自動控制升降旗系統的設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 1B 21 OUT1B 粉 2A 2 OUT2A 橙 2B 5 OUT2B每通道的輸出電流可以有 4 種狀態，這為步進電機提供了多種控制方式，可實 現“ 整步（FullStep）” 、“ 半步（HalfStep）” 、“優化半步（Modified HalfStep）”等工作模式。：圖 步進電機不同控制模式的時序圖本次畢業設計采用“整步（FullStep）”工作方式。實現本系統的控制，關鍵在于將國旗升降高度與控制電機的轉向及回轉角度對應起來，二者緊密配合，最終實現對國旗升降的運動控制。控制電機的轉向就可以控制國旗上升和下降，為了準確實現可變的時間和高度控制的勻速升降，需要精確計算在一定人眼不能識別的時間內的步進電機的脈沖數。步進電機我們選用“整步”工作方式，㎝，完全符合精度的要求。高度可調步長為1㎝，可調時間間隔為1s。在程序設計中，我們運用時間精度很高的SPGT62C19B產生4KHz的中斷脈沖送給單片機的外部中斷IRQ4。在整個上升或下降過程中，高度（high）為總高度，可通過公式：步進電機要轉動的總步數： 總步數=高度（high）/；分次轉動的次數為： 次數=總時間（time）*32；每（1/32s）走的步數： 步數=總步數/次數；除后余數的步數為： 余步數=總步數%次數。這樣步進電機在轉動時需要沒1/32s走一次，系統不可避免地會出現余數的現象，這里我們采用插補補償的方法來解決這個問題。處理思路為：我們分兩種情況考慮，當余步數為0時，每次按計算的步數運轉一定的次數就能滿足要求；當余步數不為0時，先在循環程序中分余步數次運轉步數的基礎上再加一次，然后再按正常的步數轉動。開始運動時打開外部中斷，結束后等待中斷到來再進入下一次循環。上升和下降的原理類似。在步進電機運動的過程中，實時顯示運動時間和所在位置，并不斷保護現場數據，存放于SPGT62C19B中。國旗運動的控制：在主程序中，系統的按鍵共有3個，其中上升鍵、下降鍵為優先掃描鍵，開始鍵則為高級中斷鍵。1)“上升鍵”按下時，對SPCE061A輸出播音控制信號播放國歌，國旗經43s的時間勻速上升至旗桿頂端，國歌播放完畢。此時程序只掃描下降鍵，下降鍵按下有效時，國旗經43s的時間勻速下降至地端。2)“下降鍵”按下時，此時程序只掃描下降鍵，下降鍵按下有效時，國旗經43s的時間勻速下降至地端。3)“開始鍵”何條件下都有效，當按下時，系統會恢復原始狀態。此鍵主要用于程序跑飛的情況下。上述的按鍵，不同的優先級是它們具有不同的使能有效時段，這樣在操作過程中不會因為誤操作而產生影響。掉電現場的保護主要包括兩個方面：一是斷掉電后國旗位置不變，二是斷掉電之后重新合上電源，旗幟所在的高度數據顯示不變。前者的保護措施是通過使用電磁閥緊急滯動來實現，為了保障斷電后再次加電時，國旗所在的高度和數據顯示不變。在每次中斷數據改變時，把國旗所在的精確位置和狀態寫在SPGT62C19B芯片中。在下次上電時，首先讀SPGT62C19B芯片的數據，檢查國旗所在的位置。細分狀態如下：1)如果在0cm位置，不做處理。2)如果在86cm位置，此時為升旗狀態上升的最高點，查詢下降鍵，等待下降鍵按下。當下降鍵按下時，國旗經過43s的時間勻速下降至0cm最低端處。3)當下降鍵按下時，國旗從最高點86cm，后經過43s的時間下降至0cm最低端處。這整個過程中，所存的位置數據一定要精確，確保不出現誤差積累現象。用SPGT62C19B模組提供的 4位共陰極 LED 數碼管做顯示器，數碼管采用 ULN2003A 為其提供驅動電流ULN2003A 是 7路達林頓三極管陣列，這里用到了其中的 4路，分別連接到數碼管的 4個位選腳 G1~G4。G1~： 數碼管設置列表G1G2G3 G4 時間十位時間個位高度十位高度個位1) GG2數碼管分別顯示在某一種運行狀態下，運動的時間，上升和下降時間不累計。