基于單片機的紅外線自動門控制.doc

東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 摘 要 隨著科技的不斷發(fā)展，自動門在人們日常生活中斷得到了廣泛的應用，同時對其安全性及各方面的性能的要求越來越高。自動門的控制系統(tǒng)是隨著人們對生活條件的不斷追求，科技的不斷發(fā)展應運而生的高科技產(chǎn)品。由于單片機系統(tǒng)的適應能力強，穩(wěn)定性高，所以本設計采用STC89C52 單片機作為主控制器。 本次設計是紅外線自動門控制系統(tǒng)，使用紅外線傳感器作為感應器，檢測到人體輻射的紅外線能量變化，將其轉化為電信號，傳給單片機，步進電機作為門驅動裝置。通過單片機控制電機，使門自動打開，當人進門后又可以使門自動關閉。在開門時可以調節(jié)開門的速度，在關門時有防夾功能。另外本設計也可監(jiān)測門內的溫濕度并顯示。本課題主要實現(xiàn)紅外線檢測和基于STC89C52的單片機控制系統(tǒng)。 關鍵詞：單片機；熱釋紅外線傳感器；主控制器 Abstract With the continuous development of science and technology, automatic doors in the interrupt has been widely used, peoples daily life and every aspect of its safety and performance requirements more and more high. Automatic door control system is along with the people of the pursuit of better living conditions, the continuous development of science and technology arises at the historic moment of high-tech products. Because of the single chip microcomputer system adaptable, high stability, so this design uses the STC89C52 single-chip microcomputer as the main controller.Is this design infrared automatic door control system, the use of infrared sensors as sensor that detects human radiation of infrared energy changes, and convert it into electrical signals, to the step motor as drive door through the single-chip microcomputer control of the motor, the door opens automatically, when people after taking the door, can make the door shut down automatically. Can adjust the speed of the door when open the door, close the door when in the clamp function. In addition, our design can also be used in the monitoring of the gate of temperature and humidity and display.This topic is mainly to realize that infrared detection, and other based on STC89C52 single-chip microcomputer control system. Key words: singlechip; pyroelectric infrared sensors; main controller目 錄 第1章 概述1 1.1 課題研究的可行性1 1.2 自動門的發(fā)展1 1.3 電機自動控制系統(tǒng)的應用和發(fā)展2 1.4 課題研究的目的和意義3 1.5 課題研究的要求和思路4 1.6 畢業(yè)設計所要實現(xiàn)的功能4 第2章 系統(tǒng)硬件設計5 2.1 設計電路的框圖和原理5 2.2 單片機介紹6 2.3 熱釋電紅外傳感器介紹10 2.4 BISS0001芯片介紹和典型電路11 2.5 步進電機15 2.6 溫度傳感器DS18B2016 2.7 濕度傳感器DHT1120 2.8 液晶顯示模塊22 2.9 ISD1760多段語音錄放芯片26 2.10 本章小結28 第3章 系統(tǒng)軟件設計及硬件調試29 3.1 各部分程序流程設計29 3.2 單片機的編程（程序見附錄）31 3.3 硬件電路圖33 3.4 硬件電路調試34I 3.5 本章小結35 結 論36 參考文獻37 致 謝38 附 錄39I東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第1章 概述1.1 課題研究的可行性在不斷發(fā)展的當今社會科技化、信息化程度越來越高，單片機的應用領域也就越來越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。在本次畢業(yè)設計中，利用紅外線感應的元器件感應到人體的存在之后控制步進電動機的運行，在紅外線感應到人的存在時，會產(chǎn)生相應的高低電平，之后傳入單片機，單片機對此產(chǎn)生相應的控制信號控制單片機的運行。通過分析，此次畢業(yè)設計在理論上是完全可行的。本論文著重闡述了以單片機為主體，步進電機、傳感器為核心的系統(tǒng)。1.2 自動門的發(fā)展 自動門從理論上理解應該是門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進行的發(fā)展和完善。自動門指：可以將人接近門的動作（或將某種入門授權）識別為開門信號的控制單元，通過驅動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關閉，并對開啟和關閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。 自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀年以后。