求，定時改變計時器的預置數，便可以產生樂曲所需要的頻率信號。

三、軟件系統的設計

軟件系統的設計主要是通過完成對單片機的編程，控制它的中斷功能，完成對電機的控制與鍵盤的響應，從而實現升降旗的設置與控制。其中，主程序用來完成初始化各種中斷，然后讀出旗幟的上升狀態(tài)并顯示，繼而進入循環(huán)等待中斷響應，中斷程序完成鍵盤和電機控制。其中，鍵盤中斷程序用于實現鍵盤查詢和各種鍵盤值的處理，利用定時中斷程序實現電機轉動的控制，程序流程圖如下圖4所示：主程序還有一項任務，就是計時。如果5分鐘沒有人操作鍵盤時，主程序就會讓處理器處于休眠狀態(tài)，這樣可以減小功耗，節(jié)約很多電資源，而只有當鍵盤有中斷時，主程序又會將處理器喚醒。

圖4

近年來，升旗儀式已成為各種運動會以及大型會議必不可少的一個環(huán)節(jié)，本文設計的升降旗系統功能強大，適應能力強，應用前景廣泛。

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