自动升降控制系统

1天线杆自动升降掌握系统设计说明21引言随着科技的进展，很多设备都趋向自动化，而天线杆升降也在向自动化方向进展。为了实现这一功能，本系统承受单片机作为主要掌握单元，以步进电机作LED过滑轮传动装置完成升天线杆和降天线杆动作。该系统可实现以下功能：后，天线杆下降，在最低端不需要人为操作能够自动停顿，从而使操作简洁化。升降由电动机驱动，该系统的掌握按键有上升键、下降键、复位键、停顿键等。43天线杆在最高端时按上升键不起作用；在最低端时，按下降键不起作用。背景得很多领域的技术水平和自动化程度得以大大提高。由于电子电源的集成化、模块化、智能化的进展，功率集成技术己模糊了整机与器件的界限。单片电源和模块电源已取代了整机电源在一些技术中获得广泛70年月问世以来得到蓬勃进展，目前升天线杆装置正日渐完善和进展。具有更加宽阔的市场前景；其次变得更加微型化。同时步进电机的消灭，结合单片机的掌握让升降天线杆的掌握变得更加准确和便利。目的和意义3资源的使用，大大削减资金的投入。动化程度及运行牢靠性和稳定性。2键盘的比较与选择在单片机应用系统中为了掌握系统的工作状态，以及向系统输入数据，系统应设有按键或键盘，以实现简洁的人机对话。通常的按键开关为弹性机械开关，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时并不会马上稳定地闭合，在断开时也不会马上断开，因而机械开关在闭合及断开瞬间均伴随有一连串的抖动。5ms～20ms2.1CPU一次闭合仅作一次处理，则必需消退按键抖动。在键闭合稳定时取键状态，一般是推断到键释放稳定后在作处理。消退键抖动可用硬件和软件两种方法。消退键消退键抖动的软件方法是当检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms～20ms4按键的处理程序。按键通常是一种常开型按键开关，寻常键的两个触点处于断开或开路状态，按下键时它们才闭合或短路。而键盘是一组按键的集合，从键盘的构造来看，独立式键盘的每个按键单独占用一个I/O接线口，每个I/O口的工作状态互不影响，I/O2.1按键时的抖动总体电路框图设计依据设计要求，该系统以单片机为核心，由6MHZ的晶振供给时钟输入，同时1uF现。通电时振荡电路产生时钟信号输入单片机，此时单片机开头扫描程序。当键盘有输入时，单片机开头依据设定的程序执行输出操作。12的常闭触头分别，断开上升按键与单片机之间的连接，此时上升键失去作用，直到43秒完毕时继电器1失电，按下上升键帜也不再上升；当按下下降按键时驱动12接，断开下降按键与单片机的连接，直到降天线杆完成时按下降按键电机也不再2.25语音电路语音电路继电器电路复位电路单片机振荡电路升降驱动电机键盘输入LED图2.2总体电路框图3系统各主要单元设计系统的功能是实现天线杆的升降等功能，为此设计将承受单片机电路作为掌握器，用它来掌握步进电机电路实现天线杆的升和降，和语音电路、继电器电路相连接来实现升天线杆。同时键盘电路和显示电路相连接来完成升天线杆时间信8LED8级管从下向上依次轮番点亮，表示电机正在正转，帜正在上升；相反，降天线杆8再依次点亮时，表示系统停顿工作。单片机电路设计随着电子技术的快速进展，特别是随着大规模集成电路产生而消灭的微型计算机，给人类生活带来了根本性的转变。单片微型计算机简称单片机。它是把组CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器I/O/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。由于它的构造与指令功能都是依据工业掌握要求设计的，故又叫单片微掌握器。6单片机进展概况及进展方向单片机的消灭使现代科学技术争论得到了质的飞跃，可以毫不夸大地说，它给现代工业领域带来了一次的技术革命。目前，单片机以其高牢靠性、高性能价格比，在工业掌握系统、智能化仪器仪表、办公自动化、日常生活用品等诸多处处都可见到单片机的踪影。由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上很多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。如单片机家族MCS—51PIC片机芯片，是构建我们不同的设计系统的最正确选择。早期单片机大多构造体系，指令简单，指令代码、周期数不统一、指令运行MCS－511不如通用计算机系统或数字信号处理对指令运行速度的要求，但速度的提高会带来很多好处，并拓宽单片机应用领域。一方面可获得很高的指令运行速度，另方面，在一样的运行速度下，可大大降低时钟频率，有利于获得良好的电磁兼容效果。。单片机的特点及应用应用在检测、掌握领域中，具有如下特点：备及各种智能仪器仪表。的，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比较的。功能很强，指令系统有各种掌握功能用指令。可以很便利地实现多机和分布式掌握。②单片机的应用范围很广，在下述的各个领域中得到了广泛的应用：工业方面 各种测控系统，数据采集系统，工业机器人，智能化仪器，7机、电一体化产品。智能仪器仪表方面 应用在智能仪器、仪表方面，不仅使传统的仪器仪表发生根本的变革，也给传统的仪器、仪表行业改造带来了曙光。通讯方面 调制解调器、程控交换技术。民用方面 电子玩具、录像机、激光唱机。与掌握方面 掌握、智能武器装备、航天飞机导航系统。各种计算机外部设备及电器方面 硬盘驱动器、彩色与黑／白复印机，磁带机等。单片机都发挥着格外重要的作用。单片机特点及构造8K节可编程可擦出只读存储器。