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用受此影響，世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設，自動門技術的領域每年都在增加。當初，用供給建筑物用電源進行電動機的速度控制很難，只好進行油壓、空壓速度控制，轉換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。 21世紀的今天，門更加突出了安全理念，強調了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術的理念，強調門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調、和諧。在不斷發(fā)展和完善的過程中，門的高級形式自動門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門。對于我們國家來說，在控制方面我們和歐美發(fā)達國家在技術上還有很大的差距，但是讓我們欣喜地是我們國家在這方面已經(jīng)做出了很大的進步，差距總歸是有的，但是通過我們持之不懈的努力我們和他們的差距會越來越小的。1.3 電機自動控制系統(tǒng)的應用和發(fā)展電動機作為最主要的機電能量轉換裝置，其應用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務和辦公設備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱、空調、DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動機。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機的。電動機與人的生活息息相關，密不可分。電氣時代，電動機的調速控制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應用比較多。簡單控制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉控制和順序控制。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關元件來實現(xiàn)。還有一類控制叫復雜控制，是指對電動機的轉速，轉角，轉矩，電壓，電流，功率等物理量進行控制。伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調整后，由電動機和機械傳動機構驅動機床坐標軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復雜形狀的工件。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現(xiàn)代控制技術的進步，經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。目前，伺服技術正朝著交流化、數(shù)字化的方向迅速發(fā)展。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微型計算機的性能越來越高，價格也越來越便宜。此外電力電子技術的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應用微機來控制各類電機完成備種新穎的、高性能的控制策略，是電機的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，是電機的性能更符合使用要求，還可以制造出便于控制納新型電機，使電機出現(xiàn)新的面貌。比較簡單的電機微機控制，例如在適當?shù)臅r候讓電機啟動、制動或反轉之類，只要讓微機控制繼電器或電子開關元件使電路開通或關斷就可以了。在各種機床設備及生廣流水線中，現(xiàn)在已普遍采用微機的可編程控制器。按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。至于復雜的控制，則要用微機控制電機的電壓、電流、轉矩、轉速、轉角等等，使電機按指定的指令準確工作。通過微機控制，電機的性能有很大的提高。例如傳統(tǒng)的直流電集合變流電機各有憂缺點，直流電動機的調速性能好。但帶有機械按向器，有機械磨損及換向火化等問題；交流電動機，不論是異步電動機還是同步電動機，結構都比直流電動機簡單。工作也比直流電動機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，他們的速度不能方便而又經(jīng)濟的調節(jié)。交流電動機采用正弦脈寬調制方式進行變額調速是比較理想的，但若要用普通的模擬電路或數(shù)字電路完成這任務，電器相當復雜用微機控制就簡單多了。若要進一步調節(jié)精度及動態(tài)性能，可采用矢量控制方案，它的調速性能將與直流電動機相當。但矢量控制比較復雜，用傳統(tǒng)的模擬電路或數(shù)字電路根難做到，而應用微機控制。則能方便的實現(xiàn)。為了提高性能在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，已采用高速數(shù)字信號處理芯片，指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令。復雜的電機微機控制主要用于以下兩個方而：第一，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。用以保證正常工作時發(fā)電機電壓穩(wěn)定，發(fā)生故障后盡可能保持穩(wěn)定，達到優(yōu)化控制的目的。第二，電動機調速及其位置伺服控制。用于鼓風機或水泵的調速節(jié)能、數(shù)控機床、微型計算機磁盤驅動器、機器人等控制系統(tǒng)。 在電機微機控制系統(tǒng)中，微機主要完成下列工作：第一，實時控制。根據(jù)給定的要求駛控制規(guī)律，對發(fā)電機的電壓，電動機的轉速等物理量實現(xiàn)在線實時控制。第二，監(jiān)控。完成事故報警、事故處理、系統(tǒng)診斷及管理等。第三，數(shù)據(jù)處理 完成必要的數(shù)據(jù)采集、分析處理、計算、顯不、記錄等。1.4 課題研究的目的和意義自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中自動平移門使用得最廣泛，我們通常所說的自動門、感應門就是指自動平移門。 