基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)[高等教育]

1、齊魯工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 傳感器課程設(shè)計(jì) 題 目 自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 電氣學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 測(cè)控2012級(jí)1班 學(xué)生姓名 魏濤 學(xué)生學(xué)號(hào) 201202051018 指導(dǎo)教師 孫凱 2015年 1月 15 日齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程： 單片機(jī)的控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 題目： 自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓名： 魏濤 學(xué)號(hào)：201202051018 主要內(nèi)容：利用51板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體要求如下： 1、有人來(lái)時(shí)（進(jìn)門或出門）開門。當(dāng)人走到離門不遠(yuǎn)的時(shí)候時(shí)，安裝在門上側(cè)的熱釋紅外線傳感器信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)到有人時(shí)，將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開門。2、無(wú)人時(shí)關(guān)門延遲，

2、當(dāng)熱釋收發(fā)裝置沒(méi)有檢測(cè)到有人在離門1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門。3、關(guān)門中途來(lái)人，立即開門。當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門時(shí)，感應(yīng)探頭突然檢測(cè)到在離門1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動(dòng)機(jī)關(guān)門，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開門?；疽螅?、熟悉MCS單片機(jī)系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理。 2、了解自動(dòng)門系統(tǒng)的原理及控制方法。 3、掌握 MCS-51系列單片機(jī)I/O、定時(shí)器等操作方法。 4、掌握單片機(jī)的一般編程技巧。 參考資料：1、張毅剛單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京：高等教育出版社，2010.2、蔡美琴M(fèi)CS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M北京：高等教育出版社，2004.完成期限 2015-1-15 指

3、導(dǎo)教師 孫凱 專業(yè)負(fù)責(zé)人 魏濤 2015年1月15日輔導(dǎo)工具a目 錄第1章 緒 論11.1 自動(dòng)門發(fā)展歷史11.2 單片機(jī)的發(fā)展及89C51系列的運(yùn)用11.3 紅外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展21.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要元器件3 2.1設(shè)計(jì)整體框圖及總電路圖3 2.2主要元器件介紹4第3章 硬件設(shè)計(jì)113.1 基本單片機(jī)系統(tǒng)113.2 紅外檢測(cè)電路113.3 步進(jìn)電機(jī)123.4 檢測(cè)模塊14第4章 軟件設(shè)計(jì)164.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)164.2 各部分程序流程設(shè)計(jì)164.3 門行程檢測(cè)及故障檢測(cè)24結(jié) 論28參考文獻(xiàn)29輔導(dǎo)工具a第1章 緒 論1.1 自動(dòng)門發(fā)展歷史 自動(dòng)門從理論上理解應(yīng)該是

4、門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進(jìn)行的發(fā)展和完善。自動(dòng)門是指：可以將人接近門的動(dòng)作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識(shí)別為開門信號(hào)的控制單元，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動(dòng)關(guān)閉，并對(duì)開啟和關(guān)閉的過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)。 自動(dòng)門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)年以后。二十年代后期，美國(guó)的超級(jí)市場(chǎng)的開放，自動(dòng)門開始被使用，受此影響，世界第一自動(dòng)門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動(dòng)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(shè)，自動(dòng)門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利

5、用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動(dòng)機(jī)的電氣式自動(dòng)門逐漸成為主流。例如：各種用可識(shí)別控制的自動(dòng)專用門，如：感應(yīng)自動(dòng)門(紅外感應(yīng)，微波感應(yīng)，觸摸感應(yīng)，腳踏感應(yīng))、刷卡自動(dòng)門等。 21世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級(jí)形式-自動(dòng)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(xì)的自動(dòng)門家族。1.2 單片機(jī)的發(fā)展及89C51系列的運(yùn)用

6、擔(dān)任本設(shè)計(jì)處理部分的是89C52單片機(jī)（89C51系列）.目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS 51系列

7、中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。 1.3 紅外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展紅外探測(cè)技術(shù)在軍事技術(shù)、工業(yè)控制、安全保衛(wèi)、家用電器以及人們的日常生活等諸多領(lǐng)域中都有著非常廣泛的應(yīng)用,而一些教

