基于單片機(jī)的自動(dòng)車庫(kù)門的設(shè)計(jì)

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的自動(dòng)車庫(kù)門的設(shè)計(jì)前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全國(guó)擁有汽車的人數(shù)越來越多，人們把對(duì)汽車的維護(hù)和管理看得越來越重，當(dāng)然對(duì)于車庫(kù)門的要求也逐步提高了，國(guó)外先進(jìn)的車庫(kù)門不斷進(jìn)駐中國(guó)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)車庫(kù)門行業(yè)滯后。自動(dòng)車庫(kù)門主要分為卷簾車庫(kù)門和翻板車庫(kù)門。本文主要針對(duì)卷簾車庫(kù)門的自動(dòng)化和控制系統(tǒng)作了具體說明，運(yùn)用單片機(jī)和紅外傳感控制的方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)車庫(kù)門的具體功能?？紤]到車庫(kù)的光線度，在車庫(kù)內(nèi)部安裝了自動(dòng)照明燈設(shè)置，當(dāng)車庫(kù)門啟動(dòng)以后燈自動(dòng)亮自動(dòng)熄滅，且具有自動(dòng)識(shí)別的功能，為用戶提供了安全方便的服務(wù)。也有利于國(guó)產(chǎn)自動(dòng)車庫(kù)門的發(fā)展。本設(shè)計(jì)運(yùn)用編解碼芯片PT2262/

2、PT2272以及315MHZ的無線收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的識(shí)別，并控制單片機(jī)自動(dòng)關(guān)和車庫(kù)門的自動(dòng)開啟以及控制車庫(kù)內(nèi)部燈的照明系統(tǒng)，單片機(jī)對(duì)鍵盤上面輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，只有密碼輸入正確方能使單片機(jī)控制電機(jī)將車庫(kù)門打開，反之蜂鳴報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。單片機(jī)本身是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，并且是其他嵌入式系統(tǒng)的核心，在各個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用廣泛發(fā)展迅速，為了更好的掌握單片機(jī)的工作原理，在此設(shè)計(jì)中，我采用51系列單片機(jī)來完成對(duì)自動(dòng)車庫(kù)門的一些控制。達(dá)到學(xué)以致用的目的。并且單片機(jī)存在以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、性能高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用；處理速度快；低功耗且適應(yīng)能力強(qiáng)；性價(jià)比較高。1 自動(dòng)車庫(kù)門1.1 自動(dòng)車庫(kù)門功能分析自動(dòng)車庫(kù)門是一種

3、以遙控方式為系統(tǒng)控制的車庫(kù)門，主要控制方式有手動(dòng)控制、紅外感應(yīng)、無線遙控等。大體上分為卷簾式和滑板式車庫(kù)門。卷簾式車庫(kù)門安全裝置附加有紅外線對(duì)射和無線遙控系統(tǒng)，安全且防盜。滑板式車庫(kù)門內(nèi)置扭簧，扭力與門重力相當(dāng)，門可以說是處于一個(gè)“零重量”狀態(tài)，靠滑輪在內(nèi)置軌道上面滑動(dòng)，阻力小，耗能少，安全耐用。1.2 自動(dòng)車庫(kù)門的應(yīng)用車庫(kù)門在大型停車場(chǎng)的運(yùn)用較廣，且是停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的核心部分，能夠高效的管理車庫(kù)以及疏導(dǎo)交通流量，使用價(jià)值高。自動(dòng)車庫(kù)門，大多數(shù)用在小型的私人別墅和豪華住宅，自動(dòng)關(guān)閉效率高，采用專業(yè)的防盜安全技術(shù)，保障用戶財(cái)產(chǎn)等安全。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 自動(dòng)車庫(kù)門的無線自動(dòng)門電路（結(jié)構(gòu)框圖如圖2

