智能抗風廣告牌的設(shè)計-畢業(yè)論文(終極版)

1、<p>　　海 南 師 范 大 學</p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目: 智能抗風廣告牌的設(shè)計 </p><p>　　姓 名： 吳 劍 </p><p>　　學 號： 20110606014X </p><p>　　專

2、 業(yè)： 自 動 化 </p><p>　　年 級： 2011級 </p><p>　　學 院：物理與電子工程學院 </p><p>　　完成日期： 2015年5月 </p><p>　　指導教師： 蓋 志 武（教授） </p><p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)

3、計）獨創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，本論文中沒有抄襲他人研究成果和偽造數(shù)據(jù)等行為 。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。</p><p>　　論文（設(shè)計）作者簽名： 吳 劍 日期： 2015年5月5日 <

4、/p><p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）使用授權(quán)聲明</p><p>　　海南師范大學有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交畢業(yè)論文（設(shè)計）的復印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán)海南師范大學可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復印手段保存、匯編畢業(yè)論文（設(shè)計）。</p><p>　　論文（設(shè)計）作者簽名

5、： 吳 劍 日期： 2015年5月5日 </p><p>　　指 導 教 師 簽 名： 蓋志武 日期： 2015年5月5日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1. 引言1</b></p><p><b

6、>　　2. 硬件設(shè)計2</b></p><p>　　2.1 硬件整體方案設(shè)計2</p><p>　　2.2 電源模塊3</p><p>　　2.3 單片機最小系統(tǒng)模塊5</p><p>　　2.3.1 單片機MK60DN512VLQ105</p><p>　　2.3.2 單片機最小系統(tǒng)電路

7、5</p><p>　　2.4 電機驅(qū)動系統(tǒng)7</p><p>　　2.4.1 BTS7970B電機驅(qū)動芯片7</p><p>　　2.4.2 HD74LS244三態(tài)緩沖器8</p><p>　　2.4.3電機驅(qū)動電路9</p><p>　　2.4.4 370減速電機10</p><p&g

8、t;　　2.5 傳感器的選擇11</p><p>　　2.5.1 風速傳感器11</p><p>　　2.5.2 限位開關(guān)傳感器12</p><p>　　2.6 鍵盤的設(shè)計13</p><p>　　2.7 顯示器14</p><p>　　2.8 散熱器14</p><p>　　2.9

9、 廣告牌機械系統(tǒng)15</p><p>　　2.9.1 廣告牌的設(shè)計原理及使用說明15</p><p>　　2.9.2 廣告牌的機械原理15</p><p>　　2.9.3 廣告牌框架結(jié)構(gòu)參數(shù)16</p><p>　　3. 軟件設(shè)計17</p><p>　　3.1 總體程序流程圖17</p>&

10、lt;p>　　3.2 程序設(shè)計18</p><p>　　4. 系統(tǒng)及實物調(diào)試25</p><p><b>　　5. 總結(jié)26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　附圖28</b></p><p

11、>　　智能抗風廣告牌的設(shè)計</p><p>　　作者：吳劍 指導老師：蓋志武 教授</p><p>　?。êＤ蠋煼洞髮W物理與電子工程學院，?？?，571158）</p><p>　　摘要：本次設(shè)計做的是基于單片機控制的智能抗風廣告牌。該廣告牌主要由JL-FS2風速傳感器，MK60DN512ZVLQ10單片機核心板，E18-D80NK漫反射式紅外光電開關(guān)，B

12、TN7971B電機驅(qū)動模塊，電源模塊，370減速直流電機，廣告牌框架等組成。當風速傳感器檢查到有廣告牌承受不住的認為設(shè)置的風速時，把此信號傳給單片機，由單片機處理后啟動電機，收起廣告牌。當紅外開關(guān)1檢測到廣告牌已收完時，把此信號傳給單片機，經(jīng)單片機處理后，控制電機使其停止。當風速傳感器檢測到強風已過后，把此信號傳給單片機處理，單片機控制電機驅(qū)動，啟動電機，展開廣告牌，當紅外開關(guān)2檢測到廣告牌已展開完，把此信號傳給中央處理器，經(jīng)過處理后控

13、制電機停止。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)今很多廣告牌遇到強風，損失慘重。經(jīng)試驗，本廣告牌可以很好地實現(xiàn)廣告牌的收放，減少了很多的損失與浪費。</p><p>　　關(guān)鍵字：智能；抗風；廣告牌；MK60；風速傳感器</p><p>　　The design of intelligent wind billboards</p><p>　　Author: WuJian Tutor:pro

14、fessor Gai ZhiWu </p><p>　　(Physics and Electronics Engineering Institute, Hainan Normal University，Haikou, 571158)</p><p>　　Abstract：The design in my paper is a intelligent wind-resisted billbo

15、ard 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 d

16、rive module, power module, 370 direct current slowdown motor , 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 setti</p>

17、;<p>　　completely and transmit it to single chip.the motor stop working after dealing with date .According to a survey,there suffer great losses on billboard when meet powerful wind.After repeat testing, my billbo

18、ard cut down something unnecessary loss with the function of folding freely.</p><p>　　Key words: intelligent ; Wind-resisted; Billboard ; MK60； wind speed sensor </p><p><b>　　1. 引言</b&g

19、t;</p><p>　　廣告牌的發(fā)展經(jīng)歷了一個悠久的過程。從最開始的一根竹竿上綁一塊布插在自家店鋪門前到后來的木框式廣告牌再到鋼結(jié)構(gòu)廣告牌，然后是現(xiàn)在普遍使用的LED數(shù)字廣告牌，人類一直在努力探索廣告牌的最佳形式，因為隨著商業(yè)時代的發(fā)展，人們深知廣告對商品推廣的重要性。雖然廣告行業(yè)已經(jīng)步入網(wǎng)絡數(shù)字時代，但戶外廣告牌仍有著不可或缺的重要性。</p><p>　　我們在高速公路、工業(yè)園區(qū)的出