8、學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)控系統(tǒng)也在教學(xué)中發(fā)揮了很大的作用。紅外探測(cè)技術(shù)利用紅外光波(又稱紅外線)作為載波來(lái)傳送測(cè)量信號(hào)或者控制指令,例如紅外遙控電視開關(guān)、紅外報(bào)警器、自動(dòng)玻璃門等。之所以采用紅外光波作為測(cè)控光源,是由于紅外發(fā)射器件與紅外接收器件的發(fā)光與受光峰值波長(zhǎng)一般為0.88m-0.94m,落在近紅外波段內(nèi),而且二者的光譜恰好重和能夠很好地匹配,可獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。紅外測(cè)控系統(tǒng)一般包括發(fā)射、接收以及處理部分。在本設(shè)計(jì)中，紅外線探測(cè)器中的熱電元件檢測(cè)人體的存在或移動(dòng)，并把熱電元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。然后，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行波形分析。于是，只有當(dāng)通過(guò)波形分析檢測(cè)到由人體產(chǎn)生的波形時(shí)，才輸出檢

9、測(cè)信號(hào)。例如，在兩個(gè)不同的頻率范圍內(nèi)放大電壓信號(hào)，且將被放大的信號(hào)用于鑒別由人體引起的信號(hào)。1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、有人來(lái)時(shí)（進(jìn)門或出門）開門。當(dāng)人走到離門不遠(yuǎn)的時(shí)候時(shí)，安裝在門上側(cè)的熱釋紅外線傳感器信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)到有人時(shí)，將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開門。2、無(wú)人時(shí)關(guān)門延遲,當(dāng)熱釋收發(fā)裝置沒(méi)有檢測(cè)到有人在離門1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門。人體信號(hào)光學(xué)系統(tǒng)（菲涅爾透鏡）熱釋電紅外線傳感器信號(hào)處理自動(dòng)門控制電路圖1-1 設(shè)計(jì)總結(jié)構(gòu)3、關(guān)門中途來(lái)人，立即開門。當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門時(shí)，感應(yīng)探頭突然檢測(cè)到在離門1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動(dòng)機(jī)關(guān)門，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開門?？?/p>

10、體結(jié)構(gòu)圖如下圖1-1： 第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要元器件2.1 設(shè)計(jì)整體框圖及總電路圖本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用單片機(jī)程序?qū)Σ竭M(jìn)伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，從而對(duì)門進(jìn)行開、關(guān)的控制。在門的兩側(cè)各有一個(gè)感應(yīng)器，分別感應(yīng)從里面出去和從外面進(jìn)來(lái)的人。感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)到有人靠近時(shí)，將脈沖信號(hào)傳給主控器單片機(jī)，主控器判斷后通知電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知電機(jī)在一定時(shí)候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。檢測(cè)人進(jìn)出的傳感器采用紅外傳感器。圖2-1，是自動(dòng)門系統(tǒng)整體框圖。圖2-2，是總電路圖。位 置給 定單片機(jī)PWM功率接口電動(dòng)機(jī)負(fù)載傳感器接口電流反饋信號(hào)正/負(fù)位置反饋脈沖絕對(duì)零位脈沖圖2-1 自動(dòng)門系統(tǒng)整體框圖圖2-2 總電路

11、圖2.2 主要元器件介紹2.2.1 單片機(jī)單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)，即將運(yùn)算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲(chǔ)器以及其他一些邏輯部件集成在一個(gè)芯片上，故可以把單片機(jī)看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于一個(gè)沒(méi)有顯示器，沒(méi)有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機(jī)。 由于單片計(jì)算機(jī)具有體積小，重量輕，耗電少，功能強(qiáng)和價(jià)格低等特點(diǎn)，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內(nèi)傳送處理，所以運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)從七十年代問(wèn)世以來(lái)，在二十多年的時(shí)間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。單片機(jī)具有通訊接口，用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)與主機(jī)可并行工作，大大地提高了系統(tǒng)的

12、運(yùn)行速度，所以在網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C205

13、1是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖2-3所示。圖2-3 AT89C51外形及引腳圖圖2-3 AT89C51外形及引腳圖AT89C51引腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1

14、口緩沖器能接收輸出4TTL門電流P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都使用P3口的第二功能。P3.

