國旗自動升降裝置的設計

韓鴻雨 章洪博 劉振安 王曉燕

引言

傳統的國旗升降存在國歌的播放與國旗上升步調不一致，易受環境因素影響等弊端。為了消除國旗升降中的眾多問題提高升旗質量和效率，如何實現國旗升降完全自動化已日益迫切。

本設計以弘揚愛國精神為初衷，圍繞五星紅旗功能進行展開，解決了即使在人力所不能及的地方，五星紅旗也能飄蕩在蔚藍的天空的問題，為祖國70周年獻禮。該項目是基于51單片機設計的國旗升降系統，單片機與藍牙模塊和電機驅動模塊連接，用手機app通過藍牙連接單片機的藍牙模塊，向單片機發送數據來控制電機驅動模塊，從而達成升降國旗的目的。

1.??? 國旗自動升降裝置基本功能

該系統能夠自動控制升旗和降旗，升旗時，在旗桿的最高端自動停止;

國旗的升降用的是精確控制的步進電機，擁有藍牙控制和語音播放的功能，可以自由的控制國旗的升降，以及自由選擇并顯示國旗的上升（或者下降）的高度以及時間，國歌轉換為數字量預先存入單片機，具有藍牙遙控升、降旗及停止功能。

半旗狀態（根據《國旗法》）。升旗時，按上升鍵，奏國歌，國旗從最低端上升到最高端之后，國歌停奏，然后自動下降到總高度的2/3高度處停止;降旗時，按下降鍵，國旗先從2/3高度處上升到最高端，再自動從最高端下降到底之后自動停止，國歌停奏。升降旗的時間均為43秒鐘，與國歌的演奏時間相等，同時，旗從旗桿的最下端上升到頂端。降旗不演奏國歌，同時，旗從旗桿的最上端下降到底端。

不論旗幟是在頂端還是在底端，關斷電源之后重新合上電源，旗幟所在的高度數據顯示不變。

2.??? 本設計的系統主要由單片機STC89C52作為升降旗系統的控制核心，實現鍵盤控制、液晶顯示、語音以及藍牙控制等幾個部分，即該系統主要包括電機驅動模塊、LED指示燈、鍵盤與顯示模塊、語音模塊及藍牙模塊等幾個部分。本問設計的系統的控制器采用STC公司的STC89C52，因為考慮到編寫的繁簡程度，所以在此使用C語言進行軟件編寫，這樣可以大大提高程序編寫時的效率。

3.??? 基本模塊的選擇

（1）???? 單片機模塊：STC89C52單片機，有40個引腳，4個 8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內含5 個中斷源，2個優先級，2個 16位定時/ 計數器。STC89C52的存儲器系統由4K的程序存儲器（掩膜ROM），和 128B的數據存儲器（RAM）組成。

（2）???? 電機驅動模塊：ULN2003的每一對達林頓都串聯一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態時承受50V的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封裝。

（3）???? 升降旗按鍵與指示燈電路設計：在本設計中使用了2 個按鍵分別控制國旗的升降，相對應有兩個升降旗的指示燈。當按下升旗按鍵時，紅色LED燈亮，當按下降旗按鍵時，綠色LED指示燈亮。

（4）???? 顯示模塊：液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在各種小系統中得到了更廣泛的應用。本設計中使用的液晶顯示模塊是LCD1602。LCD1602是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器模塊，它顯示的容量為2 行16字。

（5）???? 語音模塊電路設計：因為本設計要求演奏國歌，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ISD400408，其錄放時間為60秒，完全符合本設計的要求，我們把國歌音樂錄制在ISD400408語音芯片中，然后用它的單次播放功能播放國歌。

（6）???? 藍牙模塊：BT06藍牙模塊是專為智能無線數據傳輸而打造，遵循V3.0藍牙規范。

本模塊支持UART接口，并支持SPP藍牙串口協議，具有成本低、體積小、功耗低、收發靈敏性高等優點，只需配備少許的外圍元件就能實現其強大功能。

4.??? 系統軟件設計

單片機系統是整個自動控制升降旗系統的核心部分，它主要用于鍵盤按鍵、步進電機控制國旗的升降以及與國歌的同步、升降旗時間調整等。主要包括STC89C52單片機、步進電機、步進電機驅動器、液晶顯示芯片LCD1602與集成語音芯片、HC-06藍牙芯片等器件組成。軟件編程在Keil uVision4環境下，采用C語言進行編寫。

軟件主要包括：系統主程序、降旗子程序、升旗子程序。開始啟動主程序，當按下按鍵后，對升旗或者降旗指令做出電機旋轉方向會做出相應的反應，語言芯片選擇是否播放，LCD實時顯示國旗的高度。

總結

在本次設計中，以STC89C52為控制核心，設計并制作了一套國旗升降裝置，實現了國旗升降的自動化，有效減小了人工升旗時出現故障或者誤操作等尷尬局面的產生。該裝置通過按鍵控制國旗的升降，升旗的同時伴隨國歌演奏，實現了對升旗與國歌同步的精準控制，避免了人工升旗時與國歌不同步的難題，在升降國旗時分別對應不同的指示燈，同時還能在LCD顯示屏上顯示國旗升的實時高度。應用藍牙技術，可通過手機app對系統進行操作。該裝置具有體積小、維護方便、控制精準、成本低等優點。

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基金項目：西北民族大學電氣工程學院“雙E”大學生科研創新項目，項目編號：20191912