安雪

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

【關(guān)鍵詞】升降旗；控制；步進電機

當(dāng)代社會，自動升降旗系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如：在許多政府部門、一些學(xué)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(xué)技術(shù)的發(fā)展， 尤其是伴隨著單片機測控、自動控制技術(shù)的發(fā)展，用自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)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(zhǔn)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(xié)調(diào)的尷尬場面發(fā)生，從而保證了國旗升降儀式的嚴(yán)肅性、莊重性。

一、系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能簡介

本自動升降旗系統(tǒng)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(gòu)成。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能如下：

（一）當(dāng)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(dāng)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(tǒng)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(dāng)國旗停止在中間某一位置，時間顯示同樣停止在當(dāng)前時刻。

（五）可通過開關(guān)控制系統(tǒng)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(nèi)，并且這個速度是可以人為調(diào)整的。

（七）本系統(tǒng)還具有無線遙控升降旗及停止升降

二、硬件系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)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(xiàn)一個自動控制升降旗系統(tǒng)。同時，使用處理鍵盤響應(yīng)、控制鍵盤驅(qū)動芯片、LED顯示升降高度和CPLD國歌播放。下面是一個系統(tǒng)框圖：

為了實現(xiàn)升降高度自由控制的目的，本系統(tǒng)采用了步進電機。步進電機是機電控制中經(jīng)常使用的一種執(zhí)行部件，它能夠?qū)㈦娒}沖轉(zhuǎn)換為角位移，換句話說也就是：當(dāng)步進電機驅(qū)動器接接收到一個脈沖信號時，驅(qū)動步進電機就會按設(shè)定的方向，轉(zhuǎn)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(shù)，就可以控制步進角，從而達到準(zhǔn)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(zhuǎn)動的速度、加速度，從而達到調(diào)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(tǒng)采用了專用驅(qū)動芯片CD4511，來驅(qū)動數(shù)碼管，實現(xiàn)靜態(tài)顯示。由于該驅(qū)動芯片具有鎖存功能，所以單片機控制系統(tǒng)只需送出需要顯示的數(shù)字的BCD碼就可以實現(xiàn)顯示，這樣就極大地節(jié)省了系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)能夠最大限度的實時、準(zhǔn)確地響應(yīng)中斷，同時精確控制電機轉(zhuǎn)速。

考慮系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)選用了Altera公司的MAX Ⅱ系列CPLD EMP127T144C5芯片來實現(xiàn)播放國歌。芯片設(shè)計的關(guān)鍵，是要準(zhǔn)確地產(chǎn)生各個音符所對應(yīng)的頻率信號，并能夠根據(jù)樂曲的要求按節(jié)拍輸出。為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，該設(shè)計根據(jù)“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(yù)置數(shù)，便可以產(chǎn)生樂曲所需要的頻率信號。

三、軟件系統(tǒng)的設(shè)計

軟件系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)，從而實現(xiàn)升降旗的設(shè)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(yīng)，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(xiàn)鍵盤查詢和各種鍵盤值的處理，利用定時中斷程序?qū)崿F(xiàn)電機轉(zhuǎn)動的控制，程序流程圖如下圖4所示：主程序還有一項任務(wù)，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(dāng)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(shè)計的升降旗系統(tǒng)功能強大，適應(yīng)能力強，應(yīng)用前景廣泛。

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