本科毕业论文智能抗风广告牌的设计

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1、题目：智能抗风广告牌的设计目 录1. 引言12. 硬件设计2 2.1 硬件整体方案设计2 2.2 电源模块3 2.3 单片机最小系统模块5 2.3.1 单片机MK60DN512VLQ105 2.3.2 单片机最小系统电路5 2.4 电机驱动系统7 2.4.1 BTS7970B电机驱动芯片7 2.4.2 HD74LS244三态缓冲器8 2.4.3电机驱动电路9 2.4.4 370减速电机10 2.5 传感器的选择11 2.5.1 风速传感器11 2.5.2 限位开关传感器12 2.6 键盘的设计13 2.7 显示器14 2.8 散热器14 2.9 广告牌机械系统15 2.9.1 广告牌的设计原理

2、及使用说明15 2.9.2 广告牌的机械原理15 2.9.3 广告牌框架结构参数163. 软件设计17 3.1 总体程序流程图17 3.2 程序设计184. 系统及实物调试255. 总结26参考文献27附图28智能抗风广告牌的设计摘要：本次设计做的是基于单片机控制的智能抗风广告牌。该广告牌主要由JL-FS2风速传感器，MK60DN512ZVLQ10单片机核心板，E18-D80NK漫反射式红外光电开关，BTN7971B电机驱动模块，电源模块，370减速直流电机，广告牌框架等组成。当风速传感器检查到有广告牌承受不住的认为设置的风速时，把此信号传给单片机，由单片机处理后启动电机，收起广告牌。当红外开

3、关1检测到广告牌已收完时，把此信号传给单片机，经单片机处理后，控制电机使其停止。当风速传感器检测到强风已过后，把此信号传给单片机处理，单片机控制电机驱动，启动电机，展开广告牌，当红外开关2检测到广告牌已展开完，把此信号传给中央处理器，经过处理后控制电机停止。经调查，现今很多广告牌遇到强风，损失惨重。经试验，本广告牌可以很好地实现广告牌的收放，减少了很多的损失与浪费。关键字：智能；抗风；广告牌；MK60；风速传感器The design of intelligent wind billboardsAbstract：The design in my paper is a intelligent wi

4、nd-resisted billboard based on the single chip processor microcomputer.The billboard is consist of many parts,such as JL-FS2 wind speed sensor, MK60DN512ZVLQ10 MCU core board, E18-D80NK infrared diffuse reflection switch, BTN7971B motor drive module, power module, 370 direct current slowdown motor ,

5、 billboard framework ,and so on.The design principle is when the wind speed sensor induct the wind speed is too much stronger than a artificial setting,this signal pass through the single chip. After processing by single-chip microcomputer,the motor start operating ,and then the billboard would be f

6、olded .As the infrared switch 1 receive the signal that the billboard has folded completely and transmit it to single chip.the motor stop working after date processing.With the same principle ,when wind speed sensor induct the gale has passed away,the signal will also pass through the single chip mi

7、crocomputer which control the motor driver.By doing this the billboard will expand with the motor begin operate .As the infrared switch 2 receive the signal that the billboard has expanded completely and transmit it to single chip.the motor stop working after dealing with date .According to a survey

8、,there suffer great losses on billboard when meet powerful wind.After repeat testing, my billboard cut down something unnecessary loss with the function of folding freely.Key words: intelligent ; Wind-resisted; Billboard ; MK60； wind speed sensor1. 引言广告牌的发展经历了一个悠久的过程。从最开始的一根竹竿上绑一块布插在自家店铺门前到后来的木框式广告牌

9、再到钢结构广告牌，然后是现在普遍使用的LED数字广告牌，人类一直在努力探索广告牌的最佳形式，因为随着商业时代的发展，人们深知广告对商品推广的重要性。虽然广告行业已经步入网络数字时代，但户外广告牌仍有着不可或缺的重要性。我们在高速公路、工业园区的出入口处，郊外的空地上，随处可见高高耸立的广告牌。目前市场上多采用传统钢式框架户外广告牌，其优点是打出的广告能迅速进入人们的眼帘，达到推广商品的目的。但其缺点也显而易见。首先，传统钢式户外广告牌笨重而庞大，需要很多钢材，还要占用大量土地，严重影响城市景观；其次，广告牌的维修更换很困难，高空作业非常危险，许多广告牌建好以后就任其存亡；最后，此种广告牌的抗风

