紅外線控制自動門

1、紅外線控制自動門摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，自動門的應(yīng)用也越來越廣泛，它已經(jīng)成為賓館、超市等現(xiàn)代建筑所必備的，是建筑智能化水平的重要指標(biāo)。自動門控制系統(tǒng)作為自動門系統(tǒng)的控制核心，決定了自動門系統(tǒng)的性能。國外生產(chǎn)的自動門控制系統(tǒng)性能比較優(yōu)良，但是價格偏高；國內(nèi)的同類產(chǎn)品雖然價格便宜，但是性能較差，故障率較高。本文研究一種基于AT89C51的自動門控制系統(tǒng)，功能強大，運行可靠，用戶操作方便，而且成本適中，在市場上有較強的競爭力。關(guān)鍵詞：自動門控制系統(tǒng)； AT89C51； ABSTRACT：With the development of economy and living stand

2、ard,automatic doors arebeing widely used.It is absolutely necessary to a modern building such as hotel,supermarket.As the controlling core of the automatic door,the automatic doorcontroller determines its performance.Most of automatic door controllers that havebeen sold in our country are made by fo

3、reign manufactures.The performance of theseproducts is high,but they are very expensive.Our home-made automatic doorcontrollers are not so expensive,however,the performance is unsatisfied and thefaulty rate is high.So we have developed a new kind of automatic door controllerbased on AT89C51.The cont

4、roller has good competitive ability because itspowerful,reliable,convenient and low-cost.Key words:automatic door controller； AT89C51； 目錄第一章緒論31.1引言31.2系統(tǒng)功能簡介3實用的操作模式3完善的故障監(jiān)測和故障/狀態(tài)顯示功能4靈活的參數(shù)設(shè)置4智能化處理4緊急按鈕4手動復(fù)位41.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理5電源5主控芯片、存貯器及外圍電路6步進電機控制及驅(qū)動電路6紅外傳感器部分6電流電壓監(jiān)測電路7第二章紅外線感應(yīng)原理82.1紅外傳感技術(shù)簡介82.2. 1主動式

5、82 .2. 2被動式8第三章硬件電路設(shè)計123.1電源部分12整流濾波電路12開關(guān)電源133.2主控芯片AT89C51接口電路143.3控制面板電路163.4電磁鎖控制電路173.5制動控制電路193.6電流電壓監(jiān)測電路21總電流監(jiān)測電路21交流電掉電檢測電路223.7紅外傳感器和光電管22第四章系統(tǒng)程序流程234.1定時中斷服務(wù)程序244.2門的運動26電機的操作27輸入捕捉程序314.3控制面板按鍵程序32修改系統(tǒng)操作模式33修改運動參數(shù)33系統(tǒng)復(fù)位33自由滑動33參考文獻35第一章 緒論1.1引言隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，自動門的應(yīng)用也越來越廣泛。它現(xiàn)在為許多賓館、超市、百貨

6、大樓等現(xiàn)代建筑所必備，不僅可以美化出入口環(huán)境，而且具有節(jié)能、防塵、隔音等功能，同時也是建筑物智能化的重要指標(biāo)。目前國內(nèi)的產(chǎn)品多為從國外進口。國外生產(chǎn)自動門的公司很多，常見的公司有德國的BLASL，瑞士的TORMAX，意大利的PA，日本的National等等。這些產(chǎn)品功能繁多，性能可靠，但普遍價格偏高，操作復(fù)雜。而國內(nèi)設(shè)計的同類產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故障率較高，需要頻繁的維護，增加了運營成本。我設(shè)計的這款紅外線自動門控制系統(tǒng)要求功能強大，而且具有完整的抗干擾和故障診斷功能，性能穩(wěn)定可靠，用戶操作方便，而且成本適中，在市場上有較強的競爭力。1.2系統(tǒng)功能簡介我們所研制的自動門控制系統(tǒng)功能具體特點如下：1

7、.2.1實用的操作模式自動門控制系統(tǒng)有五種實用的操作模式，即自動、常開、鎖門、單向只出不入和窄開門工作模式。自動模式也就是最常用的模式，當(dāng)有人靠近時自動開門，當(dāng)人通過后自動關(guān)門；常開模式，無論是否有人通過，一直保持開門狀態(tài)不變；鎖門模式即關(guān)門并且上鎖的狀態(tài)。單向只出不入模式對時間有限制的公共場所非常有用，比如商店晚上打烊之前可以設(shè)定為此工作模式，此時自動門只對門內(nèi)的顧客有響應(yīng)，可以讓顧客出去，對于門外要進入的顧客則不予響應(yīng)。窄開門模式和自動模式類似，只是當(dāng)執(zhí)行開門動作時只開到某一寬度（可由用戶調(diào)節(jié)），而不是全部打開，這種模式在冬天或夏天室內(nèi)外溫差較大時是一種非常實用的工作模式，可以減少室內(nèi)外的

8、熱量交換。1.2.2完善的故障監(jiān)測和故障/狀態(tài)顯示功能本系統(tǒng)具有完善的故障檢測和抗干擾功能，保證系統(tǒng)安全可靠的運行。對市電、直流電源電壓、系統(tǒng)總電流、制動電流、鎖電流、電機溫度、系統(tǒng)環(huán)境溫度都有相應(yīng)的監(jiān)測電路，一旦發(fā)生掉電、欠壓、過流、過熱等情況將會立即執(zhí)行相應(yīng)的故障處理程序，同時通過5個LED閃爍顯示相應(yīng)故障，提醒相關(guān)人員及時維護，保證系統(tǒng)的安全和人身安全。正常情況下，LED顯示當(dāng)前系統(tǒng)的運行狀態(tài)。1.2.3靈活的參數(shù)設(shè)置通過控制面板可以隨時調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，使之更符合用戶的需要。通過控制面板用戶可以調(diào)節(jié)的參數(shù)有開門速度、關(guān)門速度、開門寬度以及保持開門時間等參數(shù)。用戶設(shè)置的參數(shù)會存貯在EEPRO