15、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(shí)器0外部輸入P3.5 T1：記時(shí)器1外部輸入P3.6 /WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器P3.7 /RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖

16、或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高

17、電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。2.2.2 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(hào)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(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和

18、報(bào)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(jìn)行匹配。它的內(nèi)部是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時(shí)控制器、鎖定時(shí)間控制器和禁止電路等組成。BISS0001采用16腳標(biāo)準(zhǔn)型塑料封裝結(jié)構(gòu)，如圖2-4所示，管腳說(shuō)明如表2-1。 圖 2-4 BISS0001管腳圖表2-1 BISS0001管腳說(shuō)明引腳名稱I/O 功能說(shuō)明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸。2VOO控制信號(hào)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(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平

19、狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS-工作電源負(fù)端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā)10IB-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD-工作電源正端122OUTO第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端132IN-I第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+I第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-I第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端161OUTO第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間

20、定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰．?dāng)熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測(cè)信號(hào)，然后由14腳輸入BISS0001,經(jīng)地內(nèi)部電路處理，由2腳輸出探測(cè)信號(hào)（正向脈沖信號(hào)）。輸出脈沖信號(hào)的寬度由外接電阻R9和電容C6來(lái)決定。當(dāng) 2腳輸出控制脈沖后，電子開關(guān)被接通，數(shù)字編碼電路和無(wú)線電發(fā)射電路由于得到電源而開始工作。電源變壓器為5W/15V，E為12V免維護(hù)蓄電池，供停電使用。S1為鎖控電源開關(guān)，可根據(jù)需要安裝在適當(dāng)處所，用來(lái)接通工作電源，無(wú)必要時(shí)可取消設(shè)置。SCR采用1A的單向可控硅。HFC9301為軟封裝發(fā)聲電路，發(fā)聲為“嘀、嘀”聲。電路的調(diào)試主要是主機(jī)與各分機(jī)之間的統(tǒng)調(diào)

21、。將發(fā)射電路和接收電路組裝好后，先將發(fā)射機(jī)中C10的調(diào)至適當(dāng)位置后固定不動(dòng)，接著調(diào)整接收機(jī)中的C1，使接收機(jī)能收到發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)。若為“一對(duì)多”或“多對(duì)一”報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)先將主機(jī)“一”（可以是發(fā)射機(jī)，也可以是接收機(jī) ）調(diào)好固定，然后調(diào)整各分機(jī)，使其與主機(jī)統(tǒng)調(diào)。BISS0001 應(yīng)用線路圖如圖2-5所示。圖 2-5 BISS0001的熱釋電紅外開關(guān)應(yīng)用電路圖2.2.2 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度

22、的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá)104，故引入的溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)

23、元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生信號(hào)。1D腳 2S腳 3G腳圖2-6 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-6是一個(gè)雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負(fù)極，S端為信號(hào)輸出。該傳感器將兩個(gè)

24、極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0.220m。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過(guò)外，還能將燈光、陽(yáng)光和其它紅外輻射拒之門外。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 基本單片機(jī)系統(tǒng)8051單片機(jī)最早由Intel公

25、司推出， 作為系統(tǒng)的控制器，單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低廉。在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且我們也比較熟悉這款芯片，因此采用8051構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。這是自動(dòng)門系統(tǒng)的控制核心， 一般情況下以單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源為主，有必要時(shí)再擴(kuò)展部分外部器件。在本設(shè)計(jì)中需要完成的控制比較簡(jiǎn)單，以單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源完全可以實(shí)現(xiàn)， 因此不需擴(kuò)展。其單片機(jī)電路圖如圖3-1。圖3-1 單片機(jī)電路圖3.2 紅外檢測(cè)電路紅外檢測(cè)電路主要由熱釋電紅外傳感器和檢測(cè)放大電路組成，核心元件是熱釋電紅外傳感器，它能以非接觸形式檢測(cè)人體輻射出的紅外

26、線能量變化，并將此變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出。不需要紅外線和電磁波發(fā)射源以及各種主動(dòng)接觸開關(guān)由于敏感元件的輸出電壓極微弱且其阻抗很高，故在傳感器內(nèi)部設(shè)有場(chǎng)效應(yīng)管及偏置厚膜電阻，從而構(gòu)成信號(hào)放大及阻抗變換電路， 一般熱釋電紅外傳感器自身的接收靈敏度較低， 檢測(cè)距離僅2m 左右。當(dāng)有人靠近自動(dòng)門時(shí)，被熱釋電紅外傳感器接收下來(lái)，并將其轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)檢測(cè)放大電路內(nèi)部放大等處理后輸出給單片機(jī)。其熱電釋紅外檢測(cè)電路如圖3-2所示。圖3-2 熱電釋紅外檢測(cè)電路3.3 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)：它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即接收一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。因此作常適合于單片機(jī)控制，近3

27、0年來(lái)，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和水磁材料的迅速發(fā)展推動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。3.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)(1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比具有良好的跟隨型。以由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽?。同時(shí)，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)。(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。(3)速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。(4)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能遠(yuǎn)行。它不能直接使用交流電源和步進(jìn)電源。(5)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，