時間以s為單位，當高位為零時自動消隱。2) GG4數碼管顯示此時國旗所在高度，以cm為單位。當高位為“0”時，只顯示中間的行線，不消隱。數碼管顯示接口包括 “段控制” 接口和“位控制” 接口。它們在模組中被標示為 “J1” 和“J2”?？梢杂?10PIN 排線將模組的 J1與 61 板的 IOA 低 8 位（即 61 板的 J8）相連，模組的 J2 與 61 板的 IOA 高 8 位（即 61 板的 J9） 相連。連接時要注意模組接口標示為“VDD”的腳應與 61 板接口標示為“+”的腳相對應，不能接反。用凌陽SPCE061A板的三位按鍵，作為鍵盤輸入寄存器，并入串出接口芯片串行接入到單片機。： 按鍵操作說明表1號2號3號開始鍵上升鍵下降鍵當按下KEY1開始鍵時位置顯示為0，則不處理可以按鍵；當位置顯示86cm，表示上次斷電時國旗在頂端，此時升旗無效；必須先按下下降鍵把國旗降下，才能進行其它功能操作；按下下降鍵，國旗降至底端，才能進行其它功能操作；開機后，國旗自動下降至底端，開始進行其它功能操作。1)升旗國旗在非運動狀態下的最底端時，按下KEY2上升按鍵后，國歌起，國旗緩緩上升， GG2兩位數碼管顯示工作時間，GG4兩位數碼管顯示國旗所在位置，43s后到達頂點，國歌停，國旗停止，運動時間顯示43s，位置顯示86cm，鍵號只顯示中間的橫線。此時除下降鍵以外的其它鍵都不工作，等待下降鍵按下。2)降旗當KEY3下降鍵按下時，運動時間顯示0s，國旗開始勻速下降，43s后到達低端，下降時國歌不播放。第4章 自動控制升降旗系統的軟件設計整個系統的主要任務是執行升旗、降旗、國歌播放、計時，計算高度并顯示國旗實時運行時間及所在高度等功能，這樣系統軟件設計就可以分塊完成。系統上電后進行初始化，上升鍵按下時，電機正轉，裝載國歌語音模型，定時計數器TimerA開始計數，計數器每加1s，國旗高度計算一次，高度加2cm，時間高度數據送入顯示子程序，LED顯示子程序開始掃描數據并顯示，上升到最高處86cm處，電機停轉，國歌停奏，按下下降鍵時，電機反轉到最低位置0cm處停止，并實時顯示國旗運行時間及所在高度。： 系統主流程圖該子程序的主要功能是實現國旗運行的計時，寄存器IRQ5入棧讀入數據，判斷是否為2KHZ中斷，是則對升降國旗的時間進行計時，同時可作為國歌播放時間，使用定時計數器TimerA進行計數，計數到43s時電機停轉，中斷返回到主程序。： 計時子程序流程圖該子程序的主要功能是實現國旗時間及高度的顯示，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進制數要首先取段碼，然后送顯示單元。在發生中斷和等待中斷時，都對顯示子程序進行了調用，完成了實時顯示的要求。本設計的顯緩單元為Ox702d存儲單元Ox0040，采用四位LED顯示，先把要顯示的數據存入對應的顯緩單元，然后查表取段碼，將段碼經IOB1~IOB4口送給LED顯示，四位位選碼由IOB5~IOB8控制。： 顯示子程序流程圖該語音子程序要求演奏國歌，其時間為43秒鐘，所以選用的語音芯片其錄放時間應大于43秒鐘，即在此選用語音芯片spy0300，其錄放時間為60秒，完全符合本設計的要求，我們把國歌音樂裝載在spy0300語音芯片中，然后初始化語音子程序，獲取國歌語音數據，在運行環境下初始化SACM_S480類型語音模式，就緒后播放國歌，解碼并填充隊列將國歌的語音數據加載到SACM_S480播放文件中，否則沒有數據。等待國歌播放完畢中斷返回主程序。： 語音子程序流程圖第5章 系統調試與結果分析整個系統搭接完畢，首先對硬件進行檢查聯線有無錯誤，再逐步對各模塊進行硬件調試。由于本設計采用的是整體的61板及電機模組，因此，在硬件調試部分只要將61板自檢程序及電機模組自檢程序下載到各自的核心芯片中，運行后61板可以進行國歌播放，電機模組的電機可以正反轉，LED可以顯示時間高度就證明硬件調試成功。首先寫入電機控制小程序，控制其正反轉，停機均正常。