使得为众多掌握应用系统供给高敏捷、超有效的解MCS－5140P18双向I/O口,此外，从内部构造图也可看出，其引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和3.1明如下：①VCC：供电电源。②GND：电路地。③P0〔P0.～P0.78I／OI／O总线低8位及数据总线分时复用口，可以驱动8个TTL负载。一般作为扩展时的P0/数据复用时不用接上拉电阻。④P1P1.0～P1.7：为8I／O为输入线或输出线〔14TTL⑤P2〔P2.～P2.78I／OI／OI／O4TTL8位复用口。⑥P3〔P3.0～3.78I／O4TTL3.1⑦RST：RSTI/O1RST80.5V平，以保证单片机的正常工作。⑧XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。P1.0P1.1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5(WR)P3.6(RD)P3.7XTAL1XTAL2GND3.1P3P3功能P3.0RXD(串行输入端口)P3.1TXD(串行输出端口)P3.2INT0(0)P3.3INT1(1)P3.4TO(0P3.5T1(1140VCC239P0.0338P0.1437P0.2536P0.3635P0.4734P0.5833P0.6932P0.71031EA/Vpp1130ALE/PROG1229PSEN1328P2.71427P2.61526P2.51625P2.41724P2.31823P2.21922P2.12021P2.0图3.1 引脚构造图805151全都。复位电路设计CPUCPUCPU9用户在设计完单片机系统,并在试验室调试成功后,在现场却消灭了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不行靠引起的。CPURSTRSTCPU位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。VCCVCCC3VCC1uFRESETRSTVCC1uF10kSTC89C5210kGND图3.2手动按钮复位电路 图3.3上电复位电路Vcc续两个机器周期以上的有效时间，就可以使单片机上电复位。上电复位的工作过VccVccRST高电平信号必需维持足够长的时间。上电时，Vcc10ms，在图2RST0V由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期“l”态。假设系统在上10PCCPU可能会从一个未被定义的位置开头执行程序。RST〔3.2〕。Vcc则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的要求。步进电机电路设计本系统最重要的环节是对步进电机的掌握。步进电机是一种感应电机，是一种将电脉冲转化为角位移或线位移的执行机构。它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序掌握电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，在非超载的状况下，电机的转速、停顿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3～5%而且无累积误差等特点，使得在速度、位置等掌握领域用步进电机来掌握变的格外的简洁。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像一般的直流电机在常规下使用。步进电机的特点速的目的。对于步进电机有以下特点：组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机相电流随频率或速度增大而减小，从而导致力矩下降。叫声。步进电机有一个技术参数叫空载启动频率，即步进电机在空载状况下能够正常启动的脉冲频率，假设脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的状况下，启动频率应更低。假设要使电机到达高速转动，脉冲频率应当有加速过程，即启动频率较低，然后按肯定加速度升到所期望的高频〔电机转速从低速升到高速。③步进电机的保持转矩是指通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是11步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。④步进电机必需加驱动才可以运转，驱动信号必需为脉冲信号，没有脉冲的〔称为步角〕转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。⑤步进电机具有瞬间启动和急速停顿的优越特性。仪，机器人等设备都以步进电机为动力核心。步进电机的具体掌握方法3.43.4四相步进电机工作原理图中间局部是转子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。当定子的一个绕组通电时，将产生一个方向的电磁场，假设这个磁场的方向和转子磁场方向不在同一条直线上，那么定子和转子的磁场将产生一个扭力将定子扭转。依次转变绕组的A->B->C->D电机的驱动原理。方式。单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高掌握精度。单四拍、12双四拍与八拍工作电源通电时序与波形分别如图3.5所示。单四拍 双四拍 八拍图3.5步进电机工作方式28BYJ48DC5V。当对步进电机施加一系列连续不断的掌握脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态转变一次，也就对应转子转过肯定的角。