20、入口處，郊外的空地上，隨處可見高高聳立的廣告牌。目前市場上多采用傳統(tǒng)鋼式框架戶外廣告牌，其優(yōu)點是打出的廣告能迅速進入人們的眼簾，達到推廣商品的目的。但其缺點也顯而易見。首先，傳統(tǒng)鋼式戶外廣告牌笨重而龐大，需要很多鋼材，還要占用大量土地，嚴重影響城市景觀；其次，廣告牌的維修更換很困難，高空作業(yè)非常危險，許多廣告牌建好以后就任其存亡；最后，此種廣告牌的抗風能力很差。在臺風多發(fā)的季節(jié)或地區(qū)，很難抵御強風，報紙上經(jīng)常報道廣告牌倒塌事故。因為它的

21、結(jié)構(gòu)堅硬且龐大，遇強風后倒塌砸傷砸死路人和損壞房屋的現(xiàn)象比比皆是。因此，傳統(tǒng)鋼式戶外廣告牌已經(jīng)滿足不了人們的需求。</p><p>　　于是，有人提出了一種采用電網(wǎng)供電的抗強風廣告牌。其原理是將廣告牌的板面分割成幾個展板，每個展板由電機控制。當強臺風來襲時，由氣象臺將信息傳輸?shù)綇V告牌上的信息接收處理裝置，調(diào)整各子展板的迎風方向角，盡可能減小廣告牌迎風面積。這種抗強風廣告牌，相對于傳統(tǒng)鋼式廣告牌來說，優(yōu)點在于能抵抗

22、一定程度的大風。但是它采用電網(wǎng)供電需要消耗大量電能，分割成幾塊展板整體顯示效果差，另外當風級很大且風向不穩(wěn)定時，子展板的迎風方向角也是不確定的，所以同樣不能從根本上滿足戶外廣告牌低成本高抗風性的要求。</p><p>　　目前還有一種百葉窗式抗強風廣告牌。其原理是采用風速傳感器測定風速，自身判斷風力從而帶動廣告牌牌面的葉片做角度調(diào)整，實現(xiàn)風力荷載。同樣存在展板分割成幾塊整體顯示效果差的問題，當風向不確定時牌面角度

23、調(diào)整同樣不穩(wěn)定，而且因為把廣告牌分成很多子塊，增加了廣告牌損壞的可能性，無法真正實現(xiàn)抗強風。</p><p>　　據(jù)此，本課題擬設(shè)計一種智能抗強風獨立戶外廣告牌。這種廣告牌可以通過檢測風速，當檢測到有強風來臨時，中控系統(tǒng)控制電機轉(zhuǎn)動，收起廣告牌，當檢測到強風已過后，把信號傳給中控系統(tǒng)，控制電機，把廣告牌展開，以實現(xiàn)抗強風的功能。廣告牌的收放，則是把廣告的一端卷在一根由電機帶動的軸上，電機帶動軸轉(zhuǎn)動，把廣告布卷起。

24、而廣告的另一端則是放一定中量的軸，以此來增加廣告布的重量，以使廣告展開時更平整一些。此廣告牌不必借助于氣象臺傳輸數(shù)據(jù)，且因為實現(xiàn)的是廣告牌的自動收放，最大程度的減少了受風面積，能夠真正實現(xiàn)抗強風的目的，展板整體顯示效果好?？蓮V泛應用于強風多發(fā)地區(qū)、海南及沿海臺風多發(fā)地區(qū)，解決戶外廣告牌的安全問題。</p><p><b>　　2. 硬件設(shè)計</b></p><p>　

25、　2.1 硬件整體方案設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計共有兩大系統(tǒng)，一個是本次設(shè)計的控制系統(tǒng)，一個是廣告牌的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。其中控制系統(tǒng)部分由電源模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、傳感器模塊、電機驅(qū)動模塊、顯示模塊和按鍵模塊等組成，如圖2.1所示是本人設(shè)計的控制系統(tǒng)整體框圖。因為智能抗風廣告牌的運行是需要系統(tǒng)電源模塊、單片機最小系統(tǒng)等多個模塊相互結(jié)合、按一定次序穩(wěn)定工作才能讓廣告牌智能識別強風的來去及自動收放，以實現(xiàn)智

26、能抗風的目的。又由于每個模塊都是不相同的，都有各自的特點，所以這幾個模塊都要有自己的方案。</p><p>　　在當今的生活中，到處都能看到電器產(chǎn)品，一個系統(tǒng)要運行，當然離不開電源，關(guān)于本系統(tǒng)所需電源，下文再做詳細的介紹。系統(tǒng)要實現(xiàn)廣告牌的智能抗風，只能通過風速傳感器把檢測到的有強風的這一信號發(fā)送給中央處理器，由中央處理器對數(shù)據(jù)進行處理，以控制電機，才能實現(xiàn)智能收放廣告牌。而廣告牌的收放是否到位，主要靠本系統(tǒng)的兩

27、個E18-D80NK紅外避障傳感器檢測到的信號來確定。本次設(shè)計的控制系統(tǒng)，以單片機MK60DN512ZVLQ10作為中央處理單元，是本次設(shè)計的信息處理中心，是核心部件之一。BTN7971B電機驅(qū)動電路是單片機驅(qū)動電機的連接中點，只有通過BTN7971B芯片與單片機通訊，將單片機所給信號經(jīng)過處理，才可以驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，同時控制電機正反轉(zhuǎn)也是由單片機發(fā)出信號控制的。為了便于維修人員現(xiàn)場維護，本系統(tǒng)還設(shè)計了顯示部分，使用的是OLED作為顯示器。

28、而一個系統(tǒng)，再怎么智能，也需要人工控制的時候，所以本系統(tǒng)還設(shè)計了一個按鍵，以實現(xiàn)系統(tǒng)的手動和自動的切換。因為控制系統(tǒng)模塊多，所需電源也多，避免不了部分器件會發(fā)熱，因此，本人還給系統(tǒng)加了一個散熱扇，用于本給整個控制部分散熱。</p><p>　　當然，本次設(shè)計要實現(xiàn)的是戶外獨立廣告牌的智能抗風，所以廣告牌的框架結(jié)構(gòu)也是本次設(shè)計的核心部分的之一，它是系統(tǒng)的控制對象。</p><p>　　圖2.