10、能力很差。在台风多发的季节或地区，很难抵御强风，报纸上经常报道广告牌倒塌事故。因为它的结构坚硬且庞大，遇强风后倒塌砸伤砸死路人和损坏房屋的现象比比皆是。因此，传统钢式户外广告牌已经满足不了人们的需求。于是，有人提出了一种采用电网供电的抗强风广告牌。其原理是将广告牌的板面分割成几个展板，每个展板由电机控制。当强台风来袭时，由气象台将信息传输到广告牌上的信息接收处理装置，调整各子展板的迎风方向角，尽可能减小广告牌迎风面积。这种抗强风广告牌，相对于传统钢式广告牌来说，优点在于能抵抗一定程度的大风。但是它采用电网供电需要消耗大量电能，分割成几块展板整体显示效果差，另外当风级很大且风向不稳定时，子展板的

11、迎风方向角也是不确定的，所以同样不能从根本上满足户外广告牌低成本高抗风性的要求。目前还有一种百叶窗式抗强风广告牌。其原理是采用风速传感器测定风速，自身判断风力从而带动广告牌牌面的叶片做角度调整，实现风力荷载。同样存在展板分割成几块整体显示效果差的问题，当风向不确定时牌面角度调整同样不稳定，而且因为把广告牌分成很多子块，增加了广告牌损坏的可能性，无法真正实现抗强风。 据此，本课题拟设计一种智能抗强风独立户外广告牌。这种广告牌可以通过检测风速，当检测到有强风来临时，中控系统控制电机转动，收起广告牌，当检测到强风已过后，把信号传给中控系统，控制电机，把广告牌展开，以实现抗强风的功能。广告牌的收放，则

12、是把广告的一端卷在一根由电机带动的轴上，电机带动轴转动，把广告布卷起。而广告的另一端则是放一定中量的轴，以此来增加广告布的重量，以使广告展开时更平整一些。此广告牌不必借助于气象台传输数据，且因为实现的是广告牌的自动收放，最大程度的减少了受风面积，能够真正实现抗强风的目的，展板整体显示效果好。可广泛应用于强风多发地区、海南及沿海台风多发地区，解决户外广告牌的安全问题。2. 硬件设计2.1 硬件整体方案设计本次设计共有两大系统，一个是本次设计的控制系统，一个是广告牌的机械结构系统。其中控制系统部分由电源模块、单片机最小系统模块、传感器模块、电机驱动模块、显示模块和按键模块等组成，如图2.1所示是本

13、人设计的控制系统整体框图。因为智能抗风广告牌的运行是需要系统电源模块、单片机最小系统等多个模块相互结合、按一定次序稳定工作才能让广告牌智能识别强风的来去及自动收放，以实现智能抗风的目的。又由于每个模块都是不相同的，都有各自的特点，所以这几个模块都要有自己的方案。在当今的生活中，到处都能看到电器产品，一个系统要运行，当然离不开电源，关于本系统所需电源，下文再做详细的介绍。系统要实现广告牌的智能抗风，只能通过风速传感器把检测到的有强风的这一信号发送给中央处理器，由中央处理器对数据进行处理，以控制电机，才能实现智能收放广告牌。而广告牌的收放是否到位，主要靠本系统的两个E18-D80NK红外避障传感器

14、检测到的信号来确定。本次设计的控制系统，以单片机MK60DN512ZVLQ10作为中央处理单元，是本次设计的信息处理中心，是核心部件之一。BTN7971B电机驱动电路是单片机驱动电机的连接中点，只有通过BTN7971B芯片与单片机通讯，将单片机所给信号经过处理，才可以驱动电机运转，同时控制电机正反转也是由单片机发出信号控制的。为了便于维修人员现场维护，本系统还设计了显示部分，使用的是OLED作为显示器。而一个系统，再怎么智能，也需要人工控制的时候，所以本系统还设计了一个按键，以实现系统的手动和自动的切换。因为控制系统模块多，所需电源也多，避免不了部分器件会发热，因此，本人还给系统加了一个散热扇

15、，用于本给整个控制部分散热。当然，本次设计要实现的是户外独立广告牌的智能抗风，所以广告牌的框架结构也是本次设计的核心部分的之一，它是系统的控制对象。 图2.1 控制系统整体框图2.2 电源模块在本次设计中，由于整个系统所需要供电的模块很多，再考虑到各个模块对于电源的需求量的标准不同，电压的轻微变化都会影响到模块处理的数据的精确度，因此，电源部分还得按每个模块对于电源的需求标准来做。本此设计一共用了两个总电源，一个是本人利用变压器和LM317自制的由交流220V转成的+1.25V到+24V可调的直流稳压电源，本人购买的变压器是交流220V，50HZ输入，双9V交流输出。为了增大调压范围，本人把双