当通电状态的转变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单〔单相绕组通电〕四拍〔A-B-C-D-A„〕，双〔双相绕组通电〕四拍〔AB-BC-CD-DA-AB„〕，八拍〔A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A„。28BYJ48型电机是4相5线的步进电机，而且是减速步进电机，减速比为1：64，5.625/6414343算出掌握速度。步进电机驱动电路设计ULN2003达林顿大电流阵列驱动，固然，使用下拉电阻或三极管也是可以驱动的，只不过NPN2.7K的5VTTLCMOS5VTTL500mA，并且能够在关态时承受50V的电压输出,还可以在高负载电流并行运行。正是它具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载力量强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。像单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等掌握电路中。也可直接驱动继电器等负载。ULN2003DIP—16ULN20033.6所示。13IN1IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7GND12345678ULN200316OUT115OUT214OUT313OUT412OUT511OUT610OUT7GND9COM3.6ULN20038：接地端。9：接电源端。引脚10：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。引脚11：脉冲信号输出端，对应6脚信号输入端。引脚12：脉冲信号输出端，对应5脚信号输入端。引脚13：脉冲信号输出端，对应4脚信号输入端。引脚14：脉冲信号输出端，对应3脚信号输入端。引脚15：脉冲信号输出端，对应2脚信号输入端。引脚16：脉冲信号输出端，对应1脚信号输入端。I/O3.7149116M4215M3314M2413M15121110VCCULN2003P1.0VCCULN2003P1.0P1.1P1.2P1.381234567GND1B2B3B4B5B6B7BCOM1C2C3C4C5C6C7C5VP1.3P1.2P1.1口，蓝色接P1.0口。由于单片机接口信号不够大，需要通过ULN2003芯片放3.23-2中可以定义电机的旋转相序如下：ucharcodeCCW[8]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09}; 旋转相序表。ucharcodeCW[8]={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08}; 旋转相序表。3.2步进电机旋转相序AP1.3BP1.2CP1.1十六制〔P1口〕10000x0811000x0c01000x0401100x0600100x0200110x0300010x0110010x0915显示电路设计LCD有配置其他高端显示器的。前者价廉，配置敏捷，与单片机接口便利；后者可进展LED显著特点：①微功耗：工作电压低，工作电流只有十几个微安。②体积小：安装时占用面积小，减小了设备的体积。③寿命长：LED码管既便利又经济。LED3.8二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管87个发光二极管构成字型“8”的各个笔划〔段〕a～g，dp极管。当在某段发光二极管施加肯定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则LED数码管构造及代码显示码的译码驱动。本系统承受软件译码，以减小体积，降低本钱和功耗，软件译码的另一优势还在于比硬件译码有更大的敏捷性。所谓软件译码，即由单片机软件LED8”7113.8163.8LEDa～dp连接，„„D7dp3.33.3各段码位的对应关系段码位D7D6D5D4 D3D2D1D0显示段dpgfe dcbaPNVFIF大。工作电流一般在5mA～20mA。从系统整体考虑，选用的是3.6LED管。LED8VD1VD88我们将这些二极管连接适宜的电压时，相应的二极管就会导通而发光，从而使数47BCD3.4所示。17输入输出表3.4 BCD输入输出DCBAFaFbFcFdFeFfFg字形00001111110000101100000010110110100111111000010001100110101101101101101011111011111100001000111111110011111011数码管驱动电路计数脉冲为了使LED数码管点亮，还需要数码管驱动电路。由于升天线杆的时间是4343S74LS192NE55543S承受74LS487段数码管上显示数字3.9计数脉冲3.9显示电路的工作过程1HZ11843S包括对二进制数的从编码和显示，74LS4843S3.10图3.10 计数模块电路74LS192功能。首先预置数，令置数状态时输出值为43，也就是D3、D2、D1、D00100PL043PL1U1DN端〔计数脉冲输入端〕与U2TCD〔借位输出端〕相连，此时U1U243MR0NE555U2DNNE5551S74LS192个脉冲时，将产生1S的倒计时，输出的结果将由后级电路处理，最终由数码管显示出来。