29、1 控制系統(tǒng)整體框圖</p><p><b>　　2.2 電源模塊</b></p><p>　　在本次設(shè)計中，由于整個系統(tǒng)所需要供電的模塊很多，再考慮到各個模塊對于電源的需求量的標準不同，電壓的輕微變化都會影響到模塊處理的數(shù)據(jù)的精確度，因此，電源部分還得按每個模塊對于電源的需求標準來做。</p><p>　　本此設(shè)計一共用了兩個總電源，一個

30、是本人利用變壓器和LM317自制的由交流220V轉(zhuǎn)成的+1.25V到+24V可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，本人購買的變壓器是交流220V，50HZ輸入，雙9V交流輸出。為了增大調(diào)壓范圍，本人把雙9V交流輸出合并起來，變成18V交流輸出，我所設(shè)計出的電源的電路原理圖如圖2.2_1所示。另一個是本人之前購買的12V,1A交流電源。</p><p>　　圖2.2_1 LM317電壓可調(diào)電路原理圖</p><

31、p>　　因為單片機需要的電源是+3.3V，液晶顯示屏也是需要+3.3V供電，而電機驅(qū)動芯片BTS7970B需要+5V供電，且兩個紅外避障傳感器也是需要+5V供電。因此，本人用LM317所制成的電壓可調(diào)電源，把電壓調(diào)到+7.5V輸出，然后用兩片降壓穩(wěn)壓芯片LM1117IMP做成兩個+3.3V直流穩(wěn)壓電源，用三片降壓穩(wěn)壓芯片LM2940CS做成三個+5V直流穩(wěn)壓電源，五個電源都是由+7.5V經(jīng)過降壓穩(wěn)壓后而得的，切都是并在一起的，如圖

32、2.2_2所示。另外，+7.5V直流穩(wěn)壓電源還給整個系統(tǒng)的散熱扇供電。</p><p>　　圖2.2_2 +3.3V、+5V直流穩(wěn)壓電源電路原理圖</p><p>　　而自己買的成品電源12V，1A的交流電源，用于構(gòu)成2個子電源，2個子電源均由整流橋整流，通過MC7812CT穩(wěn)壓，最后輸出直流穩(wěn)壓+12V，如圖2.2_3所示。經(jīng)過整流穩(wěn)壓后的兩個+12V子電源，一個用于給風速傳感器供電，

33、另一個用于給電機驅(qū)動模塊供電，作為電機的驅(qū)動電壓。</p><p>　　圖2.2_3 12V直流穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　2.3 單片機最小系統(tǒng)模塊</p><p>　　2.3.1 單片機的選擇</p><p>　　單片機是硬件系統(tǒng)的主要控制核心部件，是整個系統(tǒng)的信息處理中央也是信息儲存部分，尤為重要。單片機的選擇不僅要根據(jù)實

34、物設(shè)計的要求，而且要考慮實物的應用環(huán)境和一些其他因素。選擇單片機時要考慮單片機所能夠完成的功能、價格、供電電壓、功耗、I/O口電平、管腳數(shù)目以及它的封裝等因素。單片機的功耗可以從其電氣性能參數(shù)中查到，根據(jù)單片機的供電電壓模式來分，有5V、3.3V以及1.8V超低電壓供電模式。為了能合理分配單片機的I/O口資源，在單片機選型時可以繪制一張引腳分配表，供之后的設(shè)計使用。</p><p>　　經(jīng)過幾天的考慮、粗略的計算

35、及資料查閱后，決定采用飛思卡爾智能車設(shè)計專用的kinetis系列單片機MK60DN512VLQ10作為本次設(shè)計的中央控制處理器,它是系統(tǒng)的控制核心。這個單片機是最近市場上比較受歡迎的一款單片機，性能優(yōu)越，功能強大，是最近幾年才出品的32位單片機，采用ARM Cortex-M4 內(nèi)核，且具有豐富的資源，工作穩(wěn)定，兼容性高，執(zhí)行效率高等特點，完全能滿足本系統(tǒng)的控制要求。</p><p>　　2.3.2 單片機最小系

36、統(tǒng)</p><p>　　MK60系列單片機最小系統(tǒng)由MK60DN512VLQ10單片機、外部振蕩電路、復位電路和+3.3V電源等組成。在外部振蕩電路中，單片機的EXTAL32和XTAL32管腳分別接至由32.768MHZ晶振和18PF電容構(gòu)成的振蕩電路兩側(cè)，為電路提供正常的時鐘脈沖。單片機最小系統(tǒng)中復位電路的作用是當程序出錯、陷入崩潰、死循環(huán)等情況時，可使用復位鍵，重新啟動。單片機最小系統(tǒng)不僅是單片機可以正常工作

37、的基本要求，也是保護單片機其他的電路系統(tǒng)的保障，這就是每次使用單片機都必須使用該最小系統(tǒng)的原因。</p><p>　　但由于MK60的封裝引腳較細密，又受本地電子元器件等資源條件限制，且為了使系統(tǒng)能更加穩(wěn)定工作，本人并沒有自己做單片機最小系統(tǒng)，而是使用北京龍邱科技的MK60DN512ZVLQ10核心板，此核心板已帶單片機最小系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定運行，可以很方便的使用，如圖2.3.2_1所示。該核心板雖然可以正常運行，但