28、必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。(6)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的噪音和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。3.3.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如圖3-3所示。信號(hào)分配脈沖信號(hào)負(fù)載步進(jìn)電機(jī)功率放大圖3-3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制作用如下:反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制換相順序：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格安照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行。通常我們把通電換相這過(guò)程稱為脈沖分配。三相六拍步進(jìn)電機(jī)工作方式通電換相的正序是A-AB-B-BC-C-CA；反序?yàn)锳-CA-C-B

29、C-B-AB；共有八個(gè)通電狀態(tài)。3.3.3 斬波驅(qū)動(dòng) 斬波恒流驅(qū)動(dòng)的原理如圖3-4所示。T1是一個(gè)高頻開關(guān)管。T2開關(guān)管的發(fā)射極接一只小電阻只，電動(dòng)機(jī)繞組的電流經(jīng)這個(gè)電阻到地，所以這個(gè)電阻是電流取樣電阻。比較器的一端接給定電壓Uo，另一端接取樣電阻上的壓降，當(dāng)取樣電壓為0時(shí)，比較器輸出高電平。圖3-4 斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路原理圖 當(dāng)控制脈沖Ui為低電平時(shí)T1和T2兩個(gè)開關(guān)管均截止；當(dāng)U1為高電平時(shí)，T1和T2兩個(gè)開關(guān)管均導(dǎo)通，電源向繞組供電。由于繞組電感的作用，只上的電壓逐漸升高，當(dāng)超過(guò)給定電壓Uc的值時(shí)，比較器輸出低電平，使與門輸出低電平、Tl截止，電源被切斷；當(dāng)取樣電阻上的電壓小于給定電壓時(shí)，

30、比較器輸出高電乎，與門也輸出高電平，T1又導(dǎo)通，電源又開始向繞組供電。這樣反復(fù)循環(huán)，直到Ui為低電平。3.4 檢測(cè)模塊 檢測(cè)有無(wú)人進(jìn)出采用對(duì)射主動(dòng)紅外探測(cè)器。限位開關(guān)則由磁開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 生活中的檢測(cè)防范裝置有許多種，其中對(duì)射紅外探測(cè)器的應(yīng)用最為廣泛，它由發(fā)射器和接收器兩部分組成。其中發(fā)射器發(fā)射出一定波長(zhǎng)的紅外線，平時(shí)狀態(tài)下由接收器接收，但如果發(fā)射器所發(fā)射的紅外線被物體擋住，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 設(shè)計(jì)在自動(dòng)門的門內(nèi)門外一定高度處各設(shè)置一個(gè)對(duì)射探測(cè)器。并由導(dǎo)向管套住發(fā)射管和接收管，確保所發(fā)出的光線是一束，而且不宜受其他光線的干擾。接收管的光線被阻擋時(shí)輸山高電平信號(hào)。兩接收器的輸出端接到一個(gè)或門上，再

31、經(jīng)過(guò)一個(gè)非門接到INT0引腳。這樣不論是有人進(jìn)門或有人出門，都會(huì)有低電平信號(hào)輸入INT0端口，從而使單片機(jī)得到有人的信息，并調(diào)用相應(yīng)程序執(zhí)行相應(yīng)的開門動(dòng)作。限位開關(guān)分別設(shè)置在開門極限位置、關(guān)門極限位置、和一半處的位置。此開關(guān)是這樣種器件：半有磁鐵在其附近時(shí)，磁開關(guān)就被吸為關(guān)閉狀態(tài)，輸出高電平，相反輸出低電平。將兩小塊磁鐵分別置于門的右上角位置，則當(dāng)自動(dòng)門移到限位開關(guān)處時(shí)，此開關(guān)就會(huì)被吸合，發(fā)出高電平信號(hào)，分別輸出給P0.4、P0.5、P0.6這三個(gè)引腳，單片機(jī)經(jīng)過(guò)查詢這三個(gè)引腳來(lái)判斷到那個(gè)限位開關(guān)，再執(zhí)行變速或停止的相應(yīng)動(dòng)作。限位開關(guān)的安裝方法如圖3-5所示，整體電路如圖3-6所示。圖3-5