16、9V交流输出合并起来，变成18V交流输出，我所设计出的电源的电路原理图如图2.2_1所示。另一个是本人之前购买的12V,1A交流电源。图2.2_1 LM317电压可调电路原理图因为单片机需要的电源是+3.3V，液晶显示屏也是需要+3.3V供电，而电机驱动芯片BTS7970B需要+5V供电，且两个红外避障传感器也是需要+5V供电。因此，本人用LM317所制成的电压可调电源，把电压调到+7.5V输出，然后用两片降压稳压芯片LM1117IMP做成两个+3.3V直流稳压电源，用三片降压稳压芯片LM2940CS做成三个+5V直流稳压电源，五个电源都是由+7.5V经过降压稳压后而得的，切都是并在一起的，如

17、图2.2_2所示。另外，+7.5V直流稳压电源还给整个系统的散热扇供电。图2.2_2 +3.3V、+5V直流稳压电源电路原理图而自己买的成品电源12V，1A的交流电源，用于构成2个子电源，2个子电源均由整流桥整流，通过MC7812CT稳压，最后输出直流稳压+12V，如图2.2_3所示。经过整流稳压后的两个+12V子电源，一个用于给风速传感器供电，另一个用于给电机驱动模块供电，作为电机的驱动电压。图2.2_3 12V直流稳压电路原理图2.3 单片机最小系统模块2.3.1 单片机的选择单片机是硬件系统的主要控制核心部件，是整个系统的信息处理中央也是信息储存部分，尤为重要。单片机的选择不仅要根据实物

18、设计的要求，而且要考虑实物的应用环境和一些其他因素。选择单片机时要考虑单片机所能够完成的功能、价格、供电电压、功耗、I/O口电平、管脚数目以及它的封装等因素。单片机的功耗可以从其电气性能参数中查到，根据单片机的供电电压模式来分，有5V、3.3V以及1.8V超低电压供电模式。为了能合理分配单片机的I/O口资源，在单片机选型时可以绘制一张引脚分配表，供之后的设计使用。经过几天的考虑、粗略的计算及资料查阅后，决定采用飞思卡尔智能车设计专用的kinetis系列单片机MK60DN512VLQ10作为本次设计的中央控制处理器,它是系统的控制核心。这个单片机是最近市场上比较受欢迎的一款单片机，性能优越，功能

19、强大，是最近几年才出品的32位单片机，采用ARM Cortex-M4 内核，且具有丰富的资源，工作稳定，兼容性高，执行效率高等特点，完全能满足本系统的控制要求。2.3.2 单片机最小系统MK60系列单片机最小系统由MK60DN512VLQ10单片机、外部振荡电路、复位电路和+3.3V电源等组成。在外部振荡电路中，单片机的EXTAL32和XTAL32管脚分别接至由32.768MHZ晶振和18PF电容构成的振荡电路两侧，为电路提供正常的时钟脉冲。单片机最小系统中复位电路的作用是当程序出错、陷入崩溃、死循环等情况时，可使用复位键，重新启动。单片机最小系统不仅是单片机可以正常工作的基本要求，也是保护单

20、片机其他的电路系统的保障，这就是每次使用单片机都必须使用该最小系统的原因。但由于MK60的封装引脚较细密，又受本地电子元器件等资源条件限制，且为了使系统能更加稳定工作，本人并没有自己做单片机最小系统，而是使用北京龙邱科技的MK60DN512ZVLQ10核心板，此核心板已带单片机最小系统，能够稳定运行，可以很方便的使用，如图2.3.2_1所示。该核心板虽然可以正常运行，但是为了使次核心板能够更稳定更安全的正常运行，本人制作了此核心板的底座，使此板能够平稳的放置，且能够更方便的连接线路避免不慎短路，如图2.3.2_2所示。 图2.3.2_1 MK60DN512ZVLQ10核心板图2.3.2_2 单

21、片机最小系统核心板底座PCB图2.4 电机驱动系统2.4.1 BTN7971B电机驱动芯片决定电机驱动芯片优劣的因素主要有两个：一是输出电流，电流越大，驱动能力越强；另一个是内阻，内阻越大，发热越大，热损耗越大。因此我们在选择驱动芯片时，可以综合各方面的需求来选择。在本次设计中，结合了所用的电机，最后选择了BTN7971B作为本次设计系统的电机驱动芯片。BTN7971B是电机驱动应用程序集成的大电流半桥。BTN7971B提供了一个保护大电流PWM电机驱动器的成本优化解决方案，其具有占用非常小的电路板空间的优势。BTN7971B与两路电源连接，分别为逻辑电源和动力电源，逻辑电源使用的是+5V，用

