基于單片機(jī)的自動門控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 電氣學(xué)院 專業(yè)班級 測控2012級1班 學(xué)生姓名 魏濤 學(xué)生學(xué)號 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： 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓名： 魏濤 學(xué)號：201202051018 主要內(nèi)容：利用51板實(shí)現(xiàn)自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體要求如下： 1、有人來時（進(jìn)門或出門）開門。當(dāng)人走到離門不遠(yuǎn)的時候時，安裝在門上側(cè)的熱釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時，將啟動電動機(jī)帶動傳動鏈開門。2、無人時關(guān)門延遲，

2、當(dāng)熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動電動機(jī)帶動傳動鏈關(guān)門。3、關(guān)門中途來人，立即開門。當(dāng)啟動電動機(jī)帶動傳動鏈關(guān)門時，感應(yīng)探頭突然檢測到在離門1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動機(jī)關(guān)門，啟動電動機(jī)帶動傳動鏈開門?；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mcs-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日目 錄第1章 緒 論11.1 自動門發(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 紅外檢測電路113.3 步進(jìn)電機(jī)123.4 檢測模塊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 門行程檢測及故障檢測24結(jié) 論28參考文獻(xiàn)29第1章 緒 論1.1 自動門發(fā)展歷史 自動門從理論上理解應(yīng)該是門的概念的延伸，是門

4、的功能根據(jù)人的需要所進(jìn)行的發(fā)展和完善。自動門是指：可以將人接近門的動作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實(shí)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(jì)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(shè)，自動門技術(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)換但因能源利用效率很低，然而伴隨

5、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，直接控制電動機(jī)的電氣式自動門逐漸成為主流。例如：各種用可識別控制的自動專用門，如：感應(yīng)自動門(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(xì)的自動門家族。1.2 單片機(jī)的發(fā)展及89c51系列的運(yùn)用擔(dān)任本設(shè)計(jì)處理部分的

6、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領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(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)自動化過程的實(shí)時控制和數(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)。更不用說自動控制領(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系列中的80c51內(nèi)核使

7、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 紅外探測技術(shù)的發(fā)展紅外探測技術(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,而一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)的測控系統(tǒng)也在

8、教學(xué)中發(fā)揮了很大的作用。紅外探測技術(shù)利用紅外光波(又稱紅外線)作為載波來傳送測量信號或者控制指令,例如紅外遙控電視開關(guān)、紅外報(bào)警器、自動玻璃門等。之所以采用紅外光波作為測控光源,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，紅外線探測器中的熱電元件檢測人體的存在或移動，并把熱電元件的輸出信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。然后，對電壓信號進(jìn)行波形分析。于是，只有當(dāng)通過波形分析檢測到由人體產(chǎn)生的波形時，才輸出檢測信號。例如，在兩個

9、不同的頻率范圍內(nèi)放大電壓信號，且將被放大的信號用于鑒別由人體引起的信號。1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、有人來時（進(jìn)門或出門）開門。當(dāng)人走到離門不遠(yuǎn)的時候時，安裝在門上側(cè)的熱釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時，將啟動電動機(jī)帶動傳動鏈開門。2、無人時關(guān)門延遲,當(dāng)熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動電動機(jī)帶動傳動鏈關(guān)門。人體信號光學(xué)系統(tǒng)（菲涅爾透鏡）熱釋電紅外線傳感器信號處理自動門控制電路圖1-1 設(shè)計(jì)總結(jié)構(gòu)3、關(guān)門中途來人，立即開門。當(dāng)啟動電動機(jī)帶動傳動鏈關(guān)門時，感應(yīng)探頭突然檢測到在離門1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動機(jī)關(guān)門，啟動電動機(jī)帶動傳動鏈開門?？傮w結(jié)構(gòu)圖如下圖1-1

10、： 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，從而對門進(jìn)行開、關(guān)的控制。在門的兩側(cè)各有一個感應(yīng)器，分別感應(yīng)從里面出去和從外面進(jìn)來的人。感應(yīng)探測器探測到有人靠近時，將脈沖信號傳給主控器單片機(jī)，主控器判斷后通知電機(jī)運(yùn)行，同時監(jiān)控電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知電機(jī)在一定時候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。檢測人進(jìn)出的傳感器采用紅外傳感器。圖2-1，是自動門系統(tǒng)整體框圖。圖2-2，是總電路圖。位 置給 定單片機(jī)pwm功率接口電動機(jī)負(fù)載傳感器接口電流反饋信號正/負(fù)位置反饋脈沖絕對零位脈沖圖2-1 自動門系統(tǒng)整體框圖圖2-2 總電路圖2.2 主要元器件