根據高度加入步長脈沖調試，其控制升、降旗以及與語音子程序同步均符合要求。加入按鍵和顯示時間、高度子程序，均正常工作，通過編碼，可實現升降旗與停止功能。音樂播放程序調試過程:1) 在網絡上找到播放一遍的國歌，再用凌陽公司提供的Compress 2) 新建一個工程 ex3_S480_Auto，在工程里新建 文件和 文件。 3) 拷貝頭文件：把 和 兩個文件拷貝到 ex3_S480_Auto 工程文件夾。 4) 拷貝支持文件：把 、 兩個頭文件和 匯編語言文件拷貝到 ex3_S480_Auto 工程文件夾。 5) 拷貝庫文件：把 sacmv26e 語音庫文件（文件名為：）拷貝到ex3_S480_Auto 工程文件夾。 6) 拷貝資源文件：可以在 IDE 的安裝路徑 \SPCE061A\VoiceExa\ex3_S480_Auto\Voice ,把這個語音資源文件拷貝到 ex3_S480_Auto 工程文件夾。 7) 從工程文件夾當中，添加剛剛拷貝的音樂資源文件到 ex3_S480_Auto 工程。 8) 包含 庫到 ex3_S480_Auto 工程中。 9) 添加 。 10) ， 。11) 按照程序流程圖編寫程序。 12) Rebuild All，出現沒有定義 T_SACM_S480_SpeechTable 的錯誤。 13) 在 文件中定義語音資源表和語音播放順序。 14) Rebuild All，如果沒有其他錯誤，下載程序到實驗箱。把 J8 中（DAC1）的跳線設置為靠近DAC1 字樣的兩個引針短接。運行程序，根據實驗箱播放的音樂判斷是否符合實驗要求。 電機模組軟件調試過程與上述過程類似，因此不再贅述。系統綜合調試：上電后，對系統復位，然后設置狀態，在運行過程中發現存在有一定的誤差，經過反復調試，發現誤差出現的原因是由于步進電機轉軸、滑輪直徑以及轉角都存在著一定誤差，使實際值與理論值之間總會有些誤差，經過反復調試，最后增加了實際脈沖數，結果問題解決，實現理想功能。本次設計任務對軟件編寫調試的能力要求相對較高，程序調節是否順利決定了實習進度。 由于初次接觸61的編程，所以在實習初期我們主要是學習和認知61的板以及61編程的基本知識，這是個學習深入的過程。 在對編程基礎知識了解后，基于對題目要求的理解和思考，我們確定實現方案。可以通過簡單的I/O操作實現國旗的升降、語音播放功能；配合SPCE061A的語音特色，利用系統的語音播放和語音資源，實現國歌播放的功能。 這個方案的確定是在查閱了，61資料“步進電機控制實驗”的實現程序后得到的思路。基于對現有程序框架的理解。當然，程序的調試是不可能一兩次就能成功的。這其中遇到的問題有很多，其中就有硬件的問題以及對61編程的知識的理解的不夠而出現的調試困難。根據設計題目要求，下面兩項測試是必須要完成的內容，從測試的結果看，都達到了題目的基本要求和發揮要求，旗幟運動的參數都在要求范圍內，而且所有的運動均在規定的時間內完成。各項的測試情況如下：升旗時間和位置測試以測試國旗上升的運動時間和所到達位置為例，檢測運動是不是勻速運動，實際位置和理論位置是否對應，升旗43s到達86cm的位置和時間是否精確，： 升旗時間和位置測試理論位置（cm）實際位置（cm）誤差值（cm）理論時間（s）實際時間（s）誤差值（s）降旗時間和位置測試以測試國旗下降的運動時間和所到達位置為例，檢測運動是不是勻速運動，實際位置和理論位置是否對應，降旗43s到達0cm的位置和時間是否精確，： 降旗時間和位置測試理論位置（cm）實際位置（cm）誤差值（cm）理論時間（s）實際時間（s）誤差值（s）誤差分析上述的各項運動測試中，盡管都在規定的允許誤差范圍內，但還是存在著一定的誤差，可以從以下幾個方面對誤差產生的原因進行分析：1) 滑輪的半徑理論上滑輪的直徑＝，機械加工上精度有限不能達到理想要求，不可避免地為后面地計算帶來誤差。2) 軟件計算中的誤差在讓單片機進行的計算中，尤其是在軟件計算處理中，對于將行進距離折算到步進電機的步進脈沖數時，都會在計算的