22、于给芯片供电，能承受的动力电源在直流+5.5V到+45V之间，本系统使用+12V作为动力电源，给电机转动提供电源。BTN7971B具有脉宽调制能力高达25kHz、开关电流限制过电流降低功耗、具有电流检测功能的状态标志诊断、过热关机锁存能力、输出过压锁定、欠压关闭、驱动电路逻辑电平输入和优化EMI可调摆率等特点。对于本次设计，已足以满足要求。BTN7971N一共有8只引脚，其封装如图2.4.1_1所示，各引脚功能如表2.4.1_1所示。 表2.4.1_1 BTN7971B引脚及功能引脚符号IN/OUT功能1GND-接地2ININ控制信号输入端3INHIN芯片电源4、8OUTOUT功率输出5SRI

23、N使能端6ISOUT电流检测和故障诊断7VS-驱动电源引脚 图2.4.1_1 BTN7971B 封装图2.4.2 HD74LS244三态缓冲器HD74LS244芯片为三态输出的八组缓冲器和总线驱动器,其主要电气特性的典型值如表2.4.2_1所示(不同厂家具体值有所不同)。HD74LS244芯片共有20只引脚，其每只引脚的属性如表2.4.2_2所示。芯片都有一个共性，即芯片内部都是有一些门电路组成，74LS244也不列外，其内部逻辑图如图2.4.2_1所示，逻辑功能如表2.4.2_3所示。每一块芯片都需要电源，同89C51系列单片机一样，74LS244使用的是+5V作为额定电源电压。该芯片主要起

24、到保护驱动芯片BTN7971B的作用。表2.4.2_1 244电气特性的典型值表型号tPLHtphlPD54LS244/74LS24412ns12ns110mW表2.4.2_2 SN74LS244引脚的属性引出端符号引脚属性1A11A4,2A12A4输入端/1G, /2G三态允许端(低电平有效)1Y11Y4,2Y12Y4输出表2.4.2_3 SN74LS244的逻辑功能输入输出LLLLHHHXZ图2.4.2_1 SN74LS244的内部逻辑图2.4.3 电机驱动电路电机驱动系统的核心是BTN7971B电机驱动芯片和SN74LS244N三态缓冲器，由一片74LS244与四片BTN7971B一起组

25、成电机驱动系统，每两片7971构成一个H桥，驱动一个电机，而74LS244主要起到缓冲而保护电机驱动芯片BTN7971的作用。电机驱动电路原理图如图2.4.3_1所示。图2.4.3_1 电机驱动电路原理图2.4.4 370减速电机本次设计使用的电机是370减速电机，一共使用了两台，该电机的参数如表2.4.4_1所示。其中P = T * n / 9550 ，T = 9550P / n （P：功率，单位千瓦，符号kw； T：扭矩，单位牛米，符号Nm；n：转速，每分钟转数，符号r / min；9550：常数）。在本设计中电机的功率P为2.3w,其实物如图2.4.4_1所示。 图2.4.4_1 370

26、减速电机实物图电压V空载转速rpm/min负载转速rpm/min减速箱长约 mm额定力矩kg.cm堵转力矩kg.cm堵转电流A空载电流A减速比1:00功率W重量约g负载电流A3652785010.035000.75960.23681545150.090.7210.054.40.75800.46121027127020.055001.5800.3613631090150.1120.14.41.5800.81211927127020.055002.396.50.31212501000150.1120.084.42.3800.6247.56278.56820.03500196.50.02248639

27、60150.080.6520.054.41800.5表2.4.4_1 370电机参数注：此参数表只是在3V、6V、12V和24V这几种电压状态下每一种电压的两种情况，其他的不再详述。2.5 传感器的选择本次设计需要使用的传感器有两种，一种是能够检测到风速的传感器，另一种是能够实现限位开关功能的传感器。在这次设计中，这两种传感器属于及其重要的硬件之一，要能实现智能，必须得有这两种传感器，缺一不可。根据设计需要，风速传感器只需使用一台，限位开关传感器至少需要两个。2.5.1 风速传感器在现实生活中，三杯式风速传感器是使用较多的户外风速传感器。三杯式风速传感器由壳体、风杯和电路模块等组成，内部集成光