自動平移門最常見的結構形式是自動門機械驅動裝置和門內外兩側紅外線，當人走近自動門時，紅外線感應到人的存在，給控制器一個信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調能源、防風、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。隨著電子科技的不斷發(fā)展, 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動平移門控制系統(tǒng)成為學校、公司等人流密集地疏導人流、控制出入的首選。1.5 課題研究的要求和思路對于本次畢業(yè)設計，結合了我們大學四年所學的很多知識，可以說是對大學四年我們所學知識的回顧和總結，要圓滿的完成此次畢業(yè)設計，必須對以前所學的知識全面的復習，還要對新知識點的學習和掌握。為了此次畢業(yè)設計應該做到以下幾點。第一，了解各種元器件的原理及其在電路中的作用，繪制出電路原理圖。第二，查閱相關資料，了解有關自動門設計的一些必要的知識。第三，復習在學校里所學的知識，并借鑒和閱讀相關的設計從中找出靈感和思路。1.6 畢業(yè)設計所要實現(xiàn)的功能本次畢業(yè)設計主要是實現(xiàn)以下功能。功能一：有人來時（進門或出門）開門。當人走到離門不遠的時候時，安裝在門上側的熱釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時，啟動電動機實現(xiàn)開門。功能二：無人時關門延遲,當熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門一定的范圍內，將延遲啟動電動機關門。功能三：關門中途來人，立即開門。當啟動電動機關門時，感應探頭突然檢測到在離門一定的范圍內有人，則立即停止電動機關門，啟動電動機開門。 功能四：防止夾傷乘客的防夾功能，當門在關閉時，如果有人被夾，則會馬上開門，這時人可以從門中離開，之后便會關門。 功能五：控制門開關速度的電動機具有變速功能，通過調速按鈕，可以適當?shù)恼{節(jié)開門時的電動機的轉速，進而控制開門的速度。功能六：語音播報功能，在開門和關門之前會有相應的關門語音提示。功能七：當前溫度和濕度檢測并在1602液晶上顯示?？傮w結構圖如下圖1-1：自動門防擠調速，語音播報自動門控制人體信號熱釋電紅外線傳感器DS18B20溫度傳感器測量溫度門內環(huán)境DHT11濕度傳感器測量濕度溫度濕度測量結果在液晶1602中顯示光學系統(tǒng)（菲涅爾透鏡）圖1-1 總體結構圖第2章 系統(tǒng)硬件設計2.1 設計電路的框圖和原理紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成，本系統(tǒng)主要由STC89C52單片機及其外圍電路、紅外檢測電路，門擠壓檢測電路、步進電機控制電路、語音播報電路、步進電機調速電路、溫度濕度測量、溫濕度顯示電路部分組成。單片機循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進電機控制信號，電動機帶動門運行，當系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應的控制方式。如門在關門過程中遇到人或其他障礙物時門無條件朝相反方向打開，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進入故障處理程序。系統(tǒng)硬件框圖如圖2-1所示。 STC89C52 單片機紅外線感應擠壓檢測電機調速語音播報溫度測量濕度測量溫濕度顯示控制方式切換 圖2-1 系統(tǒng)硬件框圖 圖2-1 紅外線自動門控制系統(tǒng)硬件圖框圖感應自動門的種類很多，在此，僅以平移型感應自動門機作為設計的重點。當門扇要完成一次開門與關門，其工作流程如下：感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器做出判斷，如需關門，通知馬達作反向運動，關閉門扇。 2.2 單片機介紹單片機是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些邏輯部件集成在一個芯片上，故可以把單片機看成是一個不帶外部設備的微型計算機，相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機。 單片機在各行各業(yè)中都有廣泛的應用，尤其是在工業(yè)控制方面的應用最為廣泛，單片機的應用代替了很多用到人的地方，大大提高了工作效率。STC89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中AT89C2051是它的一種精簡版本。STC89C52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖2-2所示。圖2-2 STC89C52外形及引腳圖2.2.1 STC89C52管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。在實際應用中，大多數(shù)情況下都使用P3口的第二功能。P3.0 RXD：串行輸入口P3.1 TXD：串行輸出口P3.2 /INT0：外部中斷0P3.3 /INT1：外部中斷1P3.4 T0：記時器0外部輸入P3.5 T1：記時器1外部輸入P3.6 /WR：外部數(shù)據(jù)存儲器P3.7 /RD：外部數(shù)據(jù)存儲器 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號，單片機的P3口不同于單片機的其他I/O口，作為一個特殊的I/O端口P3口有著與其他的I/O端口所不具備的第二功能。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時，則單片機會復位，因此RST端口作為單片機的復位端口。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN信號的出現(xiàn)，選通外部程序存儲器，存儲器將相應的地址單元的內容送出至數(shù)據(jù)總線，供CPU讀取。PSEN端和ALE端具有同樣的驅動能力。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。MCS-51單片機有四組8位并行輸入/輸出口P0P3，供32個輸入/輸出引腳。端口引腳為P0.0P0.7、P1.0P1.7、P2.0P2.7、P3.0P3.7。80C52單片機有4個并行的IO口即P0、P1、 P2 、P3 ，每一個端口有8條IO口線80C52單片機還有1個全雙功能的串行IO口，可以和主機進行遠距離通訊。