9、M中，掉電不丟失。1.2.4智能化處理復(fù)位之后，系統(tǒng)自動執(zhí)行校準(zhǔn)運行，測量門的寬度，計算門的運動曲線（各運行階段的位移和速度），無需人工干預(yù)。在此后門的運動中，不管開啟或關(guān)閉，當(dāng)門在運動方向上遇到意外的障礙物，會立即停止門的運動，然后倒轉(zhuǎn)，同時記住障礙物的位置和顯示故障信息。如果障礙物仍未被移走，當(dāng)門再次到達此位置時，系統(tǒng)就執(zhí)行校準(zhǔn)運行，自動把此位置作為終點位置，重新計算門的運動曲線。緊急按鈕在屋內(nèi)一側(cè)，有兩個緊急按鈕，開門按鈕K&S和緊急停止按鈕E.P，用于緊急情況下的處理。按下K&S，不管系統(tǒng)處于什么操作模式下，門都會打開。按下E.P，首先立即停止門的運動，然后使門體脫離系

10、統(tǒng)控制，可以自由滑動。1.2.6手動復(fù)位同時按下控制面板上的兩個按鍵至少5秒，再松開，就可以使系統(tǒng)復(fù)位。1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理自動門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所示：圖1-1自動門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我選擇主控芯片AT89C51作為系統(tǒng)的控制核心。主控芯片循環(huán)檢測傳感器、緊急按鈕和光電管的狀態(tài)，結(jié)合門體的當(dāng)前運動狀態(tài)，產(chǎn)生對步進電機或者制動的控制信號。制動信號使制動動作，阻止門體移動；而電機控制信號通過脈沖編碼電路產(chǎn)生相應(yīng)的時序，然后經(jīng)驅(qū)動放大送給電機，從而帶動門體相應(yīng)的運動。光電編碼器監(jiān)測門體的運動方向和速度，并反饋回主控芯片，形成閉環(huán)控制。通過控制面板，用戶可以調(diào)整系統(tǒng)工作模式和門體的運動速度等參數(shù)，LED

11、顯示當(dāng)前控制系統(tǒng)工作模式或者故障顯示信息。系統(tǒng)掉電時，用戶調(diào)整的參數(shù)被送到EEPROM中保存起來，供電恢復(fù)以后主控芯片從EEPROM中讀出這些參數(shù)，系統(tǒng)可以按照掉電以前用戶設(shè)定的參數(shù)重新運行而無須由用戶重新設(shè)定。電源系統(tǒng)的供電為220伏、50Hz的市電，經(jīng)變壓器變壓后輸出27伏的交流電，經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生35伏的準(zhǔn)直流輸出，然后再經(jīng)過開關(guān)電源產(chǎn)生24伏和5伏直流電，24伏用于微波傳感器、光電管、控制面板、運算放大器的供電，5伏用于主控芯片、片外存貯器及其他數(shù)字邏輯電路的供電，而步進電機、制動和電磁鎖這些大功率部件的供電是35伏準(zhǔn)直流電。5伏經(jīng)升壓電路后輸出15伏直流電，用于電機驅(qū)動電路中懸浮自舉

12、供電電壓，控制大功率MOSFET管的正常導(dǎo)通和截止。主控芯片、存貯器及外圍電路AT89C51內(nèi)部存儲器容量有限，在本系統(tǒng)中采用擴展工作模式，在外部擴展了128KB EPROM（M27C1001）和8KB SRAM（SRAM6264）。EPROM用于貯存系統(tǒng)程序，SRAM儲存處理數(shù)據(jù)和臨時參數(shù)。AT89C51內(nèi)部自帶了640字節(jié)EEPROM，用來存儲用戶設(shè)定的參數(shù)。主控芯片需要訪問傳感器、控制面板、過熱過流保護信號、電機方向等接口信號。這些信號如果直接接到主控芯片的I/O引腳將占用較多的資源，因此本系統(tǒng)將這些信號通過三態(tài)總線緩沖器74HC541和8D觸發(fā)器74HC574接到主控芯片的數(shù)據(jù)總線，將

13、地址總線經(jīng)過譯碼器譯碼后控制緩沖器的使能端，相當(dāng)于賦予接口電路以不同的地址，主控芯片可以像讀寫外部存儲器一樣通過接口地址讀入或?qū)懗鼋涌谛盘?。步進電機控制及驅(qū)動電路對步進電機的控制是系統(tǒng)重要的組成部分，包括脈沖編碼電路、功率驅(qū)動電路。本系統(tǒng)采用一片Xilinx公司的復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）XC9536實現(xiàn)脈沖分配功能，主控芯片只需要輸出啟動/停止信號、轉(zhuǎn)動方向信號以及表示轉(zhuǎn)動速度的PWM信號，具體時序的產(chǎn)生都由CPLD完成，減輕了主控芯片的負擔(dān)，并具有良好的擴展性和靈活性。功率驅(qū)動電路是大功率MOSFET管組成的H橋式放大電路。具體電路見第四章。紅外傳感器部分紅外傳感器信號輸入到外圍處理電

14、路，對其進行準(zhǔn)確的判斷和處理也是至關(guān)重要的。桑斯達公司開發(fā)的BISS0001是一款具有較高性能的熱釋電紅外傳感信號處理芯片，它是CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?，具有獨立的高輸入阻抗運算放大器和雙向鑒幅器，可有效抑制干擾，內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。電流電壓監(jiān)測電路本系統(tǒng)對系統(tǒng)中各個電流、電壓設(shè)置了監(jiān)測電路，監(jiān)測電路將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后用主控芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，判斷是否發(fā)生了欠壓、過壓、過載等情況，如檢測到異常情況將執(zhí)行故障處理子程序。第二章 紅外線感應(yīng)原理2.1紅外傳感技術(shù)簡介紅外傳感技術(shù)可分為主動式傳感技術(shù)和被動式傳感技術(shù)。2.2

15、. 1主動式圖2. 1主動式紅外探測器的基本組成紅外發(fā)射機驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)出一束調(diào)制的紅外光束。在距發(fā)射機一定距離處，與之對準(zhǔn)放置一紅外接收機。它通過光敏晶體管接收發(fā)射端發(fā)出的紅外輻射能量，并經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為電信號。分別在收、發(fā)端放置一光學(xué)透鏡，將紅外光聚集成較細的平行光束，以使紅外光的能量能集中傳送。采用調(diào)制的紅外光源具有以下幾個優(yōu)點: .降低電源的功耗。 .使紅外探測器具有較強的抗干擾能力，提高了工作的穩(wěn)定性。 紅外光束構(gòu)成了一道人眼看不見的封鎖線，當(dāng)有人穿越或阻擋這條紅外光束時，接收機輸出的電信號強度就會發(fā)生變化，從而發(fā)出信號。2 .2. 2被動式 被動式紅外探測器不需要附加紅