28、电转换机构，传感器壳体和风杯采用铝合金材料。整体具有非常可靠的电磁干扰抗击能力，能保证主机可以在2050,湿度3585（不结露）范围内均能正常工作。此三杯式传感器根据信号输出的类型不同，其他参数也有所不同，表2.5.1_1所示是几种输出信号类型不同的传感器的参数。本设计使用的是电压输出型JL-FS2风速传感器，其实物及信号输出定义如图2.5.1_1所示。表2.5.1_1 三杯式风速传感器的参数输出信号类型输出信号值供电电压（V）最大功耗量程启动风速电压输出型0-5V9-24VMAX200mW030m/s0.4-0.8m/s电流输出型4-20mA12-24VMAX700mW脉冲输出型NPN输出、

29、PNP输出、NPN输出带内部上拉（4.7欧）12-24V或5V供电MAX200mWRS485通讯型- （a）风速传感器实物 （b）信号输出定义 图2.5.1_2 JL-FS2风速传感器实物及其信号输出引脚定义2.5.2 限位开关传感器限位开关传感器的种类很多，比如红外式，接触式等等。根据本次设计的要求，开关传感器所需工作的环境，本人选择了E18-D80NK红外光电开关漫反射式避障传感器。这是一种集发射与接收于一体的NPN常开型光电传感器，其输出是数字信号，当有物体遮挡时输出为0，无物体遮挡时输出则为1，检测距离可以根据需要在一定的范围内进行调节。此传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、易于装配

30、、价格便宜、使用方便等特点，广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。其实物如图2.5.2_1所示。E18-D80NK传感器的技术参数如下:（1） 供电电源：100mA/5V供电；（2）输出电流：DC/SCR/继电器 （3） 消耗电流：DC25mA；（4）响应时间：2ms；（5）指向角：15；（6） 有效距离：在3-80cm内可调；（7）工作环境温度：-25到+55；（8）标准检测物体：太阳光10000LX以下， 白炽灯3000LX以下；（9）外壳材料：塑料；（10）尺寸：直径为17mm，长度为45mm； 图2.5.2_1 E18-D80NK（11）引线说明：红色为正极，绿色为负极，黄色为信

31、号输出。2.6 键盘的设计键盘是微机应用系统中最常用的输入设备，在单片机应用系统中，操作人员通常是通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据，实现简单的人机通信功能。而键盘实际上是一组按键开关的集合，平时按键开关总是处于断开状态，当按下键时它才闭合。虽然本次设计的是智能抗风广告牌，但考虑到操作员对系统的维护以及广告的更换等原因，不得不设计一套键盘。键盘的结构一般有独立式键盘与矩阵式键盘，因为本次设计所需要的按键数并不多，所以就设计了独立式键盘。本次设计的键盘一共有八个按键，实际用到了四个，流出了四个裕量，以备以后对系统做改进之需。电路原理图如图2.6_1所示。键盘中所用到的四个按键的功能分别是：

32、（1）1号按键的作用是当广告牌的收放是处于手动状态时，一直按着1号按键， 广告牌就收起，直到停止对按键的使用或者广告牌也收到位；（2）2号按键的作用是当广告牌的收放处于手动状态时，一直按着2号按键， 广告牌就被放下，直到停止按2号按键或者广告牌已放到位；（3）3号按键起广告牌收放的自动和手动切换的作用，软件部分设计是使广告 牌一开始处于自动收放的状态，当按下按键3时，就切换成手动收放状态 了，再按一次，就变成自动收放状态了；（4）4号按键的作用是控制广告牌四周的LED等的开和关。图2.6_1 键盘电路原理图2.7 显示器为了使广告牌的维护人员到现场对广告牌的维护更方便，因此本系统还设计了显示器

33、，显示器的作用就是方便查看广告牌的收放情况以及风速的大小和等级等信息。因为显示器对电路的要求很高，所以本次设计并没有自己做电路，而是直接使用龙邱智能科技的OLED显示器模块，此显示器的分辨率为128*64，显示屏的尺寸为0.96吋，整个模块的尺寸为29.5mm*29.5mm。显示器模块一共有7只引脚，分别为GND（地）,V（3.3V电源）,DO（CLK时钟）,DI（MISO数据）,RST（复位）,DC（数据/命令）,CS（片选）。在实际应用中，CS端不用再接，因为本模块已经接地了。只需4只引脚与单片机的I/O口相接，另外两只引脚一只接地，一只接+3.3V电源给显示器模块供电，其实物如图2.7_

34、1所示。图2.7_1 OLED显示器模块实物2.8 散热器本次设计控制系统硬件部分有些庞大，需要的电源很多，使用的芯片很多，整个控制系统硬件会散发出一定的热量，为了降低温度，使系统能够更好更安全的正常工作，所以给系统加了散热器。在设计时，给发热量相对较多的芯片都加上了散热片，最后再给整个中心控制系统加上一个散热扇。使用的散热扇是台式电脑主机的CPU上专用的AVC7015散热扇，其电器参数如下：(1)尺寸：70mm*70mm*15mm；(2)工作电压：12V；(3)额定电流：0.70A；(4)额定功率：8.4W(5)轴承：单滚珠轴承。 此电扇在工作状态下，扇叶的杀伤力还是挺大的，因此，为了人身安