4、.1-1所示）4*4矩陣鍵盤數(shù)碼管顯示電機(jī)和照明AT89S51單片機(jī)編碼芯片PT2262315M無線發(fā)射模塊315M無線接收模塊解碼芯片PT2272圖2.1-1 車庫(kù)門自動(dòng)開閉系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖2.2 基本模塊Ø 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路部分。Ø 編碼芯片PT2262和315M的無線發(fā)射模塊裝置。Ø 編碼芯片PT2272和315M的無線接收模塊裝置。Ø 4*4行列式掃描鍵盤電路部分。Ø 紅外數(shù)碼管顯示電路部分。Ø 蜂鳴器、繼電器、照明部分。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)3.1.1 單片機(jī)的概述以及應(yīng)用單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single

5、Chip Microcomputer），簡(jiǎn)寫MCU微型控制器。它專為工業(yè)控制、測(cè)量而設(shè)計(jì)，具有集成度高、可靠性高、性價(jià)比高的三高優(yōu)勢(shì)，體積小、功能全的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、家用電器、工業(yè)檢測(cè)與控制、通信設(shè)備等，嵌入式工程師能夠根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的需求，選擇合適的單片機(jī)，進(jìn)行各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)按照程序指令完成規(guī)定工作。3.1.2 MCS51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)是在芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多功能接口等基本功能部件的大規(guī)模集成電路。MCS51單片機(jī)包由以下九部份構(gòu)成：l 一個(gè)8位CPUl 4KB ROM程序存儲(chǔ)器；l 一個(gè)片內(nèi)振蕩及時(shí)鐘電路；l

6、128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；l 可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64KB內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間的控制電路；l 兩個(gè)十六位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；l 一個(gè)可編程全雙工串行口；l 5個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)；l 32條可編程的I/O線。3.1.2.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1.2.1.1 單片機(jī)的CPU單片機(jī)的核心部件是CPU，主要由運(yùn)算器和控制器等部件組成。CPU內(nèi)部有一定數(shù)量的通用和專用寄存器，單片機(jī)在RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)開辟了一個(gè)工作寄存區(qū)，該區(qū)分為四組，每組八個(gè)寄存器，共計(jì)32個(gè)工作寄存區(qū)，起通用寄存器的作用。另外單片機(jī)還有21個(gè)特殊功能寄存器SFR（Special Function Register

7、），起專用寄存器作用，用來設(shè)置片內(nèi)電路的運(yùn)行方式和電路運(yùn)行狀態(tài)的記錄。特殊功能寄存器的存在使得定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷邏輯等能夠集成在同一塊芯片上。3.1.2.1.2 單片機(jī)的存儲(chǔ)器單片機(jī)的存儲(chǔ)器用于存放數(shù)據(jù)和程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器分成兩個(gè)不同的地址空間，利用不同的尋址方式和不同的地址指針進(jìn)行尋址。3.1.2.1.3 單片機(jī)的輸入輸出接口 單片機(jī)的輸入輸出接口由P0-P3四個(gè)8位雙向I/O口組成 。外設(shè)能夠直接通過這幾個(gè)口線接入，無需外加接口芯片。P0-P3的各個(gè)端口能按字節(jié)和位輸入輸出，總共32個(gè)接口，位控制極其方便。P0口為三態(tài)雙向口，能夠帶8個(gè)TTL電路，P1-P3口為準(zhǔn)雙向口，

8、能帶4個(gè)TTL電路，因此在外設(shè)驅(qū)動(dòng)電流大的情況下可加接驅(qū)動(dòng)器。3.1.2.1.4 單片機(jī)的通信方式51系列單片機(jī)自身有全雙工的異步通信接口，兩機(jī)之間發(fā)送與接收能夠同時(shí)進(jìn)行。用戶可根據(jù)不同的需求選擇合理的工作方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)或多機(jī)通信。3.1.3 單片機(jī)的引腳配置單片機(jī)的引腳可分為可總線擴(kuò)展和不可總線擴(kuò)展兩種。MCS-51系列單片機(jī)AT89S52的引腳圖如下圖：圖3.1.3-1 AT89S52的引腳圖可總線擴(kuò)展的單片機(jī)有44個(gè)引腳，常見的40個(gè)引腳配置及功能說明如下：² Vss：接地端。² Vcc：電源端，接+5V電源。² XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳，當(dāng)單片機(jī)CH