16、外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測器直接探測來自移動目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動式之稱。被動式紅外探測器是利用熱釋電效應(yīng)進行探測的。（1）自然界物體的紅外輻射特性 自然界的任何物體，只要溫度高于絕對零度C273 C )，總是不斷地向外發(fā)出紅外輻射，并以光的速度傳播能量。物體向外輻射紅外輻射的能量與物體的溫度和紅外輻射的波長有關(guān)。假定物體發(fā)射紅外輻射的峰值波長為幾，它的溫度為T，則輻射能量等于紅外輻射的峰值波長戈與物體溫度T的乘積。這一乘積為一常數(shù)，即。物體的溫度越高，它所發(fā)射的紅外輻射的峰值波長越小，發(fā)出紅外輻射的能量也越大。（2）熱釋電效應(yīng) 被動式紅外探測器又稱為熱釋電紅外探測

17、器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。 熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強介電質(zhì)材料(如欽酸鋇、欽錯酸鉛(PZT)等)的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出。 在熱釋電紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PTR)PTR能將紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。另一個是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的光學(xué)透鏡，它用來配合熱釋電紅外線傳感器，以提高接收靈敏度。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號放大6070db，就可以檢測1020m處人的活

18、動。 熱釋電傳感器具有自極化效應(yīng)，晶體處于低于Curie溫度的恒溫環(huán)境時，其自極化強度保持不變，即極化電荷面密度保持不變。這些極化電荷被空氣中的帶電粒子中和，當(dāng)紅外輻射入射晶體，被晶體吸收后，晶體溫度升高，自極化強度變小，即電荷面密度變小。這樣，晶體表面存在多余的中和電荷，這些電荷以電壓或電流的形式輸出，該輸出信號可用來探測輻射。相反，當(dāng)截斷該輻射時，晶體溫度降低，自極化強度增大，由相反方向的電流或電壓輸出。（3）熱釋電紅外傳感器的基本結(jié)構(gòu) 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。按照探測元的數(shù)目來分，熱釋電紅外傳感器有單元、雙元和四元等幾種，用于人體探測的紅外傳感

19、器采用雙元或四元式結(jié)構(gòu)。按照熱釋電紅外傳感器的用途來分，有以下幾種:用于測量溫度的傳感器，它的工作波長為120,cm;用于火焰探測的傳感器，它的工作波長為4.3 S士0.1 S fnn;用于人體探測的傳感器，它的工作波長為7 15 fan。 圖2.2是一個雙探測元的熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的在于消除因環(huán)境溫度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，使傳感器起到補償作用。當(dāng)人體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，兩元件極化程度相同，相互抵消;當(dāng)人體移動時，兩元件極化程度不同，凈輸出電壓不為0，從而達到探測移動人體的

20、目的。圖2.2熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 使用時一般在管殼頂端裝有濾光鏡片及窗口，用以選擇接收不同的波長。在窗口上裝濾光鏡的目的是使不需要的紅外線不能進入傳感器。一般熱釋電紅外傳感器在光譜范圍內(nèi)的靈敏度是相當(dāng)平坦的(并且不受可見光的影響)。一般常用硅質(zhì)聚乙烯材料的濾光鏡，它能以非接觸形式檢測出物體放射出來的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出。傳感器探頭前部裝有菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是用透明塑料制成的一種具有特殊光學(xué)系數(shù)的透鏡，它由一組平行的棱柱型透鏡所組成，它的每一單元透鏡都只有一個不大的視場角，而相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)，也不重疊，都相隔著一個盲區(qū)，這樣就在傳感器前方產(chǎn)生一

21、個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”。視場的側(cè)視圖和俯視圖如圖2.3所示。圖2.3菲涅耳透鏡和視場圖當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷在“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”內(nèi)切換，這樣就使接收到的信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，增強了能量變化幅度，從而提高了探測靈敏度。（4）熱釋電紅外探測器的基本原理 熱釋電紅外傳感器通過接收移動人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運動速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號。 當(dāng)熱釋電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所

22、以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。紅外探測器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個方向的紅外輻射能量聚焦在探測器上，這樣紅外探測器就可以探測到某一個立體探測空間內(nèi)熱輻射的變化。 當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動的人體時，由于所有的背景物體(如墻壁、家具等)在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報警器。當(dāng)有人體突然進入探測區(qū)域時，會造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號Uo，

23、送往報警器，發(fā)出報警信號。紅外探測器的探測波長為8-14微米，人體的紅外輻射波長正好處于這個范圍之內(nèi)，因此能較好的探測到活動的人體。被動式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其警戒范圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。第三章 硬件電路設(shè)計在第一章緒論中已經(jīng)簡要的介紹了紅外線控制自動門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，下面將詳細介紹各個部分的具體硬件實現(xiàn)及其工作原理。3.1電源部分本系統(tǒng)電源部分的框圖如圖3-1所示。圖3-1電源框圖220伏、50Hz的市電，經(jīng)變壓器后輸出27伏的交流電，經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生35伏的直流電壓。35伏電源直接供給步進電機、制動和電磁鎖這些大功率部件，另一方面再經(jīng)過開

24、關(guān)電源產(chǎn)生24伏和5伏直流電。24伏用于微波傳感器、光電管、手動控制面板、運算放大器的供電，5伏用于主控芯片、CPLD、片外存貯器及其他數(shù)字邏輯電路的供電。5伏經(jīng)升壓電路輸出15伏直流電，用于電機驅(qū)動電路中懸浮自舉供電電壓，使MOSFET功率管柵源極有足夠高的電壓，保證功率管的正常導(dǎo)通和截止。整流濾波電路圖3-2整流濾波電路整流濾波部分見圖3-2所示。圖中的C1到C3三個0.1F的電容是為了濾除電網(wǎng)中的尖峰干擾。兩個0.1歐姆的電阻（R62、R63）并聯(lián)作為整機總電流采樣電阻，將電流轉(zhuǎn)化為負電壓GDU,配合監(jiān)測電路，用于監(jiān)測系統(tǒng)的總工作電流，確保系統(tǒng)安全。開關(guān)電源上面提到了系統(tǒng)是用開關(guān)電源產(chǎn)生