該串口有2條線即發(fā)送數(shù)據(jù)線和接受數(shù)據(jù)線。單片機內部的四個8位端口的內部結構各不相同，所以對應的其中的功能也隨之有所差別，P0口作為特殊的I/O的端口其內部的電路結構決定著其余其他的端口的不同，單片機內部的四個8位端口的功能：P0口：P0口可作為輸入/輸出口，但在實際應用中常作為地址/數(shù)據(jù)總線口，即低8位地址與數(shù)據(jù)線分別為P0口。P1口：P1口的每一位都能作為可編程輸入或輸出線。P2口：P2口可作為輸入口或輸出口使用，外接I/O設備時，又作為擴展系統(tǒng)的地址總線，輸出高8位地址，與P0口一起組成16位地址總線。P3口：P3口為雙功能口。作為第一功能使用時，其功能同PI口。當作第二功能使用時，每一位功能定義如表2-1所示。表2-1 P3口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0輸入線）P3.3INT1（外部中斷1輸入線）P3.4T0 （定時器0外部輸入）P3.5T1 （定時器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出）2.2.2 STC89C52主要特性與MCS-51兼容，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24H，三級程序存儲器鎖定，128*8位內部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路。以上討論針對標準51系列單片機。標準51單片機就片內資源來說是不滿足項目的硬件要求的。主要是因為程序和數(shù)據(jù)存儲器的容量太小。其次，對于其他的很多功能，單片機來完成此項目來說51機的中斷資源和運行速度也不令人滿意。根據(jù)項目的任務及技術要求分析，結合上面列舉的標準的51單片機系統(tǒng)的硬件資源，得到的結論是：標準的51系列單片機完成很多的項目任務有一定缺陷。標準的51單片機作為主控器的缺點分析：51機的程序與數(shù)據(jù)存儲器的容量小是核心問題，片上資源不足，需要外擴。隨著單片機向片上系統(tǒng)方向的發(fā)展，單片機應用也從系統(tǒng)擴展工作方式向單片機最小應用系統(tǒng)方向發(fā)展，這是由單片機豐富的片內資源支持的。從設計理念上說，硬件設計越簡單，使用器件越少，系統(tǒng)可靠性就越高。因此，綜合考慮在做其他的很多項目的時候，51單片機并不一定就是首選。因為52單片機只比51單片機多了一個定時器T2，因此，編程時的頭文件，reg52.h中也比reg51.h多了幾行定義T2寄存器的內容除此之外兩種單片機的開發(fā)板、引腳等都相同故將兩種單片機放在一起進行介紹，對于51單片機和52單片機的區(qū)別在于其內部的存儲器的大小，還有52是51的增強型，S52比C51,定時器多一個T2（這個東東強悍的很），RAM多128B，ROM多4K，中斷多了2個，多一個看門狗,在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面還有一些改進。S52的最高外接晶振可以達到33MHz，C51大概只有24MHz。對于不同的單片機來說在工業(yè)應用中有著不同的用處。51/52單片機廣泛應用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51/52系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內將占有大量市場。51/52單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。51/52單片機的管腳也很有特點，大多數(shù)51/52單片機的管腳都大同小異。2.2.3 芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，STC89C52設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。2.3 熱釋電紅外傳感器介紹熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10-20米范圍內人的行動。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內溫度有T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱電壓V。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時T=0，傳感器無輸出。若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結構及內部電路見下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應管FET等組成。其中，濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm-12mm之間的紅外信號的微弱變化轉變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 熱釋紅外線傳感器內部結構與電路如圖2-3所示。 圖2-3 熱釋電紅外線傳感器的結構及內部電路熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點：優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。缺點：容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。2.4 BISS0001芯片介紹和典型電路BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，而且也能和其他多種傳感器進行匹配。它的內部是由運算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路等組成。BISS0001采用16腳標準型塑料封裝結構。1腳（A）為觸發(fā)方式控制端，當A1時電路可重復觸發(fā)；當A0時電路則不可。2腳（V0）為控制信號輸出端，當有傳感信號輸人時，V0輸出高電平。3腳（RX）和4腳（CX）為輸出定時控制器T，定時時間為：TX50103RXCX。5腳（Ri）和6腳Ci）為鎖定時間控制器i的外接元件，鎖定時間Ti24RiCi。7腳（VSS）為電源正端。8腳（VRF）為參考電壓及復位端，使用時一般接VDD，若按SS，使定時器復位。