38、是為了使次核心板能夠更穩(wěn)定更安全的正常運行，本人制作了此核心板的底座，使此板能夠平穩(wěn)的放置，且能夠更方便的連接線路避免不慎短路，如圖2.3.2_2所示。</p><p>　　圖2.3.2_1 MK60DN512ZVLQ10核心板</p><p>　　圖2.3.2_2 單片機最小系統(tǒng)核心板底座PCB圖</p><p>　　2.4 電機驅(qū)動系統(tǒng)</p>

39、<p>　　2.4.1 BTN7971B電機驅(qū)動芯片</p><p>　　決定電機驅(qū)動芯片優(yōu)劣的因素主要有兩個：一是輸出電流，電流越大，驅(qū)動能力越強；另一個是內(nèi)阻，內(nèi)阻越大，發(fā)熱越大，熱損耗越大。因此我們在選擇驅(qū)動芯片時，可以綜合各方面的需求來選擇。在本次設(shè)計中，結(jié)合了所用的電機，最后選擇了BTN7971B作為本次設(shè)計系統(tǒng)的電機驅(qū)動芯片。</p><p>　　BTN7971B

40、是電機驅(qū)動應用程序集成的大電流半橋。BTN7971B提供了一個保護大電流PWM電機驅(qū)動器的成本優(yōu)化解決方案，其具有占用非常小的電路板空間的優(yōu)勢。BTN7971B與兩路電源連接，分別為邏輯電源和動力電源，邏輯電源使用的是+5V，用于給芯片供電，能承受的動力電源在直流+5.5V到+45V之間，本系統(tǒng)使用+12V作為動力電源，給電機轉(zhuǎn)動提供電源。BTN7971B具有脈寬調(diào)制能力高達25kHz、開關(guān)電流限制過電流降低功耗、具有電流檢測功能的狀態(tài)

41、標志診斷、過熱關(guān)機鎖存能力、輸出過壓鎖定、欠壓關(guān)閉、驅(qū)動電路邏輯電平輸入和優(yōu)化EMI可調(diào)擺率等特點。對于本次設(shè)計，已足以滿足要求。BTN7971N一共有8只引腳，其封裝如圖2.4.1_1所示，各引腳功能如表2.4.1_1所示。</p><p>　　表2.4.1_1 BTN7971B引腳及功能</p><p>　　圖2.4.1_1 BTN7971B </p><p&g

42、t;<b>　　封裝圖</b></p><p>　　2.4.2 HD74LS244三態(tài)緩沖器</p><p>　　HD74LS244芯片為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動器,其主要電氣特性的典型值如表2.4.2_1所示(不同廠家具體值有所不同)。HD74LS244芯片共有20只引腳，其每只引腳的屬性如表2.4.2_2所示。芯片都有一個共性，即芯片內(nèi)部都是有一些門電路組

43、成，74LS244也不列外，其內(nèi)部邏輯圖如圖2.4.2_1所示，邏輯功能如表2.4.2_3所示。每一塊芯片都需要電源，同89C51系列單片機一樣，74LS244使用的是+5V作為額定電源電壓。該芯片主要起到保護驅(qū)動芯片BTN7971B的作用。</p><p>　　表2.4.2_1 244電氣特性的典型值表</p><p>　　表2.4.2_2 SN74LS244引腳的屬性</p&

44、gt;<p>　　表2.4.2_3 SN74LS244的邏輯功能</p><p>　　圖2.4.2_1 SN74LS244的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　2.4.3 電機驅(qū)動電路</p><p>　　電機驅(qū)動系統(tǒng)的核心是BTN7971B電機驅(qū)動芯片和SN74LS244N三態(tài)緩沖器，由一片74LS244與四片BTN7971B一起組成電機驅(qū)動系統(tǒng)，

45、每兩片7971構(gòu)成一個H橋，驅(qū)動一個電機，而74LS244主要起到緩沖而保護電機驅(qū)動芯片BTN7971的作用。電機驅(qū)動電路原理圖如圖2.4.3_1所示。</p><p>　　圖2.4.3_1 電機驅(qū)動電路原理圖</p><p>　　2.4.4 370減速電機</p><p>　　本次設(shè)計使用的電機是370減速電機，一共使用了兩臺，該電機的參數(shù)如表2.4.4_1所

46、示。其中P = T * n / 9550 ，T = 9550P / n （P：功率，單位‘千瓦’，符號‘kw’； T：扭矩，單位‘牛米’，符號‘Nm’；n：轉(zhuǎn)速，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，符號‘r / min’；9550：常數(shù)）。在本設(shè)計中電機的功率P為2.3w,其實物如圖2.4.4_1所示。</p><p>　　圖2.4.4_1 370減速電機實物圖</p><p>　　表2.4.4_1 370電

47、機參數(shù)</p><p>　　注：此參數(shù)表只是在3V、6V、12V和24V這幾種電壓狀態(tài)下每一種電壓的兩種情況，其他的不再詳述。</p><p>　　2.5 傳感器的選擇</p><p>　　本次設(shè)計需要使用的傳感器有兩種，一種是能夠檢測到風速的傳感器，另一種是能夠?qū)崿F(xiàn)限位開關(guān)功能的傳感器。在這次設(shè)計中，這兩種傳感器屬于及其重要的硬件之一，要能實現(xiàn)智能，必須得有這兩