25、5伏和24伏的直流電壓。本系統(tǒng)采用的開關(guān)電源是LM2575HV系列單片集成的開關(guān)整流器，最大輸出電流為1A，輸入電壓最大為60V，輸出電壓有3.3V、5V、12V、15V和可調(diào)輸出電壓幾種版本，可調(diào)輸出范圍從1.23V到37V。在規(guī)定的輸入電壓和輸出負載范圍，輸出電壓波動不大于4。內(nèi)部有固定頻率的振蕩器和頻率補償電路，其震蕩頻率是52KHz。LM2575HV是傳統(tǒng)的三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代品。外部電路簡單，只需要四個外圍元器件即可，而且其轉(zhuǎn)換效率高，在77%以上，在大多數(shù)情況下不需要散熱片。內(nèi)部有完善的保護電路，具有過熱和過流自動關(guān)閉功能。該系列開關(guān)整流器還有一個TTL電平的使能輸入端，可

26、控制是否有電壓輸出。圖3-3 5V電源電路圖3-4 24V電源電路本系統(tǒng)中開關(guān)電源的具體的電路如圖3-3、3-4所示。LM2575HV的1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳接地，4腳是反饋端，5腳是輸出使能端，低電平有效。LM2575HVT-5.0輸出為固定的正5V，LM2575HVT-ADJ為可調(diào)輸出，通過調(diào)節(jié)其輸出端的反饋分壓電阻R64、R65，使之輸出電壓為24V。由圖3-4知：其中為LM2575HVT-ADJ內(nèi)部參考電壓。，通常，則?？紤]溫度系數(shù)以及隨時間的穩(wěn)定性，R64、R65選用精度為1的金屬膜電阻。本系統(tǒng)中，5V電源的使能端ON/OFF接地，一直處于正常工作狀態(tài)；而24V電源的使能端

27、接到MCU的一個I/O口，由程序控制它是否正常輸出24V電壓。圖3-3和圖3-4中的電感L1和L2的選擇主要取決于輸入電壓和最大負載電流兩個參數(shù)。對于+5V的電源，估算出最大負載電流約為200mA，輸入電壓約為35V，根據(jù)LM2575HVT-5.0上提供的表格可以得到L2的數(shù)值為220H。同樣可以得到電感L1的數(shù)值為1000H。開關(guān)整流器的輸出端必須加一個電容對輸出電壓濾波和保持環(huán)路穩(wěn)定性。推薦使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容以減小輸出紋波電壓和保證較好的環(huán)路穩(wěn)定性。一般容量小或耐壓低（小于12V）的ESR值較大。我們選擇330uF，50V耐壓的的開關(guān)電源用的電解電容，并聯(lián)0.01uF的瓷片

28、電容。當(dāng)整流器內(nèi)部的開關(guān)關(guān)閉時需要一個二極管為電感電流提供一個回路。因為其具有較快的開關(guān)速度和較低的正向?qū)妷海梢缘玫捷^高的轉(zhuǎn)化效率，我選擇肖特基二極管。具有“軟恢復(fù)”特性的快恢復(fù)二極管也適合用于這種場合。3.2主控芯片AT89C51接口電路控制系統(tǒng)接收的外部輸入信號有門內(nèi)和門外傳感器的信號，控制面板按鍵的信號，兩個安全光束的信號，緊急按鍵K&S和E.P的信號，電機過熱信號，電源掉電指示信號，以及一些出錯指示信號等。同時主控芯片還要輸出信號來初始化電路狀態(tài)，控制安全光束發(fā)光等。第二章中介紹過，主控芯片AT89C51的I/O資源豐富，但是眾多的輸入輸出信號仍然使主控芯片IO資源難以滿

29、足要求。圖3-6外部接口電路示意圖為了解決此問題，本系統(tǒng)設(shè)計了圖3-6所示的接口電路，讓輸入信號通過緩沖器74HC541，由數(shù)據(jù)總線讀到內(nèi)部存儲器中；輸出的信號由數(shù)據(jù)總線送給8D觸發(fā)器74HC574輸出。圖3-6中，74HC139是二四譯碼器，輸入端接主控芯片的地址線A0和A1，使能端與主控芯片的I/O片選CSIO相連。本設(shè)計中，片選CSIO有效的地址為$1000到$1FFF，有效的極性為低電平，相關(guān)的設(shè)置見第五章5.1節(jié)。74HC541具有兩個輸入使能端G1和G2，只有當(dāng)這兩個使能端都為低電平時，輸出Y7:0等于輸入A7:0，否則輸出為高阻狀態(tài)。G1接到74HC139的輸出端，G2由讀信號和

30、E時鐘輸出口共同控制。當(dāng)8D觸發(fā)器74HC574的時鐘輸入端CLK上跳沿有效時，主控芯片的輸出數(shù)據(jù)D7:0被鎖存到74HC574的輸出端Q7:0，而CLK=Y0+E?W。如果地址線A1:0=00，則Y3=0，選中使能端G1和Y3相連的那片HC541，該HC541的地址即為1000××××××××××11（二進制），不妨設(shè)它的地址為$1003（十六進制）。同理另一片HC541的地址為$1002，74HC574的地址為$1000。經(jīng)過如上處理，主控芯片對外部接口的讀寫操作和讀寫存儲器或I/O口完全一

31、樣，十分方便，更重要的是大大節(jié)省了主控芯片的口線資源。3.3控制面板電路如圖3-7所示，控制面板包括兩個輸入按鍵（UP和DOWN）和五個發(fā)光二極管。通過UP和DOWN鍵，用戶可以調(diào)整門的工作模式和運動參數(shù)。系統(tǒng)的工作模式有鎖門（OFF）、自動（AUTO）、窄開門（RED）、單向只出不入（EXIT）和常開（OPEN）五種，緒論中已作過介紹。運動參數(shù)同樣有五個，分別是窄開門模式下的開門保持時間（Tr）、自動模式下的開門保持時間（To）、窄開門時門打開的寬度（Pr）、開門速度（Vo）、關(guān)門速度（Vc）。圖3-7控制面板外觀通常，發(fā)光二極管用來指示門的當(dāng)前工作模式。當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤的時候，發(fā)光二極管