35、全，本人给其加上了一个防护铁网。2.9 广告牌机械系统广告牌的机械系统，是本次设计的控制对象，也是核心部件。这一部分，受本地资源条件的限制，做起来有一定难度。这一部分是整个设计的核心，其能否很好的实现，至关重要，所以要考虑的东西很多。2.9.1 广告牌的设计原理及使用说明本人设计的是两面独立的广告展板的广告牌综合体，广告的载体是普通的广告喷绘塑料纸，广告纸的载体又是一种有一定硬度、也有一定强度的软体材料，由于条件有限，本次设计就用了普通的透明塑料纸代替了广告布的载体（以下简称广告牌），广告纸只需固定在广告牌上即可。每一块广告牌分别固定在一根光轴上，当控制中心驱动电机转动时，电机带动光轴转动，即

36、可实现广告牌的收放了！而所谓广告牌的智能抗风，是指当风速传感器检测到的风速达到系统设定值时，中央控制器会自动控制电机转动，把广告牌卷在光轴上，减小广告牌与风的接触面积，以减小对风的阻力，从而实现智能抗风。2.9.2 广告牌的机械原理机械系统主要由不锈钢框架、电机、齿轮、轴承、光轴和广告布等组成。整个框架基本上都是不锈钢结构，使用的是海利304不锈钢，其横截面是边长为24mm的空心正方形。一共用了两种型号的齿轮，其参数如表2.9.2_1所示。系统中一共使用了四个带座轴承，其孔径为12mm，直径为为38mm。使用的光轴，长1000mm，直径12mm一共使用了四根，其中两根的两端分别套上一个轴承和一

37、个齿轮，安装在钢结构的最上方，是广告牌的载体；另外两根是安装在广告牌的最小方，其作用是给广告牌增加向下的重力，使广告牌在展开的更整齐，广告效果更好。此外，广告牌下方的两根光轴的两端还分别安装了一块永久磁铁，其与钢结构框架上的四个电磁铁分别构成一套系统，实现对广告牌的固定作用，而磁铁的磁性则是根据所要抗的风的风速来设计的。为了使广告牌有更好的广告效果，在两个广告牌中间加了一块跟广告牌大小相同的铁网。表2.9.2_1 所使用齿轮的参数类型/名称模数/模直径/mm孔径/mm齿厚/mm台阶直径/mm台阶高度/mm齿数/齿质量/kg螺丝孔台阶正齿轮1175812.56150.12个顶丝台梯正齿轮1921

38、2104010900.62个M52.9.3 广告牌框架结构参数广告牌框架结构主要由最顶上的保护顶架、广告牌主展板、支撑柱和底座等组成，全是不锈钢框架结构。保护顶架长960mm，宽280mm,高150mm。广告牌边框的长960mm，宽700mm,而实际广告牌的长是930mm，宽是700mm。支撑柱所利用的材料是直径为50mm的不锈钢空心圆柱，高为800mm，其作用就是支撑起整个广告牌。底座使用的材料同样也是不锈钢，其由两条长560mm，宽37mm，高15mm的不锈钢空心长方体和一根直径为64mm长为350mm的圆柱不锈钢管组成。整个机械系统的框架结构图如图2.9.3_1所示。（以上所有尺寸均含不

39、锈钢本身的厚度及边长）图2.9.3_1 广告牌框架图3. 软件设计3.1 总体程序流程图 本次设计以单片机为核心控制器，电机为输出，红外开关为传感器，辅以风速传感器模块，因此程序的设计要把握好器件间彼此的关联和响应，重心是单片机对信号的处理，做出相应的响应。当风速传感器检测到强风，把此信号传给中央控制处理器，经过处理后，控制电机转动把广告牌卷起来，当卷到位后，红外限位开关传感器1把广告牌收到位了的这一信号传给单片机，经单片机处理后，控制电机，使其停止。因为台风可能不稳定，所以当广告牌是因为有台风来了而被收起的，必须要做一定的延时，以避免电机急启动，减小对电机和广告牌的损伤。当所设延时到后，风速