11、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(jī)看成是一個不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，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)從七十年代問世以來，在二十多年的時間里，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)的運(yùn)行速度，所以在網(wǎng)絡(luò)

12、通訊領(lǐng)域也得到了越來越多的應(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器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本

13、。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(dāng)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(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)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4

14、ttl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，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，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個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。p3.0 rxd：串行輸入

15、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(yàn)接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時。ale/prog：當(dāng)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

16、要注意的是：每當(dāng)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(jī)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)。ea/vpp：當(dāng)/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(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序

17、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(nèi)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(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(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)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)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(bào)警系統(tǒng)。它不僅能和

18、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、定時控制器、鎖定時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，管腳說明如表2-1。 圖 2-4 biss0001管腳圖表2-1 biss0001管腳說明引腳名稱i/o 功能說明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，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)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

19、延遲時間tx的調(diào)節(jié)端4rc1-輸出延遲時間tx的調(diào)節(jié)端5rc2-觸發(fā)封鎖時間ti的調(diào)節(jié)端6rr2-觸發(fā)封鎖時間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”時可使定時器復(fù)位9vci觸發(fā)禁止端。當(dāng)vcvr時允許觸發(fā)10ib-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11vdd-工作電源正端122outo第二級運(yùn)算放大器的輸出端132in-i第二級運(yùn)算放大器的反相輸入端141in+i第一級運(yùn)算放大器的同相輸入端151in-i第一級運(yùn)算放大器的反相輸入端161outo第一級運(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、延遲時間定時器以及封鎖時間定

20、時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。當(dāng)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(nèi)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(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，用來接通工作電源，無必要時可取消設(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)。將發(fā)射電路和接收電

21、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，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。若為“一對多”或“多對一”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，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑

22、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特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(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，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)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時應(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，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電

23、壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10um左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號。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是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時d端接電源正極，g端接電源負(fù)極，s端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的

24、探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.220m。為了對某一波長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范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽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公司推出， 作為系統(tǒng)的

25、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 紅外檢測電路紅外檢測電路主要由熱釋電紅外傳感器和檢測放大電路組成，核心元件是熱釋電紅外傳感器，它能以非接觸形式檢測人體輻射出的紅外線能量變化，并將此變

26、化轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出。不需要紅外線和電磁波發(fā)射源以及各種主動接觸開關(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)有場效應(yīng)管及偏置厚膜電阻，從而構(gòu)成信號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， 檢測距離僅2m 左右。當(dāng)有人靠近自動門時，被熱釋電紅外傳感器接收下來，并將其轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)檢測放大電路內(nèi)部放大等處理后輸出給單片機(jī)。其熱電釋紅外檢測電路如圖3-2所示。圖3-2 熱電釋紅外檢測電路3.3 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)：它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即接收一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度。因此作常適合于單片機(jī)控制，近30年來，數(shù)字技術(shù)、計(jì)

27、算機(jī)技術(shù)和水磁材料的迅速發(fā)展推動步進(jìn)電動機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。3.3.1 步進(jìn)電動機(jī)的特點(diǎn)(1)步進(jìn)電動機(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)電動機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價(jià)，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)。(2)步進(jìn)電動機(jī)的動態(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)動負(fù)載。(4)步進(jìn)電動機(jī)只能通過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)電動機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械

28、負(fù)載采取相應(yīng)的措施。(6)步進(jìn)電動機(jī)自身的噪音和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。3.3.2 驅(qū)動控制系統(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。信號分配脈沖信號負(fù)載步進(jìn)電機(jī)功率放大圖3-3 驅(qū)動控制系統(tǒng)圖步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。在步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制作用如下:反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)控制換相順序：步進(jìn)電動機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格安照步進(jìn)電動機(jī)的工作方式進(jìn)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(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)閍-ca-c-bc-b-ab；共有八

29、個通電狀態(tài)。3.3.3 斬波驅(qū)動 斬波恒流驅(qū)動的原理如圖3-4所示。t1是一個高頻開關(guān)管。t2開關(guān)管的發(fā)射極接一只小電阻只，電動機(jī)繞組的電流經(jīng)這個電阻到地，所以這個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，比較器輸出高電平。圖3-4 斬波恒流驅(qū)動電路原理圖 當(dāng)控制脈沖ui為低電平時t1和t2兩個開關(guān)管均截止；當(dāng)u1為高電平時，t1和t2兩個開關(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)超過給定電壓uc的值時，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，比較器輸出高電乎，與

