天线杆自动升降控制系统设计说明书.doc

天线杆自动升降控制系统 设 计 说 明 1 引言 随着科技的发展，许多设备都趋向自动化，而天线杆升降也在向自动化方向发展。为了实现这一功能，本系统采用单片机作为主要控制单元，以步进电机作为升天线杆的动力，独立式键盘作为输入,通过LED显示器显示系统信息。系统通过单片机的I／O口发出信号到步进电机控制器，进而控制电机的正转和反转。通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： 按下上升按键后，天线杆匀速上升，在杆的最高端自动停止；按下下降按键后，天线杆下降，在最低端不需要人为操作能够自动停止，从而使操作简单化。升降由电动机驱动，该系统的控制按键有上升键、下降键、复位键、停止键等。 升天线杆时间为43秒，同时从杆的最下端上升到顶端。可以避免误动作，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。 1.1背景 在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。单片机的应用具有范围广的特点，对各个行业的技术改造和产品智能化的更新换代起着重要的推动作用。在实时自动控制单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用， 图2.1 按键时的抖动 2.2 总体电路框图设计 根据设计要求，该系统以单片机为核心，由6MHZ的晶振提供时钟输入，同时与晶振相连的独石电容采用30pF的电容，复位电路采用手动按钮复位以让单片机恢复到初始设定状态。复位的电解电容容量为1uF。当需要复位时可采用此方法实现。通电时振荡电路产生时钟信号输入单片机，此时单片机开始扫描程序。当键盘有输入时，单片机开始按照设定的程序执行输出操作。 当上升键按下时，单片机同时给继电器和步进电机发出指令，步进电机正转，带动帜上升。继电器1常开触头闭合，接通语音电路，延时一定时间后继电器2的常闭触头分离，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秒结束时继电器1失电，按下上升键帜也不再上升；当按下下降按键时驱动电机反转带动帜下降，同时继电器1不动作，语音电路不工作，降天线杆语音不再播放。继电器2经过一段延时后恢复原始状态，接通上升键与单片机之间的连接，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转动。系统的电路框图如图2.2所示。 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，为此设计将采用单片机电路作为控制器，用它来控制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息的显示。为了让升天线杆和降天线杆的过程更加逼真，设计将采用8位绿色LED发光二级管排成一排来指示升天线杆和降天线杆的状态，升天线杆时8位发光二级管从下向上依次轮流点亮，表示电机正在正转，帜正在上升；相反，降天线杆时8位发光二极管从上到下依次点亮，表示电机正在反转，帜正在下降。当灯不再依次点亮时，表示系统停止工作。 3.1 单片机电路设计 随着电子技术的迅速发展，特别是随着大规模集成电路产生而出现的微型计算机，给人类生活带来了根本性的改变。单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件像中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/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。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器。 3.1.1 单片机发展概况及发展方向 单片机的出现使现代科学技术研究得到了质的飞跃，可以毫不夸张地说，它给现代工业领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、智能化仪器仪表、办公自动化、日常生活用品等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走入普通家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到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，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。如单片机家族中的主流产品MCS—51系列，还有最近推出的PIC和凌阳系列都是比较优秀的单片机芯片，是构建我们不同的设计系统的最佳选择。 早期单片机大多结构体系，指令复杂，指令代码、周期数不统一、指令运行很难实现流水线操作，大大阻碍了运行速度的提高。例如MCS－51系列单片机，时钟频率12MHz时，单周期指令运行速度仅1秒。虽然单片机对运行速度要求远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许多好处，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，在相同的运行速度下，可大大降低时钟频率，有利于获得良好的电磁兼容效果。 专用单片机是专门针对某一类产品系统要求而设计的。使用专用单片机