32、檢測(cè)有無(wú)人進(jìn)出及限位開關(guān)模塊圖3-6 整體電路圖第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)軟件主要由主程序、開門子程序、關(guān)門子程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)子程序組成。主程序主要是完成系統(tǒng)進(jìn)行初始化、中斷設(shè)置等功能。程序設(shè)計(jì)中設(shè)置了一個(gè)外部中斷0，它保證紅外自動(dòng)門能夠在無(wú)人操控情況下自動(dòng)運(yùn)行，主要功能是當(dāng)檢測(cè)到有人出入門時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)門的目的。4.2 各部分程序流程設(shè)計(jì)4.2.1 系統(tǒng)主程序 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置定時(shí)器T0、T1的設(shè)置 開定時(shí)器開中斷開外部中斷開始開定時(shí)器T0N系統(tǒng)終止Y手動(dòng)方式系統(tǒng)故障YN關(guān)外部中斷1圖4-1 系統(tǒng)主程序流程圖主程序源代碼：

33、 MOV R4，A INC R1 CLR R5，A SUBB A，R4 XCH A，R4 DEC R1 SJMP LP2 JB 00H，ROLE SPEED0 BIT P1.0 ； 門行程行狀1 SPEED1 BIT P1.1 ； 門行程行狀2 SPEED2 BIT P1.2 ； 門行程行狀3 SPEED3 BIT P1.3 ； 門行程行狀4 KEYDOOROPEN BIT P1.4 ； 手動(dòng)門開按鈕 KEYDOORCLOSE BIT P1.5 ； 手動(dòng)門關(guān)按鈕 MODE BIT P1.6 ； 手動(dòng)/自動(dòng)切換 DOOROPEN BIT P3.0 ； 門開驅(qū)動(dòng)信號(hào) DOORCLOSE BIT P

34、3.1 ； 門關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào) SIGNAL BIT P3.2 ； 紅外線傳感器信號(hào) A0809E0C BIT P3.3 ； A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) HSPEED BIT P3.4 ； 電機(jī)速度變換 DOORSTATE BIT 00H ； 門狀態(tài) RERROR BIT 01H ； 系統(tǒng)故障 ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP INT0 ORG 000BH AJMP T0 ORG 001BH AJMP T1 ORG 0050H START: CLR DOOROPEN ； 關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng) CLR DOORCLOSE MOV TMOD, #11H ； 定時(shí)器工作方式 MOV T

35、LO,#OFOH ； 置定時(shí)器常數(shù), MOV TH0,#08DH MOV TL1,#0E0H MOV TH1,#0B1H MOV TCON,#50H MOV IP,#08H ； 優(yōu)先級(jí)設(shè)置 MOV IE,#80H ； 開中斷LOOP: ACALL SYSERROR ； 調(diào)用系統(tǒng)故障子程序 JB RERROR,WAIT ； 有故障等待處理 MOV A,P2 ANL A,#OFH JNZ WAIT ； 無(wú)按鍵等待 JB MODE,AUTO ； 運(yùn)行方式判斷 CLR EXO SETB ETO SJMP LOOPAUTO: SETB ETO SJMP LOOPWAIT: SJMP $ ； 等待4.2.

36、2 開門子程序開始門狀態(tài)檢測(cè)加速NNN電機(jī)加速減速電機(jī)減速停止電機(jī)停止返回圖4-2 開門子程序流程圖開門子程序：DOOR_OPEN:JB DOORSTATE, LOOP3 ； 門已開退出 CLR HSPEED CLR DOORCLOSE SETR DOOROPEN ； 低速啟動(dòng) JNP SPEED1,$ SETB HSPEED ； 高速開門 JNB SPEED2,$ CLR HSPEED ； 低速運(yùn)行 JNB SPEED3,$ CLR DOOROPEN ； 停機(jī) SETB DOORSTATE ； 保存門狀態(tài) LOOP3：RET關(guān)門子程序:DOOR_CLOSE:JNB DOORSTATE, LO

37、OP4 ； 門已關(guān)退出 CLR HSPEED CLR DOOROPEN SETB DOORCLOSE ； 低速啟動(dòng) JB SPEED2,$ CLR HSPEED ； 高速關(guān)門 JB SPEED0,$ CLR DOORCLOSE ； 停機(jī) CLR DOORSTATELOOP4: RET4.2.3 開門中斷程序關(guān)T0中斷請(qǐng)按鍵操作開門否NY加速N開門子程序Y關(guān)門子程序裝載T0常數(shù)開中斷中斷返回圖4-3 開門中斷程序流程圖外部中斷服務(wù)子程序： ORG 0300H INT： MOV TLO，#11H MOV THO，#OFCH CPL P1 RETIINT0： CLR EX0LOOP8： ACALL