9腳（Vc）為觸發(fā)禁止端，當VCVR時禁止觸發(fā)；當VCVR時允許觸發(fā)。10腳（IB）為偏置電流設置端，由外接電阻RB接SS端，RB一般取1M的電阻。11腳（VDD）為電源正、負端。12腳（OUT2）為第二級運放的輸出端。13腳（IN2-）為第二級運放的反相輸人端。14腳（IN1+）第一運放的同相輸入端。15凈（IN1-）第一運放的反相輸入端。16腳（OUT1）為第一運放的輸出端。2.4.1 BISS0001的內部結構及特點運算放大器將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號VS去啟動延遲時間定時器，輸出信號VO經(jīng)晶體管T1放大驅動繼電器去接通負載。探頭的窗口為長方形，當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間距離有差值差值越大感應越靈敏，當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時。為了增加感應角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應，但左右兩側仍然比上下兩個方向靈敏度強，安裝時仍須盡量按以上要求。BISS0001的特點：CMOS工藝，公耗低，數(shù)模混合，具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，內部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器，采用16腳DIP封裝，對于此芯片的工作電壓范圍寬（3V5V)。2.4.2 BISS001管腳圖及管腳說明BISS0001芯片采用16腳DIP封裝，同時也有貼片式封裝的形式和其他的芯片一樣我們要正確的區(qū)分各個管腳的位置和作用。BISS0001管腳圖如圖2-4所示。 圖2-4 BISS001管腳圖BISS001芯片的每一個管腳都有著不同的功能和作用，當我們知道每一個管腳的具體位置之后，接下來我們要做的是對，芯片每一個管教的作用和功能了解和掌握，并會熟練應用在我們要做項目中。BISS001芯片管腳說明如表2-2所示。表2-2 BISS0001管腳說明引腳名稱I/O 功能說明1AI可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇。當A為“1”時允許重復觸發(fā)反之不可重復觸。2VOO控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變時，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時間Tx的調節(jié)端4RC1-輸出延遲時間Tx的調節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調節(jié)端7VSS-工作電源負端8VRFI參考電壓及復位輸入端。通常接VDD，當接“0”時可使定時器復位9VCI觸發(fā)禁止端。當VcVR時允許觸發(fā)10IB-運算放大器偏置電流設置端11VDD-工作電源正端122OUTO第二級運算放大器的輸出端132IN-I第二級運算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運算放大器的反相輸入端161OUTO第一級運算放大器的輸出端2.4.3 BISS0001工作原理BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。當熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測信號，然后由14腳輸入BISS0001經(jīng)地內部電路處理，由2腳輸出探測信號（正向脈沖信號）。輸出脈沖信號的寬度由外接電阻R9和電容C6來決定。當2腳輸出控制脈沖后，電子開關被接通，數(shù)字編碼電路和無線電發(fā)射電路由于得到電源而開始工作。BISS0001應用線路圖如2-5所示。 圖2-5 BISS0001的熱釋電紅外開關應用電路圖上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，R的電阻值會降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號Vs。SW1是工作方式選擇開關，當SW1與1端連通時，芯片處于可重復觸發(fā)工作方式；當SW1與2端連通時，芯片則處于不可重復觸發(fā)工作方式。圖中R6可以調節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選10K，實際使用時可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時間TX由外部的R9和C7的大小調整，觸發(fā)封鎖時間Ti由外部的R10和C6的大小調整，R9/R10可以用470歐姆，C6/C7可以選0.1U。在BISS0001的內電路中，上圖中，運算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COP1和COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號Vo經(jīng)晶體管T1放大驅動繼電器去接通負載。 2.5 步進電機步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉變成角位移即結一個脈沖信號，步進電動機就轉動一個角度。因此作常適合于單片機控制。近30年來，數(shù)字技術、計算機技術和水磁材料的迅速發(fā)展。其領域內各項技術的創(chuàng)新和應用都推動廠步進電動機的發(fā)展和進步，為步進電動機的在各個行業(yè)上的應用開辟了廣闊的前景。2.5.1 步進電動機的特點步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。 傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結構比較復雜調整困難，使用步進電機后，使得整機的結構變得簡單和緊湊。測速電機是將轉速轉換成電壓，并傳遞到輸入端作為反饋信號。 相較于其他電動機而言，步進電機有著其獨特的特點和功能。第一，步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比具有良好的跟隨型。以由步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單廉價，又非?？