国旗自动升降装置的设计

韩鸿雨 章洪博 刘振安 王晓燕

引言

传统的国旗升降存在国歌的播放与国旗上升步调不一致，易受环境因素影响等弊端。为了消除国旗升降中的众多问题提高升旗质量和效率，如何实现国旗升降完全自动化已日益迫切。

本设计以弘扬爱国精神为初衷，围绕五星红旗功能进行展开，解决了即使在人力所不能及的地方，五星红旗也能飘荡在蔚蓝的天空的问题，为祖国70周年献礼。该项目是基于51单片机设计的国旗升降系统，单片机与蓝牙模块和电机驱动模块连接，用手机app通过蓝牙连接单片机的蓝牙模块，向单片机发送数据来控制电机驱动模块，从而达成升降国旗的目的。

1.    国旗自动升降装置基本功能

该系统能够自动控制升旗和降旗，升旗时，在旗杆的最高端自动停止;

国旗的升降用的是精确控制的步进电机，拥有蓝牙控制和语音播放的功能，可以自由的控制国旗的升降，以及自由选择并显示国旗的上升（或者下降）的高度以及时间，国歌转换为数字量预先存入单片机，具有蓝牙遥控升、降旗及停止功能。

半旗状态（根据《国旗法》）。升旗时，按上升键，奏国歌，国旗从最低端上升到最高端之后，国歌停奏，然后自动下降到总高度的2/3高度处停止;降旗时，按下降键，国旗先从2/3高度处上升到最高端，再自动从最高端下降到底之后自动停止，国歌停奏。升降旗的时间均为43秒钟，与国歌的演奏时间相等，同时，旗从旗杆的最下端上升到顶端。降旗不演奏国歌，同时，旗从旗杆的最上端下降到底端。

不论旗帜是在顶端还是在底端，关断电源之后重新合上电源，旗帜所在的高度数据显示不变。

2.    本设计的系统主要由单片机STC89C52作为升降旗系统的控制核心，实现键盘控制、液晶显示、语音以及蓝牙控制等几个部分，即该系统主要包括电机驱动模块、LED指示灯、键盘与显示模块、语音模块及蓝牙模块等几个部分。本问设计的系统的控制器采用STC公司的STC89C52，因为考虑到编写的繁简程度，所以在此使用C语言进行软件编写，这样可以大大提高程序编写时的效率。

3.    基本模块的选择

（1）     单片机模块：STC89C52单片机，有40个引脚，4个 8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5 个中断源，2个优先级，2个 16位定时/ 计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器（掩膜ROM），和 128B的数据存储器（RAM）组成。

（2）     電机驱动模块：ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，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。ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封装。

（3）     升降旗按键与指示灯电路设计：在本设计中使用了2 个按键分别控制国旗的升降，相对应有两个升降旗的指示灯。当按下升旗按键时，红色LED灯亮，当按下降旗按键时，绿色LED指示灯亮。

（4）     显示模块：液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各种小系统中得到了更广泛的应用。本设计中使用的液晶显示模块是LCD1602。LCD1602是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容量为2 行16字。

（5）     语音模块电路设计：因为本设计要求演奏国歌，其时间为43秒钟，所以选用的语音芯片其录放时间应大于43秒钟，即在此选用语音芯片ISD400408，其录放时间为60秒，完全符合本设计的要求，我们把国歌音乐录制在ISD400408语音芯片中，然后用它的单次播放功能播放国歌。

（6）     蓝牙模块：BT06蓝牙模块是专为智能无线数据传输而打造，遵循V3.0蓝牙规范。

本模块支持UART接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。

4.    系统软件设计

单片机系统是整个自动控制升降旗系统的核心部分，它主要用于键盘按键、步进电机控制国旗的升降以及与国歌的同步、升降旗时间调整等。主要包括STC89C52单片机、步进电机、步进电机驱动器、液晶显示芯片LCD1602与集成语音芯片、HC-06蓝牙芯片等器件组成。软件编程在Keil uVision4环境下，采用C语言进行编写。

软件主要包括：系统主程序、降旗子程序、升旗子程序。开始启动主程序，当按下按键后，对升旗或者降旗指令做出电机旋转方向会做出相应的反应，语言芯片选择是否播放，LCD实时显示国旗的高度。

总结

在本次设计中，以STC89C52为控制核心，设计并制作了一套国旗升降装置，实现了国旗升降的自动化，有效减小了人工升旗时出现故障或者误操作等尴尬局面的产生。该装置通过按键控制国旗的升降，升旗的同时伴随国歌演奏，实现了对升旗与国歌同步的精准控制，避免了人工升旗时与国歌不同步的难题，在升降国旗时分别对应不同的指示灯，同时还能在LCD显示屏上显示国旗升的实时高度。应用蓝牙技术，可通过手机app对系统进行操作。该装置具有体积小、维护方便、控制精准、成本低等优点。

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基金项目：西北民族大学电气工程学院“双E”大学生科研创新项目，项目编号：20191912