40、传感器检测到强风已过后，把此信号传给单片机，经单片机处理后，控制电机反转，展开广告牌。当红外限位开关传感器2检测到广告牌已放到位，把此信号传给单片机，经单片机处理后，控制电机，使其停止转动，当检测到有强风后又把广告牌收起，如此实现广告牌的智能抗风的功能。整个控制系统的程序流程图如图3.1_1所示。图3.1_1 系统总体程序流程图3.2 程序设计关于整个控制系统程序的编写和设计，按照程序流程图3.1_1进行即可。因为基于 Kinetis K60 单片机的功能模块分别定义有不同的源文件和头文件，所以当我们在用到某一模块时，只需要在工程文件的头部调用相应模块的头文件即可，这样我们在编程时就方便快捷多

41、了。整个系统开始时是处于正常工作状态的，即广告牌是正常展开的。 根据程序流程图，编写了整个控制系统的程序如下：/* *项目名称：智能抗风广告牌系统 *硬件平台:MK60DN512ZVLQ10 *时间：2014/11/28 *引脚使用说明 *PTE0:-红外传感器1 *PTE1:-红外传感器2 *PTE2:-按键1（收） *PTE3:-按键2（放） *PTE4:-按键3（自/手动切换） *PTD4:-电机1 *PTD5:-电机1 *PTD6:-电机2 *PTD7:-电机2 *PTC5:-显示屏SCH *PTC7:-显示屏SDA *PTC9:-显示屏RST *PTC11:-显示屏DC */#inc

42、lude common.h#include HAL_GPIO.h /通用输入输出#include HAL_ADC.h#include HAL_FTM.h /PWM生成#include oled.h#define uint unsigned int/函数声明void init_gpio(void);void delay(void);void init_adc(void);void init_pwm(void);void get_adc(void);void get_gpio(void);void shujuchuli(void);void xianshi(void);void oledinit(

43、void);/全局变量声明uint infrared1,infrared2,operate1=0,operate2=0,operate3=0,ople=0;uint sum_wind_speed,avg_wind_speed,win;uint flag1=0;int16 flag_auto=1;int control1,control2,s=0;/*GPIO初始化*/void init_gpio() LPLD_GPIO_Init(PTE,0,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);/上红外传感器 LPLD_GPIO_Init(PTE,1,DIR_INPUT,INPUT_

44、PDOWN,IRQC_DIS);/下红外传感器 LPLD_GPIO_Init(PTE,2,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);/按键1（收） LPLD_GPIO_Init(PTE,3,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);/按键2（放） LPLD_GPIO_Init(PTE,4,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);/按键3（自/手动切换）/*ADC初始化*/void init_adc()LPLD_ADC_Init(ADC1,MODE_8,CONV_SING );/*pwm初始化*/void init_pwm()

45、LPLD_FTM0_PWM_Init(10000);/电机控制，频率10KHz LPLD_FTM0_PWM_Open(4,0); /打开通道4，即PTD4输出占空比 LPLD_FTM0_PWM_Open(5,0); /打开通道5，即PTD5输出占空比 LPLD_FTM0_PWM_Open(6,0); /打开通道6，即PTD6输出占空比 LPLD_FTM0_PWM_Open(7,0); /打开通道7，即PTD7输出占空比/*oled初始化*/void oledinit(void) int n=3,i; for(i=6;i99)win=99;/*控制函数*/void shujuchuli() if

46、(operate3=1) s=s+1;flag_auto=0; if(s1) flag_auto=1; s=0; if(flag_auto=1) if(win50) flag1=1; if(win=50) flag1=0; if(flag1=0)/自动放下 control1=0; control2=10000; if(infrared1=0&infrared2=0) control1=0; control2=0; if(flag1=1)/自动收起 control1=10000; control2=0; if(infrared1=1&infrared2=1) control1=0; contro

47、l2=0; delay(); if(flag_auto=0) control1=0; control2=0; if(operate1=1)/手动收起 control1=10000; control2=0; if(infrared1=1) control1=0; control2=0; if(operate2=1)/手动放下 control1=0; control2=10000; if(infrared2=0) control1=0; control2=0; /*显示函数*/void xianshi() int16 wind_power,wind_speed_h,wind_speed_l; wi

48、nd_speed_h=10*win/100; wind_speed_l=10*win%100; wind_power=8*win/100; LCD_P6x8number(80,3,wind_speed_h); LCD_P6x8number(90,3,wind_speed_l); delay(); LCD_P6x8number(80,5,wind_power); LCD_P6x8number(40,7,flag_auto);/*主函数*/void main(void) init_gpio(); init_adc(); init_pwm(); LCD_Init(); oledinit(); whi