9、MOS采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，由此引腳引入時(shí)鐘信號(hào)。² XTAL2：接外部晶體的一個(gè)引腳，當(dāng)單片機(jī)HMOS采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，由此引腳接入外部時(shí)鐘信號(hào)。² RSTVpD：復(fù)位、備用電源輸入端。Vcc掉電后，由此引腳接入備用電源，低功耗時(shí)保持內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的完整。² ALE/PORG：地址鎖存允許；在8751單片機(jī)內(nèi)當(dāng)EPROM編程時(shí)，由該腳引入編程脈沖。² PSEN:程序存儲(chǔ)器允許。² EA/Vpp:EA=0時(shí)，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器；在8751單片機(jī)片內(nèi)EPROM編程期間，由此引腳引入21V編程電壓。² P0.0P0.7：P0數(shù)據(jù)/

10、低8位地址復(fù)用總線端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-2）² P1.0P1.7：P1靜態(tài)通用端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-3）² P2.0P2.7：P2高8位地址總線動(dòng)態(tài)端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-4）² P3.0P3.7：P3雙功能靜態(tài)端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-5）圖3.1.3-2 P0口位結(jié)構(gòu)圖3.1.3-3 P1口位結(jié)構(gòu)圖3.1.3-4 P2口位結(jié)構(gòu)圖3.1.3-5 P3口位結(jié)構(gòu)3.2 4*4行列式掃描鍵盤3.2.1 鍵盤工作原理鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必備的輸入設(shè)備，其連接方式分為線性鍵盤和矩陣式鍵盤，按鍵少時(shí)用線性鍵盤，按鍵較多時(shí)用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤電路原理圖

11、如圖3.2.1-1所示，按鍵設(shè)置在行列式交點(diǎn)上，行列式連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過單片機(jī)輸出高電平，第一次掃描時(shí)置第一條列線于低電平位置，判斷有無鍵按下，若有則獲取鍵值，進(jìn)行相應(yīng)的鍵值處理，若無則繼續(xù)進(jìn)行掃描，使第二列列線于低電平位置，其它均保持高電平不變，這樣反復(fù)判斷鍵盤中有無按鍵按下。鍵盤中哪一個(gè)鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷。圖3.2.1-1行列式鍵盤電路原理圖3.2.2 鍵盤工作方式鍵盤的工作方式分為編程掃描方式、中斷掃描方式、定時(shí)掃描方式三種。本設(shè)計(jì)采用編程掃描方式。鍵盤掃描子程序中完成以下幾個(gè)功能：² 判斷鍵盤上是否有鍵按下；² 防止鍵機(jī)械

12、抖動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響；² 獲取所按鍵的鍵號(hào)；² 按鍵閉合一次就進(jìn)行一次鍵功能操作。程序框圖如圖3.2.2-1所示：圖3.2.2-1 鍵盤的編程掃描方式程序框圖183.3 PT2262/PT2272編碼解碼芯片3.3.1 PT2262/PT2272編碼解碼芯片工作原理及特點(diǎn)PT2262/PT2272是由臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位的通用編解碼電路。PT2272最多可有12位三態(tài)地址端管腳，PT2262最多可有6位數(shù)碼端管腳，能夠用于無線遙控發(fā)射電路。有CMOS工藝制造，低功耗、外部元件少、工作電壓范圍寬：2.6-15V等特點(diǎn)。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼

13、信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次反復(fù)比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，此時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳就輸出高電平，如果發(fā)送端一直持續(xù)按住按鍵不放，編碼芯片便會(huì)連續(xù)發(fā)射。如果發(fā)射機(jī)按鍵沒有按下時(shí)，PT2262芯片就不會(huì)接通電源，其17腳處于低電平狀態(tài)，因此315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，PT2262芯片便通電開始工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸

14、出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100的調(diào)幅。PT2262引腳圖如圖3.3.1-1所示，管腳說明如表3.3.3-1所示，PT2272引腳圖如圖3.3.1-2所示：圖3.3.1-1 PT2262外形圖及測(cè)試應(yīng)用圖表3.3.1-1 管腳說明圖3.3.1-2 PT2272外形圖及測(cè)試應(yīng)用PT2272有不同的后綴，不同的后綴表示不同的功能，有M4/L4/M6/L6之分,M表示非鎖存輸出，即數(shù)據(jù)腳輸出電平具有瞬時(shí)性且與發(fā)射端的發(fā)射狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。表示鎖存輸出，一旦數(shù)據(jù)接收成功就一直保持對(duì)應(yīng)電平狀態(tài)，直至下次的數(shù)發(fā)生改變從而變化。后綴數(shù)字表示并行控制通道的個(gè)數(shù)。采用4路并行

15、數(shù)據(jù)時(shí)，（TP2272-M4）表示對(duì)應(yīng)地址編碼為8位，（PT2272-M6）表示對(duì)應(yīng)地址編碼為6位。4 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)4.1 主要電路圖4.1.1 單片機(jī)最小電路自動(dòng)車庫(kù)門關(guān)閉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在單片機(jī)的最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)主要起控制輸出、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理的作用，在單片機(jī)最小系統(tǒng)上面構(gòu)建系統(tǒng)能夠使電路控制變得簡(jiǎn)便，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如4.1.1-1所示：圖4.1.1-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路4.1.2 鍵盤電路鍵盤電路是一個(gè)友好的操作界面，是一個(gè)將人與機(jī)器之間建立通信連接的平臺(tái)，本設(shè)計(jì)采用的是4*4的矩陣鍵盤，以編程掃描為主要工作方式，以單片機(jī)P1口的低四位為輸出端，定時(shí)輸出行掃描

16、高電平脈沖。一旦鍵盤被按下，對(duì)應(yīng)的P1端的高四位列輸入線就會(huì)輸入相應(yīng)的高電平。鍵盤電路原理圖如圖4.1.2.1所示：圖4.1.2-1矩陣鍵盤電路4.1.3 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計(jì)采用8位的LED數(shù)碼管來顯示輸入的數(shù)字，系統(tǒng)采用共陰極顯示，將P0口作為輸入端口，P2端口作為顯示電路的位選信號(hào)，芯片74LS245作為輸出驅(qū)動(dòng)，確保P0口輸出數(shù)據(jù)具有驅(qū)動(dòng)能力。其電路圖如下：圖4.1.3-1 數(shù)碼管顯示電路4.1.4 無線發(fā)射編解碼電路和接受碼電路為了實(shí)現(xiàn)車庫(kù)門的自動(dòng)關(guān)閉，在汽車進(jìn)入車庫(kù)之前發(fā)射一個(gè)自動(dòng)打開信號(hào)，當(dāng)車進(jìn)入車庫(kù)以后再發(fā)射一個(gè)關(guān)閉信號(hào)。本系統(tǒng)采用編碼芯片PT2262和315MHZ的發(fā)射模塊構(gòu)