32、通過不同的發(fā)光組合指示不同的錯誤。用戶通過按鍵調(diào)整運動參數(shù)的時候，發(fā)光二極管以不同的閃爍頻率指示所調(diào)參數(shù)的大小變化。圖3-8控制面板電路圖控制面板的電路如圖3-8所示。按鍵信號通過緩沖器HC541送給主控芯片。按鍵合下時為低電平，松開時對24V進行電阻分壓，HC541收到約5V的電平。圖3-9中的電容C濾去線上的干擾，對去按鍵抖動也有一定的作用。主控芯片的IO口PD2:5和PG6經(jīng)驅(qū)動器ULN2004控制LED。ULN2004為7路高電壓、大電流集電極開路的達林頓管矩陣，每路輸出最大電流500mA。3.4電磁鎖控制電路圖3-9電磁鎖控制電路框圖本系統(tǒng)采用的鎖是KGS公司的雙穩(wěn)態(tài)自保持電磁鎖，該

33、鎖的鎖舌有鎖上、鎖兩種狀態(tài)，在無電時自動保持原來的狀態(tài)。該鎖的主要電氣結(jié)構(gòu)是一個電感線圈（12mH，直流電阻14歐姆），在線圈上加不同方向的電流鎖舌產(chǎn)生往復(fù)運動。我們使用NS公司的H橋驅(qū)動電路LMD18200來驅(qū)動該鎖。鎖的控制電路框圖見3-9。單片機輸出的鎖控制信號有三個，一個是I/O口PA3輸出的啟動/停止信號，該信號用于控制是否禁止鎖運動；另一個是I/O口PH5輸出的方向信號，用于控制電感線圈中的電流方向，從而控制鎖執(zhí)行關(guān)閉還是打開動作；還有一個是PH3/PWM4引腳輸出PWM信號，調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，就可以控制線圈中的工作電流的大小。控制信號經(jīng)過ULN2004傳輸?shù)紿橋功率驅(qū)動電路

34、LMD18200的輸入端。LMD18200是單片集成H橋電路，內(nèi)部原理框圖如圖3-10所示，外圍電路圖如圖3-11所示。圖3-10 LMD18200內(nèi)部原理框圖圖3-11 LMD18200外圍電路LMD18200最大運行工作電流3A，工作電壓55V。內(nèi)部功率開關(guān)管導(dǎo)通電阻RDS小于0.3歐姆，內(nèi)置鉗位二極管，并有負載短路保護。內(nèi)部有溫度檢測電路，當(dāng)溫度超過145時，溫度標(biāo)志引腳9輸出警告信號，超過170時，將關(guān)閉所有輸出。LMD18200內(nèi)部有充電泵電路，外部只需要在引腳1、2和10、11加兩個自舉電容C74和C75，電磁鎖的的線圈（電感）直接連接到輸出引腳2和10。6腳Vs接工作電源35V。

35、輸入控制引腳3控制輸出電流在輸出引腳2和10之間的電流流向，從而控制鎖的開關(guān)。引腳4為制動，當(dāng)它高電平有效后，將使所有功率開關(guān)管截止，鎖不能動作。PWM輸入則是用來控制鎖線圈中的電流。此外LMD182000還有一個電流監(jiān)測輸出引腳8，該引腳輸出一個電流信號，該電流值正比于工作電流，典型值為377A/A。將該引腳通過精度為1%的采樣電阻R22接地，變電流為電壓信號，然后將該電壓信號送至單片機的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口PE3，從而可以實時檢監(jiān)測鎖的工作電流。PE3上的電壓與鎖電流關(guān)系如下：在電磁鎖內(nèi)還有兩個霍爾效應(yīng)開關(guān)A3141，當(dāng)穿過該開關(guān)的磁場強度超過100高斯（典型值）時，該開關(guān)輸出低電平，否則輸

36、出高電平。它們用于檢測鎖的確切狀態(tài)。在鎖舌內(nèi)安裝有一小塊磁鐵，當(dāng)鎖處于彈出或者打開狀態(tài)，這塊磁鐵分別對準(zhǔn)其中的一個霍爾開關(guān)，使其輸出低電平。當(dāng)單片機發(fā)出鎖控制信號之后約30ms，就會通過外部接口讀取霍爾開關(guān)的狀態(tài)，判斷鎖是否已經(jīng)處于指定狀態(tài)。如果檢測到的鎖的狀態(tài)與發(fā)出的指令不符，就會加大鎖的工作電流，重新執(zhí)行該動作，并檢測。如果嘗試兩次之后仍然不正確，放棄努力，單片機發(fā)報警信號。當(dāng)鎖鎖上后，CPU就禁止各種開門操作。3.5制動控制電路在關(guān)門過程中，可能遇到意外的障礙物和人，為了保證安全，必須設(shè)置“制動”。本系統(tǒng)采用的制動是電磁制動器，它的主要電氣組成部分也是一個電感線圈（93mH，直流內(nèi)阻50

37、歐姆），被密封在金屬結(jié)構(gòu)中。當(dāng)線圈中通電后，產(chǎn)生磁力，吸合在它上面運動的剎車圓片，門就被制動了。線圈中電流消失后，磁力也隨之消失，不再制動。制動控制電路如圖3-12所示。當(dāng)MOS場效應(yīng)管T6的柵極為高電平時導(dǎo)通，電流流經(jīng)制動線圈，制動起作用；當(dāng)T6的柵極為低電平時FET截止，制動無效。三個或非門HC02A-HC02C組成的單穩(wěn)態(tài)電路，其輸出端A和單片機管腳PH2/PWM3輸出的PWM信號一起控制T6的導(dǎo)通和截止。單片機IO管腳PA6用來初始化單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)PA的電平有個下跳沿時，A點為低電平，此時PWM信號控制T6，其占空比決定了通過制動的電流，也就決定了制動力的大小。圖3-12制動控制電路電

38、阻R13是制動電流采樣電阻，制動電流較小時，采樣電阻電壓Vs較小，運放2902B輸出端電壓較高，比較器2902C輸出低電平，不改變單穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)。當(dāng)制動電流過大時，Vs超過門限電壓，2902B輸出端電位低于3伏，2902C輸出高電平，導(dǎo)致單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，A點電位為高電平，從而截止T6，制動失效。下面計算制動停止工作時的最大電流。由運放的虛地條件可以得到：Vrh5V，為參考電壓；P5E=P5C=1.2K，R2=R4=39K，Ibrake為制動電流，VPE2是2902B的輸出電壓，代入上式可以得到：。比較器的正輸入端（電阻R7、R8分壓）電壓為3V，當(dāng)正負輸入端相等時，即時，輸出翻轉(zhuǎn)，此時制動電

