全自动可遥控旗帜升降系统的设计.doc

全自动可遥控旗帜升降系统的设计 摘要： 全自动可遥控旗帜升降系统以AVR单片机为核心，由PWM对电机进行变频调速，高精度光电编码器测速，闭环式电路控制。能够利用按键输入相应的指令控制旗帜的升降，还可以实现在特定位置停留的功能。利用LCD可以显示旗帜的实时高度和相应的控制命令，用LED指示旗帜是否处于半旗状态，具有语音提示报警功能，并可利用无线模块实现遥控功能，准确均匀地实现旗帜的升降。 关键词：PWM调速 无线数据传输 MP3解码 码盘 闭环控制 STA013 系统特性 PWM变频调速 利用L298和PWM配合可以对电机实现高精度的速度调节。 高精度光电编码器测速 具有最小7.5度的角度精度。系统精度高达0.05MM. 闭环式控制 PID算法 利用PID算法构成的闭环式控制电路具有精度高，实时反馈等优点。 高速无线数据传输 以MEGA8为核心，使用cc1000芯片,速度高达38400bps。 MP3解码芯片的应用 利用STA013芯片对MP3进行解码，实现音乐的播放与控制。 语音提示与报警功能 采用高达1G容量的SD存储卡 系统采用高达1G的SD卡存储MP3及各种音频数据，容量大。 利用非接触式霍尔传感器进行上下限位 128*32LCD显示系统信息 系统框图 方案比较与论证 电机的选择 方案一：采用步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，具有精度高易调控的特点。但是步进电机的力矩会随转速的升高而下降，调速潜力不大。并且低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。所以放弃使用步进电机。 方案二：采用减速电机+闭环控制 减速电机是减速器与电机联体，相对于步进电机具有高效率、传递力矩大、可靠性高等显著优点。但是如果采用开环的控制方式精度不高。为了提高它的精度，我们采用减速电机+闭环控制的方案。闭环控制利用PID算法通过检测电机速度对电机进行实时的调节，从而提高系统的调节精度。 电机升旗方案 方案一：采用恒速上升的方案 使用步进电机 如果采用恒速上升的方法则只需要测定启动初期的速度即可，上升过程中不进行测速。但是系统处在外界，难免会受到各种因素的影响，如果旗帜在上升的过程中受到影响速度改变的话就会使升旗出现误差。所以这种方式虽然简单但是非常不稳定。 方案二：闭环控制 PID算法 闭环控制是从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以也叫负反馈控制。 PID是比例,积分,微分的缩写。它是本系统实现闭环控制的核心。 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。 本系统采用PID算法，适当的调节比例,积分,微分的份额，实现闭环控制电动机的速度以保证旗帜准时升到顶。 相关原理图如下： 速度测量方式 方案一：单脉冲计数 单脉冲计数的方式是电动机每转一周，系统就获得一个脉冲。这种计数方式虽然比较简单，但是它的精度不够高。 方案二：透过式高精度光电编码器（码盘） 原理图如图所式： 码盘从光电对管中间穿过，马盘上有很多细线，细线将马盘均匀的分割开。本系统采用的码盘共有48条阻隔线，所以电机每转过7.5度系统就获得一个脉冲。电动机与码盘相连的轴直径为0.800MM，所以系统的位置测量精度高达0.005MM。根据速度等于位移变化量除以时间间隔的计算公式可以高精度地测量电机速度从而判断是否需要调速。 方案三：反射式码盘开关 反射式码盘开关的原理与透过式码盘开关的原理类似