17、建開閉信號(hào)發(fā)射電路，由解碼器芯片PT2272和315MHZ的接收模塊來構(gòu)成信號(hào)接收電路。當(dāng)接收端收到發(fā)射來的信號(hào)后，由編解碼器進(jìn)行相應(yīng)的信息處理，輸入到單片機(jī)中進(jìn)行判斷。電路圖如下所示：圖4.1.4-1無線發(fā)射及編解碼仿真電路4.1.5 蜂鳴器及繼電器電路蜂鳴器和繼電器的驅(qū)動(dòng)條件是較大的電流，三極管具有電流放大的作用，因此在蜂鳴器與繼電器組件之前加上一個(gè)三極管，就能使其正常工作。圖4.1.5-1 蜂鳴器和繼電器仿真電路4.1.6 系統(tǒng)硬件總圖將上述模塊電路組合在一起就構(gòu)成了自動(dòng)車庫(kù)門系統(tǒng)的硬件總圖。如下圖所示：圖4.1.6-1 自動(dòng)車庫(kù)門系統(tǒng)硬件總圖4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖開始VT是否為高 車庫(kù)

18、門開，燈亮延時(shí)一頓時(shí)間，車庫(kù)門停止打開車進(jìn)入車庫(kù)一次，紅外對(duì)管計(jì)數(shù)一次是否按下了按鈕紅外停止計(jì)數(shù)是否再次按下了按鈕紅外對(duì)管是否計(jì)數(shù)次數(shù)為2車庫(kù)門關(guān)閉，燈滅返回密碼是否輸入正確報(bào)警圖4.2-1 系統(tǒng)流程圖5 總結(jié)這是第一次做有關(guān)通信原理方面的課程設(shè)計(jì)，選定題目后，不知道從何入手。只能通過在網(wǎng)上收集閱讀一些與本課題有關(guān)的文章，熟讀一兩篇后，找到了自己的入手方向。然后開始在圖書館、網(wǎng)絡(luò)上面查閱有關(guān)自動(dòng)車庫(kù)門設(shè)計(jì)的一些資料，在所查閱的資料中選出與本設(shè)計(jì)相關(guān)且易懂的作為參考。本設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)來作為控制系統(tǒng)，其原因主要在于單片機(jī)使我們學(xué)過的較為熟悉的控制芯片，對(duì)于它的工作原理比較了解，當(dāng)然PT2262

19、/PT2272編解碼器是在本設(shè)計(jì)中所需要的芯片，以前從未接觸過，但是通過資料的查找懂得了它的工作原理，各引腳的作用以及它的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍等。在車進(jìn)入車庫(kù)之前由PT2262編碼器發(fā)出一個(gè)信號(hào)，在PT2272解碼器接收到信號(hào)時(shí)，對(duì)其解碼，然后送入給單片機(jī)處理來實(shí)現(xiàn)車庫(kù)門的開閉。當(dāng)然為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具人性化，也能通過對(duì)車庫(kù)門旁邊的手動(dòng)按鍵來實(shí)現(xiàn)車庫(kù)門的開閉作用。為了增加自動(dòng)車庫(kù)門的安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)過程中采用鍵入密碼來獲取取車人或停車人的信息，并且數(shù)碼管上面的數(shù)字均顯示為“8”，以保證密碼的保密措施到位。通過這次的課程設(shè)計(jì)讓我懂得了如何去解決一個(gè)困難的問題，首先必須克服對(duì)于問題的恐懼心理，然后再一步一步的去尋找解決問題的辦法，摸到一個(gè)頭緒然后順著思路走下去，問題就能迎刃而解。通過對(duì)本設(shè)計(jì)的研究，讓我找到了學(xué)習(xí)通信這一專業(yè)的方向，探索到了一些科研方面的思路與方法。在寫作論文期間，掌握了辦公軟件的熟練操作方法。論文嚴(yán)格的格式要求，使我們的心思與思維變得細(xì)膩，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的寫作做好了鋪墊。人都是在一步步的學(xué)習(xí)中得到成長(zhǎng)與鍛煉，“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”，為了以后的人生道路變得燦爛輝煌，現(xiàn)在的付出事值得的。感謝孫活老師的辛勤教導(dǎo)，你嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)方式，使我對(duì)于學(xué)習(xí)的態(tài)度變得一絲不茍，您淵博的知識(shí)讓我獲益匪淺。參考文獻(xiàn)：1李群芳，肖看.