39、流為Ibrake=615mA。當(dāng)制動電流超過此值時，比較器輸出高電平，禁止制動工作，保護制動器的安全。2902B的輸出還連接到A/D變換的輸入端PE2，單片機通過監(jiān)測VPE2的值來監(jiān)測制動的工作電流。系統(tǒng)中，設(shè)定制動的PWM信號為30Hz、占空比為1:1的方波，檢測PE2腳，得到制動電流約480mA。圖3-12中，運放2902A構(gòu)成電壓跟隨器，其輸入為濾波后的電源VCC，目的是為了提供一個比較純凈的參考電壓Vrh。單片機管腳PH2/PWM3內(nèi)部有上拉電阻，初始化時為高電平，禁止制動動作。為了保證過流保護電路的準(zhǔn)確性，電路中采用精度為1的高精度電阻。3.6電流電壓監(jiān)測電路為了保證系統(tǒng)安全運行，本

40、系統(tǒng)設(shè)置了許多電流電壓監(jiān)測電路，一旦檢測到異常情況，將采取相應(yīng)的保護措施，并報警。上一節(jié)中，就介紹了對制動電流的監(jiān)測。系統(tǒng)中需要檢測的電流電壓還包括以下部分：總電流、鎖電流、市電掉電、35V和24V直流電平。35V和24V的直流電平經(jīng)過相應(yīng)的分壓電阻，送到主控芯片AT89C51的A/D轉(zhuǎn)換管腳PE6和PE7，予以監(jiān)測?？傠娏鞅O(jiān)測電路總電流監(jiān)測電路見圖3-12的下面部分。運算放大器2902 D為同向電壓放大器，將總電流采樣電壓GDU（見圖3-2）輸出到單片機PE1管腳，進行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)總電流過大時，系統(tǒng)暫停電機和鎖這些功率級器件的操作。R6，C21組成低通濾波器，時間常數(shù),檢測到的總電流是平均

41、電流。根據(jù)運放的虛地條件得到如下公式：其中P5A=P5B=1.2K，R62=R3=0.1，R3R539K，Vrh5V，Iall為總電流，VPE1是放大器輸出，也是單片機AD輸入端PE1的輸入電平，代入上述條件化簡得到總電流監(jiān)測電路電流與輸出電壓的關(guān)系：，由A/D得到的電壓數(shù)據(jù)就可以判斷總工作電流的大小。交流電掉電檢測電路交流電掉電檢測電路如圖3-13所示。電路圖的上半部分為系統(tǒng)電源的整流濾波部分，在前面已經(jīng)介紹過。交流電檢測電路是下半部分，由兩個二極管和分壓電阻及一個非門HC14組成，非門的輸出送到接口電路，由單片機查詢。兩個二極管D3A和D3B的作用是全波整流，27V、50Hz的交流電經(jīng)全波

42、整流后變成周期為10ms的周期信號，在經(jīng)過分壓電阻分壓得到的信號峰值為，是高電平，經(jīng)過反相器后輸出低電平。圖3-13掉電檢測電路由以上分析可以得出，在交流電正常的情況下，非門輸出端大部分時間內(nèi)為低電平，如果交流電掉電，那么輸出一直保持高電平。單片機每隔1ms讀一次該端口，如果連續(xù)8次為高電平，那么就可以判斷交流電源掉電了。檢測到交流掉電以后，單片機及時禁止所有大功率器件工作，并利用全波整流電路中的兩個4700F大電容中的能量，把重要的參數(shù)存儲到EEPROM中去。為了保證電流電壓電路的準(zhǔn)確性，電路中采樣電阻、分壓電阻、運算放大器周圍的電阻使用精度均應(yīng)在1以內(nèi)。3.7紅外傳感器和光電管紅外線控制自

43、動門系統(tǒng)一般有兩個傳感器，分別檢測門內(nèi)和門外兩個方向是否有人通過。本系統(tǒng)采用的傳感器為紅外傳感器，工作頻率24.5GHz，工作電壓24V，檢測精度為5cm/s，也就是說運動速度大于5cm/s的物體都會被檢測到。檢測到運動物體后傳感器輸出低電平有效信號。在門框上，安裝了一對紅外光的發(fā)光管和接收管，工作電壓也是24V。當(dāng)有人或物通過時，紅外光線被阻擋，立即輸出低電平有效信號。主控芯片AT89C51通過外部接口不斷查詢微波傳感器和光電管的信號，控制門運動。第四章 系統(tǒng)程序流程紅外線控制自動門控制系統(tǒng)軟件的總體流程圖如圖4-1所示。系統(tǒng)復(fù)位后，首先執(zhí)行初始化工作，如設(shè)置存貯器擴展相關(guān)的寄存器，各個I/

44、O的方向，啟動A/D轉(zhuǎn)換，允許24V電源輸出等等。然后從內(nèi)部EEPROM中讀取復(fù)位前系統(tǒng)的操作模式以及系統(tǒng)各項參數(shù)。這些參數(shù)包括：開門、關(guān)門速度（Vo/Vc），窄開門模式的寬度（Pr）、自動模式和窄開門模式的開門保持時間（To/Tr）。自動門控制系統(tǒng)第一次運行調(diào)用的是默認值。接著系統(tǒng)通過AD管腳測量35V和24V電源的電平值。因為35V電源給電機、鎖、制動這些功率級器件供電，為了保證驅(qū)動能力，要求35V電源的電平至少為26V。24V電源供給傳感器、運算放大器等器件，傳感器電壓不夠，將會輸出錯誤的開門信號，運算放大器電壓不夠，將導(dǎo)致電流檢測錯誤。為了保證系統(tǒng)的可靠性，24V電源至少有16V以上的

45、輸出。如果35V和24V電源達不到要求，系統(tǒng)就等待2秒鐘后，再次檢測，直至其滿足要求，才執(zhí)行后面的程序。系統(tǒng)自動地把復(fù)位前的操作模式作為復(fù)位后的初始模式。如果是鎖門模式OFF，系統(tǒng)若發(fā)現(xiàn)門未鎖上，則啟動電機合上門，再操作鎖，使門鎖上。系統(tǒng)從OFF模式轉(zhuǎn)為其他模式時，首先要進行校準(zhǔn)運行。如果系統(tǒng)初始工作在非OFF模式下，則復(fù)位后就必須執(zhí)行校準(zhǔn)運行。校準(zhǔn)運行的過程如下：系統(tǒng)首先關(guān)門，確定開門起始位置，再開門到最大位置，從而確定了門的開門終點。如果系統(tǒng)工作模式是全開模式(OPEN)，則門以后一直停留在開門終點上；如果工作在其他模式（AUTO/RED/EXIT）下，則門到達開門終點后，保持一段時間（稱