48、種傳感器，缺一不可。根據(jù)設(shè)計需要，風速傳感器只需使用一臺，限位開關(guān)傳感器至少需要兩個。</p><p>　　2.5.1 風速傳感器</p><p>　　在現(xiàn)實生活中，三杯式風速傳感器是使用較多的戶外風速傳感器。三杯式風速傳感器由殼體、風杯和電路模塊等組成，內(nèi)部集成光電轉(zhuǎn)換機構(gòu)，傳感器殼體和風杯采用鋁合金材料。整體具有非常可靠的電磁干擾抗擊能力，能保證主機可以在－20℃～＋50℃,濕度35

49、％～85％（不結(jié)露）范圍內(nèi)均能正常工作。此三杯式傳感器根據(jù)信號輸出的類型不同，其他參數(shù)也有所不同，表2.5.1_1所示是幾種輸出信號類型不同的傳感器的參數(shù)。本設(shè)計使用的是電壓輸出型JL-FS2風速傳感器，其實物及信號輸出定義如圖2.5.1_1所示。</p><p>　　表2.5.1_1 三杯式風速傳感器的參數(shù)</p><p>　?。╝）風速傳感器實物 （b）信號輸出定義

50、 </p><p>　　圖2.5.1_2 JL-FS2風速傳感器實物及其信號輸出引腳定義</p><p>　　2.5.2 限位開關(guān)傳感器</p><p>　　限位開關(guān)傳感器的種類很多，比如紅外式，接觸式等等。根據(jù)本次設(shè)計的要求，開關(guān)傳感器所需工作的環(huán)境，本人選擇了E18-D80NK紅外光電開關(guān)漫反射式避障傳感器。這是一種集發(fā)射與接收于一體的NPN常開型光電傳

51、感器，其輸出是數(shù)字信號，當有物體遮擋時輸出為0，無物體遮擋時輸出則為1，檢測距離可以根據(jù)需要在一定的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。此傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、易于裝配、價格便宜、使用方便等特點，廣泛應用于機器人避障、流水線計件等眾多場合。其實物如圖2.5.2_1所示。E18-D80NK傳感器的技術(shù)參數(shù)如下:</p><p>　　供電電源：100mA/5V供電；（2）輸出電流：DC/SCR/繼電器 </p&g

52、t;<p>　　消耗電流：DC<25mA；（4）響應時間：<2ms；（5）指向角：≤15°；</p><p>　　有效距離：在3-80cm內(nèi)可調(diào)；（7）工作環(huán)境溫度：-25℃到+55℃；（8）標準檢測物體：太陽光10000LX以下，</p><p>　　白熾燈3000LX以下；（9）外殼材料：塑料；</p><p>　　

53、（10）尺寸：直徑為17mm，長度為45mm； 圖2.5.2_1 E18-D80NK</p><p>　?。?1）引線說明：紅色為正極，綠色為負極，黃色為信號輸出。</p><p>　　2.6 鍵盤的設(shè)計</p><p>　　鍵盤是微機應用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，在單片機應用系統(tǒng)中，操作人員通常是通過鍵盤向單片機系統(tǒng)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)

54、簡單的人機通信功能。而鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合，平時按鍵開關(guān)總是處于斷開狀態(tài)，當按下鍵時它才閉合。</p><p>　　雖然本次設(shè)計的是智能抗風廣告牌，但考慮到操作員對系統(tǒng)的維護以及廣告的更換等原因，不得不設(shè)計一套鍵盤。鍵盤的結(jié)構(gòu)一般有獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤，因為本次設(shè)計所需要的按鍵數(shù)并不多，所以就設(shè)計了獨立式鍵盤。本次設(shè)計的鍵盤一共有八個按鍵，實際用到了四個，流出了四個裕量，以備以后對系統(tǒng)做改進之需。電路

55、原理圖如圖2.6_1所示。鍵盤中所用到的四個按鍵的功能分別是：</p><p>　?。?）1號按鍵的作用是當廣告牌的收放是處于手動狀態(tài)時，一直按著1號按鍵， 廣告牌就收起，直到停止對按鍵的使用或者廣告牌也收到位；</p><p>　　（2）2號按鍵的作用是當廣告牌的收放處于手動狀態(tài)時，一直按著2號按鍵， 廣告牌就被放下，直到停止按2號按鍵或者廣告牌已放到位；</p>&

56、lt;p>　?。?）3號按鍵起廣告牌收放的自動和手動切換的作用，軟件部分設(shè)計是使廣告 牌一開始處于自動收放的狀態(tài)，當按下按鍵3時，就切換成手動收放狀態(tài)</p><p>　　了，再按一次，就變成自動收放狀態(tài)了；</p><p>　?。?）4號按鍵的作用是控制廣告牌四周的LED等的開和關(guān)。</p><p>　　圖2.6_1 鍵盤電路原理圖</p>

57、<p><b>　　2.7 顯示器</b></p><p>　　為了使廣告牌的維護人員到現(xiàn)場對廣告牌的維護更方便，因此本系統(tǒng)還設(shè)計了顯示器，顯示器的作用就是方便查看廣告牌的收放情況以及風速的大小和等級等信息。因為顯示器對電路的要求很高，所以本次設(shè)計并沒有自己做電路，而是直接使用龍邱智能科技的OLED顯示器模塊，此顯示器的分辨率為128*64，顯示屏的尺寸為0.96吋，整個模塊的

58、尺寸為29.5mm*29.5mm。顯示器模塊一共有7只引腳，分別為GND（地）,V（3.3V電源）,DO（CLK時鐘）,DI（MISO數(shù)據(jù)）,RST（復位）,DC（數(shù)據(jù)/命令）,CS（片選）。在實際應用中，CS端不用再接，因為本模塊已經(jīng)接地了。只需4只引腳與單片機的I/O口相接，另外兩只引腳一只接地，一只接+3.3V電源給顯示器模塊供電，其實物如圖2.7_1所示。</p><p>　　圖2.7_1 OLED顯示