19R28R28U320k4RCVQ31HZ脉冲输出端DC75CVC1O.O1uFR162K2DTRGTH6C21NE55510uF3.111HZU87126453ABCDBI/RBORBILT74LS48QAQBQCQDQEQFQG1312111091514VCCNE5551；24〔0.7V〕555器直接复位；5脚为电压掌握端，在此端外加电压可以转变555定时器内部比较器0.01uFU87126453ABCDBI/RBORBILT74LS48QAQBQCQDQEQFQG1312111091514VCC图3.12 数码管接线图20U9U107 ABC6 DBI/RBORBI3 LTQAQBQCQDQEU9U107 ABC6 DBI/RBORBI3 LTQAQBQCQDQEQFQGABCDBI/RBORBILTQA 13QB 12QC 11QD 10QE 9QF 15QG 14U4121110974LS4874LS48U5:AVCCVCC2 13574LS04 432VCC4078R2U1U2U320k15 D01 D110 D29 D3Q0Q1Q2Q3326715 D01 D110 D29 D3Q0Q1Q2Q3326784RCCVQ3DC7541114UPDNPLMRTCU12TCD135输入计数脉冲41114UPDNPLMRTCUTCD12135CVC1O.O1uFR162K2D674LS19274LS192TRNGTHC21 NE55510uFU4:B0111J SQ913U4:ACLK412K73RQJ SQ574LS11214CLK12KRQ674LS1125手动复位手动开头1电路原理图137121112106941551433.13显示局部电路图显示电路总体工作过程如下：①电路运行时，假设按下手动复位键，则JKQ0，此时计数PL〔置数端低电平有效〕0JKAQ1，PL1，此时计数器在计数脉冲的作用下开头工作。以作为暂停开关，断开开关，计数器就会暂停工作。099，JKBCLK1OQ1，MR〔清零端，高电平有效〕保持211043。语音电路及继电器电路设计语音电路将承受YF1600芯片来完成放音功能。它的录音采样频率固定为12KHz。当录音时LEDLED4Hz①MIC：焊接咪头，有正负极之分。816〔没有正负极之分。2.4-5.5V5VLED：录音时长亮，放音是闪耀状态。1：按下按键〔触发后，才会停顿。2：始终按住后始终录音，松开马上停顿。环播放直到松开后才会停顿播放。工作过程中每次按下都会重头开头播放。在使用过程中应当留意电源质量，假设使用的电源不是很抱负，则可以增加603.14YF1600YF1600LED+LED-放音2+MIC+MIC-LS1放音1-放音1+录音1-录音1+SPEAKSPEAKSOUNDERVCCGND录音2+录音2-3.14录音芯片电路图之间的桥梁。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点等组成。只要在线圈两端加上肯定的电压，线圈中就会有电流流过，从而产生电磁效应，衔铁就在电磁力吸引的作用下抑制反弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点〔常开触点〕吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消逝，衔铁就会在弹簧的22〔常闭触点〕吸合。这样3.153.15两路继电器电路三极管选用8550三极管，驱动力量强，基极电阻为1K欧，电源工作电压为5VVD1VD2电压损害三极管。高电寻常三极管导通，继电器分得电源电压的大局部，到达开启电压继电器闭合。低电寻常三极管截止，流过继电器的电流很小，不能闭合。5vLED单片机驱动外界负载通常都承受灌电流方式以从电源灌入更多的电流来增加驱动力量，而不承受直接电压驱动，这样会使驱动电流太小，带不动负载，所以此P2.0P2.1PP0V左右，使三极管处于截止状态，继电器线圈不得电；当P口输出低电寻常，相动作。当电源接通时，绿色指示灯亮，每路继电器工作时红色指示灯亮，以此来显示工作状态。234升降天线杆系统软件设计ucharcodetable1[]用来存储流水灯驱动码，ucharcodeCCW[8]用来存储步进电机脉冲驱动码。然后通过查表指令在循环程序中实现读取数据中的每一位驱动码，进而通过单片机的输出引脚去掌握4.1。24为了实现要求，按下上升按键后，天线杆匀速上升，同时流畅地演奏国歌；上升到最高端时自动停顿上升，国歌停奏；按下下降按键后，天线杆匀速下降，降天线杆的时间不放国歌，下降到最低端时自动停顿，且能在指定的位置上自动下端上升到顶端；降天线杆不演奏国歌，同时，从杆的最上端下降到底端；可以避开误动作，天线杆在最高端时按上升键不起作用；在最低端时，按下降键不起作用；能在指定位置停顿，且停顿后能连续通过按键掌握天线杆连续升或降。帜4.2返回升旗升旗LED继电器动作、时间显示上升到顶端降下键？N降下键？YLEDLED灯亮下降到底端返回图4.2升降天线杆处理子程序流程图LED发光二极管轮番C十六进制值定义成数组，然后承受循环语句在循环中一步一步的查询数组中的值电路播放国歌。当需要在指定的位置上停顿时，承受C25主程序主要实现延时功能和掌握继电器动作。附录A电路原理图1RRE1DSNULOSV50CC AAMMSSCDVG音录F +-22YLL音音1111放放音音音音放放录录音录645P8止停CQVDD80ER7L3D2DELRD1 2N E RNG1 L17DDE70LR72I6DDE60LR7232旗升旗降1P5DDE50LR72DGCVQ1DDEL33333333 22222222 11111111R14DDE40DDDDDDDD AA111311DD010TRD8R 1LR7AAAAAAAA /0/1AAAAAA XXNN/4/5W/ N1122223////R//I/I/.3.3/6PPPPPPPPPPPPPP....PP3333.3. 1EPPPPPPDLI图理原路电3DDE30LR721L