46、為開門保持時間To或Tr）后，如果沒有開門信號，就返回到開門起始位置。校準(zhǔn)運行的開門關(guān)門速度為正常開門關(guān)門速度的一半（1/2Vo和1/2Vc）。校準(zhǔn)運行程序可以確定門的寬度，從而計算門操作過程中的加速、勻速、減速過程的速度和距離。然后，LED顯示出系統(tǒng)的操作模式。此后的程序是一個循環(huán)操作，包括查詢傳感器，光電管，按鍵K&S、EP是否有信號，在結(jié)合上一狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)門的操作；查詢控制面板按鍵（UP、DOWN鍵）是否合下，執(zhí)行按鍵子程序；執(zhí)行必要的鎖操作；若系統(tǒng)存在故障，則用LED顯示故障原因。圖4-1系統(tǒng)主程序框圖4.1定時中斷服務(wù)程序自動門控制系統(tǒng)具有完善的故障檢測和自我保護功能，執(zhí)行主

47、程序時，定時響應(yīng)中斷，檢查是否交流電掉電、電流(總電流、鎖電流、制動電流)過流以及電機過熱、功率管過熱，并分別執(zhí)行相應(yīng)的操作（如圖4-2）。圖4-2周期為1ms的定時中斷部分程序框圖檢測到交流電掉電了，系統(tǒng)立即停止電機、鎖和制動操作，然后禁止24V電源的輸出，迅速將用戶參數(shù)和操作模式存入EEPROM中，最后用剩余的能量制動，等待系統(tǒng)復(fù)位。檢測到功率管過熱或電機過熱時，顯示故障信息，禁止電機的操作。如果此時門體停在關(guān)門終點處，則以后一直被制動，不能再執(zhí)行開門操作；如果此時門正在運動，則停止電機，以后門體處于自由滑動狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到功率管和電機不再過熱，則延遲5分鐘，再清除故障信息，允許電機的操

48、作。如果此時有開門信號，就啟動電機執(zhí)行開門操作；如果沒有開門信號且門沒有停在關(guān)門終點處，則要執(zhí)行關(guān)門操作。檢測到鎖電流過流時，停止鎖的操作，顯示故障信息，并禁止以后鎖的操作。檢測到制動電流過流時，停止制動的操作，顯示故障信息，并禁止以后制動的操作。檢測到總電流過流時，停止電機的操作，顯示故障信息，并禁止以后電機的操作。因為這些故障處理不能延時太長，定時中斷的周期我們設(shè)為1ms。由于MC68HC11K1集成了輸出比較功能OC1:5，當(dāng)輸出比較鎖存器TOC1:5中的值與計數(shù)器TCNT相同時，可以產(chǎn)生中斷請求。我們選擇其中OC1實現(xiàn)定時中斷功能。在定時中斷服務(wù)程序的開始部分，清零本次中斷產(chǎn)生的標(biāo)志，

49、將當(dāng)前TOC1的值加上表示1ms的常數(shù)N，存入TOC1中，以準(zhǔn)備下次比較，從而形成定時中斷。本系統(tǒng)TCNT的頻率等于E時鐘，即2MHz，1ms需要TCNT累加2000次，故常數(shù)N=2000。系統(tǒng)還設(shè)置了另外的一個定時中斷，就是TCNT溢出中斷TOI。由于TCNT頻率是2MHz，TOI中斷周期是216×0.5us =32.768ms。系統(tǒng)在RAM中開辟若干單元，作為各個延時操作的計數(shù)器。根據(jù)延時的長短，選擇TOI和TOC1作為計數(shù)時鐘。舉例說，按鍵的去抖動延時為20ms，于是在每次TOC1中斷中，給按鍵去抖動計數(shù)器加1，直至等于20為止。對于延時幾秒甚至幾十秒的操作，則采用TOI中斷來

50、計數(shù)。各延時計數(shù)器都有自己的使能標(biāo)志位，中斷程序計數(shù)前先要查詢標(biāo)志位，只有使能時才予以計數(shù)。如果某個延時計數(shù)器需要計數(shù)，則需要在主程序中置位相應(yīng)的標(biāo)志位，計數(shù)結(jié)束后也要在主程序中清零標(biāo)志位。系統(tǒng)復(fù)位后，缺省設(shè)置時是不會產(chǎn)生中斷的，我們在主程序中35V和24V電源檢測程序之后，設(shè)置了與這些中斷相關(guān)的寄存器，并清零了CPU內(nèi)部寄存器CCR的全局中斷屏蔽位I，從而允許中斷的請求。下面將詳細介紹幾個關(guān)鍵程序。4.2門的運動門的運動過程如下所述。當(dāng)系統(tǒng)查詢到傳感器、光電管或K&S鍵送出開門信號，立即停止制動，啟動電機，執(zhí)行開門操作。開門至終點后，停止電機，門保持在終點位置持續(xù)一段時間。當(dāng)保持時間

51、完成后，如果有開門信號，則繼續(xù)保持狀態(tài)，否則重新啟動電機，執(zhí)行關(guān)門操作。如果關(guān)門過程中，沒有收到開門信號，門就一直運動到關(guān)門終點，然后系統(tǒng)停止電機，加上制動。如果關(guān)門中收到開門信號，就立即停止門的運動，然后重新開門。在開門和關(guān)門的過程中，系統(tǒng)通過光電編碼器，一直監(jiān)視電機的速度和位移。如果電機的速度遠小于期望的速度，我們就認為撞到了障礙物或人，就會立即使門停下，然后執(zhí)行倒轉(zhuǎn)運動。如果開門時倒轉(zhuǎn)，系統(tǒng)使門后退5cm，如果此時位置離開門起始位置距離不足5cm，就退至開門起始處。然后門以Vo/2的速度再次開門，如果在同一位置再次遇到障礙物，系統(tǒng)就復(fù)位；如果沒有障礙物，門一直運動到開門終點，就轉(zhuǎn)為正常的