59、器模塊實物</p><p><b>　　2.8 散熱器</b></p><p>　　本次設(shè)計控制系統(tǒng)硬件部分有些龐大，需要的電源很多，使用的芯片很多，整個控制系統(tǒng)硬件會散發(fā)出一定的熱量，為了降低溫度，使系統(tǒng)能夠更好更安全的正常工作，所以給系統(tǒng)加了散熱器。在設(shè)計時，給發(fā)熱量相對較多的芯片都加上了散熱片，最后再給整個中心控制系統(tǒng)加上一個散熱扇。使用的散熱扇是臺式電腦主機

60、的CPU上專用的AVC7015散熱扇，其電器參數(shù)如下：</p><p>　　(1)尺寸：70mm*70mm*15mm；</p><p>　　(2)工作電壓：12V；</p><p>　　(3)額定電流：0.70A；</p><p>　　(4)額定功率：8.4W</p><p>　　(5)軸承：單滾珠軸承。</p&

61、gt;<p>　　此電扇在工作狀態(tài)下，扇葉的殺傷力還是挺大的，因此，為了人身安全，本人給其加上了一個防護鐵網(wǎng)。</p><p>　　2.9 廣告牌機械系統(tǒng)</p><p>　　廣告牌的機械系統(tǒng)，是本次設(shè)計的控制對象，也是核心部件。這一部分，受本地資源條件的限制，做起來有一定難度。這一部分是整個設(shè)計的核心，其能否很好的實現(xiàn)，至關(guān)重要，所以要考慮的東西很多。</p>

62、<p>　　2.9.1 廣告牌的設(shè)計原理及使用說明</p><p>　　本人設(shè)計的是兩面獨立的廣告展板的廣告牌綜合體，廣告的載體是普通的廣告噴繪塑料紙，廣告紙的載體又是一種有一定硬度、也有一定強度的軟體材料，由于條件有限，本次設(shè)計就用了普通的透明塑料紙代替了廣告布的載體（以下簡稱廣告牌），廣告紙只需固定在廣告牌上即可。每一塊廣告牌分別固定在一根光軸上，當控制中心驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動時，電機帶動光軸轉(zhuǎn)動，即

63、可實現(xiàn)廣告牌的收放了！而所謂廣告牌的智能抗風，是指當風速傳感器檢測到的風速達到系統(tǒng)設(shè)定值時，中央控制器會自動控制電機轉(zhuǎn)動，把廣告牌卷在光軸上，減小廣告牌與風的接觸面積，以減小對風的阻力，從而實現(xiàn)智能抗風。</p><p>　　2.9.2 廣告牌的機械原理</p><p>　　機械系統(tǒng)主要由不銹鋼框架、電機、齒輪、軸承、光軸和廣告布等組成。整個框架基本上都是不銹鋼結(jié)構(gòu)，使用的是海利304不

64、銹鋼，其橫截面是邊長為24mm的空心正方形。一共用了兩種型號的齒輪，其參數(shù)如表2.9.2_1所示。系統(tǒng)中一共使用了四個帶座軸承，其孔徑為12mm，直徑為為38mm。使用的光軸，長1000mm，直徑12mm一共使用了四根，其中兩根的兩端分別套上一個軸承和一個齒輪，安裝在鋼結(jié)構(gòu)的最上方，是廣告牌的載體；另外兩根是安裝在廣告牌的最小方，其作用是給廣告牌增加向下的重力，使廣告牌在展開的更整齊，廣告效果更好。此外，廣告牌下方的兩根光軸的兩端還分別

65、安裝了一塊永久磁鐵，其與鋼結(jié)構(gòu)框架上的四個電磁鐵分別構(gòu)成一套系統(tǒng)，實現(xiàn)對廣告牌的固定作用，而磁鐵的磁性則是根據(jù)所要抗的風的風速來設(shè)計的。為了使廣告牌有更好的廣告效果，在兩個廣告牌中間加了一塊跟廣告牌大小相同的鐵網(wǎng)。</p><p>　　表2.9.2_1 所使用齒輪的參數(shù)</p><p>　　2.9.3 廣告牌框架結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　廣告牌框架結(jié)構(gòu)主要由

66、最頂上的保護頂架、廣告牌主展板、支撐柱和底座等組成，全是不銹鋼框架結(jié)構(gòu)。保護頂架長960mm，寬280mm,高150mm。廣告牌邊框的長960mm，寬700mm,而實際廣告牌的長是930mm，寬是700mm。支撐柱所利用的材料是直徑為50mm的不銹鋼空心圓柱，高為800mm，其作用就是支撐起整個廣告牌。底座使用的材料同樣也是不銹鋼，其由兩條長560mm，寬37mm，高15mm的不銹鋼空心長方體和一根直徑為64mm長為350mm的圓柱不銹

67、鋼管組成。整個機械系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)圖如圖2.9.3_1所示。（以上所有尺寸均含不銹鋼本身的厚度及邊長）</p><p>　　圖2.9.3_1 廣告牌框架圖</p><p><b>　　3. 軟件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 總體程序流程圖</p><p>　　本次設(shè)計以單片機為核心控制器，電機為輸出，紅外開

68、關(guān)為傳感器，輔以風速傳感器模塊，因此程序的設(shè)計要把握好器件間彼此的關(guān)聯(lián)和響應，重心是單片機對信號的處理，做出相應的響應。當風速傳感器檢測到強風，把此信號傳給中央控制處理器，經(jīng)過處理后，控制電機轉(zhuǎn)動把廣告牌卷起來，當卷到位后，紅外限位開關(guān)傳感器1把廣告牌收到位了的這一信號傳給單片機，經(jīng)單片機處理后，控制電機，使其停止。因為臺風可能不穩(wěn)定，所以當廣告牌是因為有臺風來了而被收起的，必須要做一定的延時，以避免電機急啟動，減小對電機和廣告牌的損傷