煽?。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉外數(shù)控系統(tǒng)。第二，步進電動機的動態(tài)響應快，易于起停正反轉及變速。第三，速度可在相當寬的范圍內平滑調節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅動負載。第四，步進電動機只能通過脈沖電源供電才能遠行。它不能直接使用交流電源和直流電源第五，步進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象。必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。第六，步進電動機自身的噪音和振動較大帶慣性負載的能力較差。2.5.2 驅動控制系統(tǒng)的組成 使用和控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，則有相應的驅動控制系統(tǒng)與之對應，其驅動控制系統(tǒng)方框圖如圖2-6所示。信號分配脈沖信號負載步進電機功率放大圖2-6 驅動控制系統(tǒng)方框圖步進電動機的驅動電路根據(jù)控制信號工作。在步進電動機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生，其基本控制作用如下所述。對于反應式步進電動機控制換相順序，步進電動機的通電換相順序嚴格安照步進電動機的工作方式進行。通常我們把通電換相這過程稱為脈沖分配。三相六拍步進電機工作方式通電換相的正序是A-AB-B-BC-C-CA；反序為A-CA-C-BC-B-AB；共有八個通電狀態(tài)P1口輸出控制信號，0表示繞子通電，表示繞子斷電，則可以用六個字來表示六個通電狀態(tài)。對于三相六拍步進電機工作方式通電換相的脈沖分配，三相六拍步進電機工作時的這六個字表示步進電機的通電狀態(tài)表如表2-3所示。表2-3 通電狀態(tài)A11006HAB10008HB10109HBC00101HC01103HCA01002H 步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅動單元、保護單元等組成。驅動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口。在步進電機以三相六拍步進電機工作方式工作時控制電路模型如圖2-7所示。P1.0P1.1P1.28951系列單片機A相驅動B相驅動C相驅動圖2-7 控制電路模型2.6 溫度傳感器DS18B20 DS18B20是美國DSLLAS半導體公司推出的第一篇支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉化成串型數(shù)字信號，并將信號傳給單片機進行處理，此傳感器的一個很大的特點便是單總線的結構。2.6.1 DS18B20溫度傳感器特性對于DS18B20來說具有很多獨有的特點。相較于其他的點球按鍵來說適應電壓范寬，電壓范圍在3.05.5V，在寄生電源方式下可有數(shù)據(jù)線供電。具有獨特的單線接口方式，它與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。測溫范圍-55+125，在-10+85時精度為0.5?？删幊谭直媛蕿?12位，對應的可分辨率溫度分別為0.5，0.25，0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。在9位分辨率時，最多在93.78ms內把溫度轉換為數(shù)字；12位分辨率時，最多在750ms內把溫度轉換為數(shù)字，顯示速度快。測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。負壓特性。電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2.6.2 引腳介紹DS18B20有兩種封裝：三腳直插式（用的最多、最普遍的封裝）和八腳貼片式，封裝引腳不同代表DS18B20安裝形式的不同，引腳封裝圖如圖2-8所示。1234VQVDDNCNCGNDNCNCNC8765DS18B20123GND I/O VDD a）直插型 DS18B20 b)貼片型 DS18B20 圖2-8 DS18B20引腳封裝圖DS18B20芯片的每一個管腳都有著不同的功能和作用，當我們知道每一個管腳的具體位置之后，接下來我們要做的是對，芯片每一個管腳的作用和功能了解和掌握，此處阿甘器在不同的應用場合會有著不同的作用，此傳感器對溫度的測量是有著其特殊的要求，測量不同的溫度對應著不同的型號，并會熟練地應用在我們所要做的項目中。DS18B20的引腳定義如表2-4所示。表2-4 DS18B20引腳定義引腳定義GND電源負極DQ信號輸入輸出VDD電源正極NC空2.6.3 硬件連接DS18B20寄生電源供電方式，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。獨特的寄生電源方式有三個好處：第一，進行遠距離測溫時，無需本地電源。第二，可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。第三，電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫。要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。因此，該電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。DS18B20寄生電源強上拉供電方式。為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多10US內把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不足的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。DS18B20的外部電源供電方式，在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，其VDD端用35.5V電源供電，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85。2.6.4 工作原理 硬件電路連接好以后，單片機需要怎么樣工作才能將DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)讀取出來呢，下面將給出詳細分析。首先我們來看