52、操作，好象沒有發(fā)生倒轉(zhuǎn)運動似的；如果在其他位置上再次遇到障礙物，就再次倒轉(zhuǎn)。關(guān)門過程中的倒轉(zhuǎn)與開門時倒轉(zhuǎn)類似。不過系統(tǒng)得退至開門終點位置（也就是關(guān)門的起點），并保持一段時間。然后如果沒有開門信號的話，門以Vc/2的速度再次關(guān)門。同樣，如果在同一位置再次遇到障礙物，系統(tǒng)就復(fù)位；如果門一直運動到開門起點位置，就轉(zhuǎn)為正常的操作；如果在其他位置上再次遇到障礙物，就再次倒轉(zhuǎn)。與開門倒轉(zhuǎn)不同的是，此時如果系統(tǒng)檢測到開門信號，則立即開門，下次關(guān)門過程再檢查障礙物。不管門是否在運動，如果按下E.P鍵，就可以使門脫離電機和制動的控制，而自由滑動，同時通過LED顯示出來。只有上電復(fù)位或通過控制面板導(dǎo)致的軟件復(fù)位，

53、系統(tǒng)才能重新控制門的運動。如果出現(xiàn)有關(guān)門的故障，如過熱，過流，電壓過低時，系統(tǒng)暫停對門的控制，使門自由滑動。一旦故障清除了，系統(tǒng)重新控制門的運動，如果有開門信號就開門操作，否則就關(guān)門。電機的操作MC68HC11K1控制電機控制信號有三個：PG0、PG1和PWM信號。PG0是電機使能信號，低電平有效。PG1是電機方向信號，PG1=1時，電機逆時針轉(zhuǎn)動，PG1=1時，電機順時針轉(zhuǎn)動。而PWM信號的周期決定了電機的速度，脈寬大小決定了電機線圈中的電流大小，從而控制了電機的力矩。低速度對應(yīng)的PWM信號周期長，脈寬設(shè)計靈活，可以提供高力矩，高速度則力矩較小。電機啟動時要求電機力矩大，從而減少電機失步，延

54、長電機壽命。所以電機以較低的初速度啟動，然后加速至最大。正常開門關(guān)門過程中，我們把電機運動都分成四個階段：加速、高速勻速、減速、低速保持，如圖5-9所示。電機首先從33%Vo(或Vc)初速度加速，直至最高速度Vo(或Vc)，維持一段距離，就開始減速，最后以超低速（2.5cm/s）運動到終點，以盡量減少門對門框或?qū)α硪簧乳T的撞擊。假設(shè)門的寬度為L，我們設(shè)定加速和減速距離均為1/4L，高速勻速距離長（1/2L-2cm），最后低速保持距離為2cm。在減小開門模式（RED）下，門不會開到最大，一般每扇門打開40cm，如果有兩個人分別從里面和外面同時到達，每扇門會再擴大30cm，到達70cm。圖4-3開

55、門關(guān)門示意圖對于電機控制來說，加速減速過程實際上是若干個勻速過程的組合。在系統(tǒng)中，各勻速過程按指數(shù)規(guī)律分布，以加速為例，開始時加速度比較大，各勻速的速度差大，隨著電機速度的升高，加速度逐漸減小，這樣比較符合步進電機的輸出轉(zhuǎn)距隨轉(zhuǎn)速的升高而減少的實際狀況。我們把加速過程分成33%VO(或Vc)、60%VO(或Vc)、80%VO(或Vc)、90%VO(或Vc)四個等距離的勻速過程，如圖4-4所示。減速過程也分成同樣四段，只是順序相反而已。圖4-4加速的分解這樣我們整個開門或關(guān)門過程分成了十個速度階段，每個階段都分配一定的距離，當(dāng)門完成某一階段時，我們就改變PWM信號，給電機以下一階段的速度。除了第

56、一階段（電機剛啟動）和第十階段（等待門在終點停下），系統(tǒng)在每個階段都要監(jiān)視電機的速度，如果小于某一門限速度，就執(zhí)行倒轉(zhuǎn)運動。我們設(shè)定第二階段至第九階段的門限速度分別是：30%VO(或Vc)、50%VO(或Vc)、70%VO(或Vc)、80%VO(或Vc)、80%VO(或Vc)、70%VO(或Vc)、50%VO(或Vc)、30%VO(或Vc)。為了減少程序的計算量，事先我們把涉及到的各個速度對應(yīng)的的相關(guān)數(shù)據(jù)（如PWM寄存器PWDTY和PWPTY的值）燒入EPROM某段位置中，系統(tǒng)程序只需以查表的方式，就可以讀出它們。我們在RAM中開辟一個單元，用來存貯電機運動的狀態(tài)，如是否在運動，正常運動或倒轉(zhuǎn)

57、運動，開門或關(guān)門或保持開門，倒轉(zhuǎn)運動中的倒轉(zhuǎn)、保持、重新逼近三個階段等等。在RAM中，我們還定義了保持開門時間計數(shù)器OPENCNT，門位置存貯器POSITION，反饋速度存貯器SPEED等。系統(tǒng)主程序采用分時操作的方式，根據(jù)開門信號（來自傳感器、光電管、K&S鍵）和電機的上一狀態(tài)，發(fā)出本次操作指令，并更新電機狀態(tài)。然后CPU執(zhí)行其他程序，如控制面板的操作。循環(huán)一周后CPU再執(zhí)行電機程序。具體電機操作程序如圖5-11所示。（a）部分是門運動程序的主程序，（b）部分是正常運動中的一個子程序MOVING，（c）部分是倒轉(zhuǎn)運動的程序REVERSE。（a）(b)程序塊MOVING(c)程序RESERVE圖4-5電機操作程序流程圖4.2.2輸入捕捉程序在門的運動過程中，需要光電編碼器來測量電機的速度和位移，形成閉環(huán)控制。光電編碼器安裝在電機的從動輪上，每轉(zhuǎn)一圈，輸出256個脈沖。實際上，門的運動程序中，門的位移量是以編碼器輸出脈沖的個數(shù)作為單位。門的寬度就是門從開門起點運動到終點過程中，編碼器輸出的脈沖總數(shù)。測量光電編碼器脈沖周期，就得到門的速度信息。上一節(jié)說過，在開關(guān)門的第一階段至第九階段中，如果電機的速度小于門限速度，就執(zhí)行倒轉(zhuǎn)運動。判別條件反映到實際的程序中是，脈沖周期大于某個門限值。在臨