69、。當所設(shè)延時到后，風速傳感器檢測到強風已過后，把此信號傳給單片機，經(jīng)單片機處理后，控制電機反轉(zhuǎn)，展開廣告牌。當紅外限位開關(guān)傳感器2檢測到廣告牌已放到位，把此信號傳給單片機，經(jīng)單片機處理后，控制電機，使其停止轉(zhuǎn)動，當檢測到有強風后又把廣告牌收起，如此實現(xiàn)廣告牌的智能抗風的功能。整個控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖3.1_1所示。</p><p>　　圖3.1_1 系統(tǒng)總體程序流程圖</p><p>

70、;<b>　　3.2 程序設(shè)計</b></p><p>　　關(guān)于整個控制系統(tǒng)程序的編寫和設(shè)計，按照程序流程圖3.1_1進行即可。因為基于 Kinetis K60 單片機的功能模塊分別定義有不同的源文件和頭文件，所以當我們在用到某一模塊時，只需要在工程文件的頭部調(diào)用相應模塊的頭文件即可，這樣我們在編程時就方便快捷多了。整個系統(tǒng)開始時是處于正常工作狀態(tài)的，即廣告牌是正常展開的。 根據(jù)程序流程圖

71、，編寫了整個控制系統(tǒng)的程序如下：</p><p><b>　　/*</b></p><p>　　*項目名稱：智能抗風廣告牌系統(tǒng)</p><p>　　*硬件平臺:MK60DN512ZVLQ10 </p><p>　　*時間：2014/11/28</p><p><b>　　*引腳使用說明

72、</b></p><p>　　*********PTE0:-----紅外傳感器1</p><p>　　*********PTE1:-----紅外傳感器2</p><p>　　*********PTE2:-----按鍵1（收）</p><p>　　*********PTE3:-----按鍵2（放）</p><p&

73、gt;　　*********PTE4:-----按鍵3（自/手動切換）</p><p>　　*********PTD4:-----電機1</p><p>　　*********PTD5:-----電機1</p><p>　　*********PTD6:-----電機2</p><p>　　*********PTD7:-----電機2</

74、p><p>　　*********PTC5:-----顯示屏SCH</p><p>　　*********PTC7:-----顯示屏SDA</p><p>　　*********PTC9:-----顯示屏RST</p><p>　　*********PTC11:----顯示屏DC</p><p><b>　　*/

75、</b></p><p>　　#include "common.h"</p><p>　　#include "HAL_GPIO.h" //通用輸入輸出</p><p>　　#include "HAL_ADC.h"</p><p>　　#include "H

76、AL_FTM.h" //PWM生成</p><p>　　#include "oled.h"</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p><b>　　//函數(shù)聲明</b></p><p>　　void init_gpio(void);<

77、/p><p>　　void delay(void);</p><p>　　void init_adc(void);</p><p>　　void init_pwm(void);</p><p>　　void get_adc(void);</p><p>　　void get_gpio(void);</p>&

78、lt;p>　　void shujuchuli(void);</p><p>　　void xianshi(void);</p><p>　　void oledinit(void);</p><p><b>　　//全局變量聲明</b></p><p>　　uint infrared1,infrared2,opera

79、te1=0,operate2=0,operate3=0,ople=0;</p><p>　　uint sum_wind_speed,avg_wind_speed,win;</p><p>　　uint flag1=0;</p><p>　　int16 flag_auto=1;</p><p>　　int control1,control2,s

80、=0;</p><p>　　/****************GPIO初始化*****************/</p><p>　　void init_gpio()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LPLD_GPIO_Init(PTE,0,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC

81、_DIS);//上紅外傳感器</p><p>　　LPLD_GPIO_Init(PTE,1,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);//下紅外傳感器</p><p>　　LPLD_GPIO_Init(PTE,2,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);//按鍵1（收）</p><p>　　LPLD_GPIO_Init(

82、PTE,3,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);//按鍵2（放）</p><p>　　LPLD_GPIO_Init(PTE,4,DIR_INPUT,INPUT_PDOWN,IRQC_DIS);//按鍵3（自/手動切換）</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************AD

83、C初始化*****************/</p><p>　　void init_adc()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LPLD_ADC_Init(ADC1,MODE_8,CONV_SING );</p><p><b>　　}</b></p>&

84、lt;p>　　/****************pwm初始化*****************/</p><p>　　void init_pwm()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_Init(10000);//電機控制，頻率10KHz </p><p>　　L

85、PLD_FTM0_PWM_Open(4,0); //打開通道4，即PTD4輸出占空比</p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_Open(5,0); //打開通道5，即PTD5輸出占空比</p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_Open(6,0); //打開通道6，即PTD6輸出占空比</p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_Open(7

86、,0); //打開通道7，即PTD7輸出占空比</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************oled初始化****************/</p><p>　　void oledinit(void)</p><p><b>　　{</b><

87、/p><p>　　int n=3,i;</p><p>　　for(i=6;i<118;i=i+16)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　LCD_P16x16Ch(i,0,n);</p><p><b>　　n=n+1;</b></p>

88、;<p><b>　　} </b></p><p>　　LCD_Print(0,2,"Windspeed: m/s");</p><p>　　LCD_Print(0,4,"Windpower: LV");</p><p>　　LCD_Print(0,6,"auto:"

89、;);</p><p>　　LCD_P6x8Str(86,3,".");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************獲得io口的數(shù)據(jù)*****************/</p><p>　　void get_gpio()</p><

90、;p><b>　　{</b></p><p>　　infrared1=LPLD_GPIO_Get_b(PTE, 0);//獲得紅外傳感器1值</p><p>　　infrared2=LPLD_GPIO_Get_b(PTE, 1);//獲得紅外傳感器2值</p><p>　　operate1=LPLD_GPIO_Get_b(PTE, 2);