30、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 檢測模塊 檢測有無人進(jìn)出采用對射主動紅外探測器。限位開關(guān)則由磁開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 生活中的檢測防范裝置有許多種，其中對射紅外探測器的應(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)射出一定波長的紅外線，平時狀態(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，就會發(fā)出報(bào)警信號。 設(shè)計(jì)在自動門的門內(nèi)門外一定高度處各設(shè)置一個對射探測器。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輸山高電平信號。兩接收器的輸出端接到一個或門上，再經(jīng)過一個非門接到in

31、t0引腳。這樣不論是有人進(jìn)門或有人出門，都會有低電平信號輸入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，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)自動門移到限位開關(guān)處時，此開關(guān)就會被吸合，發(fā)出高電平信號，分別輸出給p0.4、p0.5、p0.6這三個引腳，單片機(jī)經(jīng)過查詢這三個引腳來判斷到那個限位開關(guān)，再執(zhí)行變速或停止的相應(yīng)動作。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 檢測有無人進(jìn)出及限位

32、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)置了一個外部中斷0，它保證紅外自動門能夠在無人操控情況下自動運(yùn)行，主要功能是當(dāng)檢測到有人出入門時，啟動電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)自動開關(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)先級設(shè)置定時器t0、t1的設(shè)置 開定時器開中斷開外部中斷開始開定時器t0n系統(tǒng)終止y手動方式系統(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： mov r4，a

33、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 ； 手動門開按鈕 keydoorclose bit p1.5 ； 手動門關(guān)按鈕 mode bit p1.6 ； 手動/自動切換 dooropen bit p3.0 ； 門開驅(qū)動信號 doorclose bit p3.1 ； 門關(guān)驅(qū)動

34、信號 signal bit p3.2 ； 紅外線傳感器信號 a0809e0c bit p3.3 ； a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 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 clr doorclose mov tmod, #11h ； 定時器工作方式 mov tlo,#ofoh ；

35、 置定時器常數(shù), mov th0,#08dh mov tl1,#0e0h mov th1,#0b1h mov tcon,#50h mov ip,#08h ； 優(yōu)先級設(shè)置 mov ie,#80h ； 開中斷l(xiāng)oop: 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4.2.2 開門子程序開始門

36、狀態(tài)檢測加速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 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, loop4 ； 門已關(guān)退

37、出 clr hspeed clr dooropen setb doorclose ； 低速啟動 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 syserror ；

38、 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 ； 無故障繼續(xù) jnb signal，loop7 ； 有人等待 clr hspeed setb doorclose ； 無人啟動電機(jī)，低速關(guān)門 jnb signal，loop8 ； 有人來打開門 jb speed2，$ setb hspeed ； 無人快速關(guān)門 jnb signal，loop8 ； 有人來打開

39、門 jb speed1，$ clr hspeed ； 無人速度降低 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地址啟動下一通道n轉(zhuǎn)換結(jié)束y數(shù)據(jù)存放通道號加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 ； 允許into中斷 se

40、tb 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 movx dptr,a ； 啟動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 ； 三個通道是否完成 mov tl1,#0e0h ； 重裝定時常數(shù) mov th1,#0b1h setb et1 r

41、eti在開門過程中首先進(jìn)行門狀態(tài)檢測，根據(jù)所檢測到的信號判斷自動門上停機(jī)所處位置。根據(jù)檢測結(jié)果確定門此刻應(yīng)運(yùn)行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過程。如檢測出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時開門過程。如檢測出門是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測到有人出人時，門會緩慢打開，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。自動門開門后暫停一段時間，然后關(guān)門。關(guān)門是開門的一個反過程，它經(jīng)過慢速運(yùn)行、加速運(yùn)行、減速運(yùn)行、慣性運(yùn)動直至停止這幾個過程。在自動門關(guān)閉過程中當(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時，門會重新打開。與開門情況不同的是當(dāng)在關(guān)門過程中檢測到故障信號時門會朝反方向運(yùn)動，將門打開，這樣可以排除因自動門遇到障礙物或人身體而產(chǎn)生故障信號使整個系統(tǒng)停止工作的可能。為了運(yùn)行過程可靠，在以不同速度運(yùn)行過程中，對運(yùn)行時間做了安全設(shè)置，當(dāng)在開門狀態(tài)下檢測到運(yùn)行時間超過安全時問或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，程序轉(zhuǎn)人故障處理程序。4.3 門行程檢測及故障檢測門行程檢測電路通過檢測門行程開關(guān)的閉合情況來發(fā)送不同的信號，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，在門行程檢測電路中設(shè)置了四個行程開關(guān)。它們分別