38、SYSERROR ； 故障檢查 JB RERROR，LOOP6 ； 有故障返回 JB DOORSTATE，LOOP6 ； 門已開返回 ACALL DOOR_OPEN ； 開門LOOP7： ACALL DELAY10S ； 等待10s ACALL SYSERROR ； 故障檢查 JB RERROR，LOOP6 ； 無(wú)故障繼續(xù) JNB SIGNAL，LOOP7 ； 有人等待 CLR HSPEED SETB DOORCLOSE ； 無(wú)人啟動(dòng)電機(jī)，低速關(guān)門 JNB SIGNAL，LOOP8 ； 有人來(lái)打開門 JB SPEED2，$ SETB HSPEED ； 無(wú)人快速關(guān)門 JNB SIGNAL，LOO

39、P8 ； 有人來(lái)打開門 JB SPEED1，$ CLR HSPEED ； 無(wú)人速度降低 JB SPEED0，$ LOOP6: CLR DOORCLOSE ； 停機(jī) CLR DOORSTATE ； 門狀態(tài)保存 SETB EX1 RET4.2.4 中斷服務(wù)程序關(guān)T1中斷指向0809地址啟動(dòng)下一通道N轉(zhuǎn)換結(jié)束Y數(shù)據(jù)存放通道號(hào)加1數(shù)據(jù)指針加1采樣結(jié)束NY開T1中斷中斷返回圖4-4 T1中斷服務(wù)程序流程圖T1中斷服務(wù)程序： ORG 000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP SERVE MAIN: ORL P1,#0FFH SETB 1T0 ； 選擇邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0 ； 允

40、許INTO中斷 SETB A ； CPU開中斷 AJMP $ ； 等待中斷 T1： CLR ET1 MOV R1，#03H MOV RO，#20H MOV DPTR，#ADDR0809 ； 0809地址 MOV R2，#00H LOOP5： MOV A，R2 ； 通道號(hào) MOVX DPTR,A ； 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 JB A0809EOC,$ ； 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 MOVX A,DPTR ； 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0,A ； 數(shù)據(jù)保存 INC R0 INC R2 ； 下一通道 DJNZ R1,LOOP5 ； 三個(gè)通道是否完成 MOV TL1,#0E0H ； 重裝定時(shí)常數(shù) MOV TH1,#0B1H

41、SETB ET1 RETI在開門過(guò)程中首先進(jìn)行門狀態(tài)檢測(cè)，根據(jù)所檢測(cè)到的信號(hào)判斷自動(dòng)門上停機(jī)所處位置。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定門此刻應(yīng)運(yùn)行方式，如檢測(cè)出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過(guò)程。如檢測(cè)出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時(shí)開門過(guò)程。如檢測(cè)出門是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測(cè)到有人出人時(shí)，門會(huì)緩慢打開，之后加速運(yùn)行，接著減速運(yùn)行，最后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，門由于慣性緩慢關(guān)閉。自動(dòng)門開門后暫停一段時(shí)間，然后關(guān)門。關(guān)門是開門的一個(gè)反過(guò)程，它經(jīng)過(guò)慢速運(yùn)行、加速運(yùn)行、減速運(yùn)行、慣性運(yùn)動(dòng)直至停止這幾個(gè)過(guò)程。在自動(dòng)門關(guān)閉過(guò)程中當(dāng)系統(tǒng)接收到由紅外線傳感器電路發(fā)出的有人出入的信號(hào)時(shí)，門會(huì)重新打開。與開門情況不同的是當(dāng)在關(guān)門過(guò)程中檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí)門會(huì)朝反方向運(yùn)動(dòng)，將門打開，這樣可以排除因自動(dòng)門遇到障礙物或人身體而產(chǎn)生故障信號(hào)使整個(gè)系統(tǒng)停止工作的可能。為了運(yùn)行過(guò)程可靠，在以不同速度運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)運(yùn)行時(shí)間做了安全設(shè)置，當(dāng)在開門狀態(tài)下檢測(cè)到運(yùn)行時(shí)間超過(guò)安全時(shí)問(wèn)或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，程序轉(zhuǎn)人故障處理程序。4.3 門行程檢測(cè)及故障檢測(cè)門行程檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)門行程開關(guān)的閉合情況來(lái)發(fā)送不同的信號(hào)，使電機(jī)改變轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制門運(yùn)行的速度以提高運(yùn)作效率，為了保護(hù)門不受到損害和保證門運(yùn)行效率，在門行程檢測(cè)電路中設(shè)置了四個(gè)行程開關(guān)。它們分別代表開門