91、//讀按鍵1的值</p><p>　　operate2=LPLD_GPIO_Get_b(PTE, 3);//讀按鍵2的值</p><p>　　operate3=LPLD_GPIO_Get_b(PTE, 4);//讀按鍵3的值</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****************

92、獲得ADC數(shù)據(jù)及處理**************/</p><p>　　void get_adc()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　win=LPLD_ADC_SE_Get(ADC1,14);</p><p>　　if(win>99)win=99;</p><p>

93、;<b>　　}</b></p><p>　　/*****************控制函數(shù)*****************/</p><p>　　void shujuchuli()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(operate3==1) </p>

94、<p><b>　　{</b></p><p>　　s=s+1;flag_auto=0;</p><p><b>　　if(s>1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　flag_auto=1;</p><p

95、><b>　　s=0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(flag_auto==1) </p><p><b>　　{</b></p><p&g

96、t;　　if(win>50) flag1=1; </p><p>　　if(win<=50) flag1=0; </p><p>　　if(flag1==0)//自動放下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　control1=0;</p><p>　

97、　control2=10000;</p><p>　　if(infrared1==0&&infrared2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　control1=0;</p><p>　　control2=0;</p><p><b>　　

98、} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag1==1)//自動收起</p><p><b>　　{</b></p><p>　　control1=10000;</p><p>　　control2=0;</

99、p><p>　　if(infrared1==1&&infrared2==1)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　control1=0;</p><p>　　control2=0;</p><p><b>　　delay();</b&g

100、t;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag_auto==0)</p><p><b>　　{</b><

101、;/p><p>　　control1=0;</p><p>　　control2=0;</p><p>　　if(operate1==1)//手動收起</p><p><b>　　{</b></p><p>　　control1=10000;</p><p>　　control

102、2=0;</p><p>　　if(infrared1==1)</p><p>　　{control1=0;</p><p>　　control2=0;}</p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(operate2==1)//手動放下</p>&l

103、t;p><b>　　{ </b></p><p>　　control1=0;</p><p>　　control2=10000;</p><p>　　if(infrared2==0)</p><p>　　{control1=0;</p><p>　　control2=0;}

104、 </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************顯示函數(shù)*****************/</p><p>

105、　　void xianshi()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int16 wind_power,wind_speed_h,wind_speed_l; </p><p>　　wind_speed_h=10*win/100;</p><p>　　wind_speed_l=10*win%100;

106、</p><p>　　wind_power=8*win/100;</p><p>　　LCD_P6x8number(80,3,wind_speed_h);</p><p>　　LCD_P6x8number(90,3,wind_speed_l);</p><p><b>　　delay();</b></p>

107、<p>　　LCD_P6x8number(80,5,wind_power);</p><p>　　LCD_P6x8number(40,7,flag_auto);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************************主函數(shù)**********************

108、*********/</p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　init_gpio();</p><p>　　init_adc();</p><p>　　init_pwm();</p><p>　　LC

109、D_Init();</p><p>　　oledinit(); </p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　get_adc();</p><p>　　get_gpio();</p><

110、p>　　shujuchuli();</p><p>　　xianshi(); </p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(4,control1);</p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(5,control2);</p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_Chan

111、geDuty(6,control1);</p><p>　　LPLD_FTM0_PWM_ChangeDuty(7,control2);</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************延時函數(shù)**********

112、*******/</p><p>　　void delay()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i, n;</p><p>　　for(i=0;i<5000;i++)</p><p><b>　　{</b></

113、p><p>　　for(n=0;n<2000;n++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　asm("nop");</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p&

114、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　　本程序已經(jīng)過多次修改和調(diào)試，可以使系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　4. 系統(tǒng)及實物調(diào)試</p><p>　　當設(shè)計課題確定后，安排好整個設(shè)計的行程，對每一個模塊進行規(guī)劃，做出相應的方案。當有了自己的方案后，可以大概的編寫系統(tǒng)的控制軟件，做了仿真且能實現(xiàn)后，就開始按著自己

115、的規(guī)劃做硬件部分，當每部分硬件做完后，先對其進行檢查，看是否有問題，有問題便對其采取相應的措施將其解決好，檢查完后，才做下一個模塊。當所有的硬件部分做完后，就對整個硬件電路系統(tǒng)通電，測試基本的系統(tǒng)指示燈是否能亮，檢測完畢后，給單片機下載程序，對整體進行測試，對系統(tǒng)程序進行調(diào)試。</p><p>　　本次設(shè)計使用的編程軟件是IAR Embedded Workbench for ARM 6.50

116、.6，</p><p>　　IAR Embedded Workbench for ARM是IAR Systems公司為ARM微處理器開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境（下面簡稱IAR EWARM）。和其他的ARM開發(fā)環(huán)境相比，IAR EWARM具有入門容易、代碼緊湊和使用方便等特點。使用C-SPY 的模擬器（Simulator）來對系統(tǒng)程序進行調(diào)

117、試，利用該調(diào)試器可以查看變量、設(shè)置斷點、</p><p>　　觀察反匯編代碼、監(jiān)視寄存器和存儲器及在Terminal I/O窗口打印輸出。IAR Embedded Workbench for ARM 6.50.6應用窗口展開如圖4_1所示。</p><p>　　圖4_1 IAR Embedded Workbe

118、nch for ARM 6.50.6 展開窗口</p><p><b>　　5. 總結(jié) </b></p><p>　　經(jīng)過兩個月的努力，基本上算是把智能抗風廣告牌模型做好了。記得剛開始時，我在網(wǎng)上查找相關(guān)的資料，根本就沒有這樣的課題，所以我也就沒有依靠以前有人做過，參考一下的這種想法及行動，而是靠自己去慢慢的研究。要想實現(xiàn)智能控