49、le(1) get_adc(); get_gpio(); shujuchuli(); xianshi(); LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(4,control1); LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(5,control2); LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(6,control1); LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(7,control2); /*延时函数*/void delay() unsigned int i, n; for(i=0;i5000;i+) for(n=0;n2000;n+) asm(nop); 本程序已经过多次

50、修改和调试，可以使系统正常工作。4. 系统及实物调试 当设计课题确定后，安排好整个设计的行程，对每一个模块进行规划，做出相应的方案。当有了自己的方案后，可以大概的编写系统的控制软件，做了仿真且能实现后，就开始按着自己的规划做硬件部分，当每部分硬件做完后，先对其进行检查，看是否有问题，有问题便对其采取相应的措施将其解决好，检查完后，才做下一个模块。当所有的硬件部分做完后，就对整个硬件电路系统通电，测试基本的系统指示灯是否能亮，检测完毕后，给单片机下载程序，对整体进行测试，对系统程序进行调试。本次设计使用的编程软件是IAR Embedded WorkbenchforARM 6.50.6，IAREm

51、beddedWorkbenchforARM是IARSystems公司为ARM微处理器开发的一个集成开发环境（下面简称IAREWARM）。和其他的ARM开发环境相比，IAREWARM具有入门容易、代码紧凑和使用方便等特点。使用C-SPY的模拟器（Simulator）来对系统程序进行调试，利用该调试器可以查看变量、设置断点、观察反汇编代码、监视寄存器和存储器及在TerminalI/O窗口打印输出。IAREmbeddedWorkbenchforARM6.50.6应用窗口展开如图4_1所示。图4_1 IAREmbeddedWorkbenchforARM6.50.6展开窗口5. 总结 经过两个月的努力，

52、基本上算是把智能抗风广告牌模型做好了。记得刚开始时，我在网上查找相关的资料，根本就没有这样的课题，所以我也就没有依靠以前有人做过，参考一下的这种想法及行动，而是靠自己去慢慢的研究。要想实现智能控制，少不了传感器和中央处理器，而中央处理器，无非就是单片机和PLC这两种微处理器。经过查阅相关的资料，对本次设计做出比较、预算，最终本次设计采用的是单片机作为中央控制器。在满足控制要求的条件下，以单片机作为处理器，加上风速传感器以及红外传感器来实现智能控制是比较轻巧实惠的，且性价比高。该方案是采用1块K60单片机作为中央控制器，通过1台三杯式风速传感器检测风速，把检测到的电信号传递给单片机，由单片机对所

53、收到的风速信号做处理，控制广告牌的自动收与放。广告牌的展面是做成双面的，采用的是卷帘门式设计方法，把广告布固定在2根光轴上，2根光轴两端分别安装上1个齿轮，由2台电机在光轴的两端通过齿轮带动光轴转动，以单片机控制2台电机的正反转来实现广告牌的收与放。广告牌的收放是否到位，由2支红外漫反射传感器来检测，它们分别被安装在广告牌的上下两端。硬件电路主要包括电源模块、电机驱动模块、单片机最小系统模块、按键模块及液晶显示模块。其中液晶显示模块，这一部分是可以不做的，但为了现场调试系统方便，所以就加了这一模块。使用的显示器是oled屏，可显示汉字，显示器显示的主要内容有风速大小、风力等级及广告牌收放手/自

54、动状态，这样一来，对于现场调试系统就会非常的方便、安全稳定。值得提出的是，本次使用的单片机K60内部自带了ADC转换模块，因此就不用单独设计制作A/D转换模块。软件部分，最难处理的就是风速，因为风速是通过风速传感器采集到的，而本次使用的风速传感器输出的信号是模拟量，是电压型的，因此要编程把模拟量转换成数字量。另外就是显示部分，因为要实现实时显示风速的大小以及风力等级，所以得通过软件把单片机采集到的风速传感器传递过来的电压信号做处理。而这就要求对风速大小以及风力等级等相关知识有一定的了解，要知道它们之间有着怎样关系，然后通过编写程序，使用相关函数来转换，把电压信号转换成风速大小和风力等级，最后让显示函数程序显示在屏幕上。在这一次的设计中，由于硬件条件的限制，广告牌的框架及机械部分做得并不是很理想，但整个系统也还是可以稳定地工作的，也算是成功的完成了这次设计。参考文献：1 谢维成，杨加国。单片机原理与应用及C51程序设计（第2版）.清华大学出版社。2009，9.2 郭天祥。51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略,电子工业出版社。2009，1.3 杨素行。模拟电子技术基础简明教程（第三版）。高等教育出版社。1997,5.4 拉普兰德K60底层库OSKinetis函数手册版本