基于a89c51單片機(jī)的自動門智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于a89c51單片機(jī)的自動門智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1智能建筑內(nèi)門控制系統(tǒng)與智能建筑的關(guān)系隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種方便的智能生活系統(tǒng)開始進(jìn)入人們的生活。自動門控制系統(tǒng)也逐漸向大型化、復(fù)雜化和智能化的方向發(fā)展,已成為賓館、超市、銀行等現(xiàn)代建筑所必備的,是建筑智能化水平的重要指標(biāo)之一。為了使這種自動門能夠越來越廣泛地被應(yīng)用,本文研究一種公用場合的平移式自動門控制系統(tǒng),根據(jù)人流狀況控制兩扇門的開合。2led系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心,統(tǒng)一控制紅外傳感器和步進(jìn)電機(jī),并通過機(jī)械直線運(yùn)動單元驅(qū)動玻璃門。在硬件上實(shí)現(xiàn)了LED系統(tǒng)報(bào)警顯示,人員進(jìn)出信號的采集與A/D轉(zhuǎn)換,監(jiān)控報(bào)警(“看門狗”技術(shù)),電機(jī)驅(qū)動控制以及光耦隔離技術(shù)。在軟件方面,主要采用匯編語言對單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。與此同時(shí),本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中,考慮到實(shí)用性及性價(jià)比,所采用的芯片和器件均為通用器件,因而整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)并不高,并且有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和良好的發(fā)展前景。3門硬件設(shè)計(jì)自動門智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,包括信號檢測及A/D轉(zhuǎn)換電路,時(shí)鐘電路,報(bào)警監(jiān)控(“看門狗”復(fù)位電路),進(jìn)出顯示電路,門驅(qū)動控制電路等組成。3.1at29c51溫度口采用可編程并行I/O擴(kuò)展接口芯片8255A進(jìn)行輸入和輸出口的擴(kuò)展,單片機(jī)采用線選法對8255A進(jìn)行尋址。單片機(jī)的P2口和P0口負(fù)責(zé)選址,P2口的P2.7接8255A的片選信號CS,P2.0及P2.1口接8255A的地址選擇線A0及Al。對于單片機(jī)來說,8255A的A,B,C口及控制口地址分別為7000H,7100H,7200H和7300H。整個(gè)P0口用于對8255A讀寫數(shù)據(jù)。8255A的復(fù)位端與單片機(jī)的復(fù)位端相連,都接在AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路上。8255A的讀選通與寫選通信號分別與單片機(jī)的P3.7和P3.6引腳相連。3.2a/d轉(zhuǎn)換電路在設(shè)計(jì)中,為了方便與AT89C51單片機(jī)的連接,本系統(tǒng)選用ADC0809芯片對采集到的進(jìn)出自動門的人員感應(yīng)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其分辨率為8位,不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整,且具有高阻抗斬波穩(wěn)定比較器,8個(gè)通道的多路開關(guān)可直接存取8個(gè)單端模擬信號中的一個(gè)。利用單片機(jī)寫啟動A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換結(jié)束后再由ADC0809向AT89C51發(fā)出中斷請求信號,CPU響應(yīng)中斷請求。通過對譯碼器的讀操作,讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并送到被測量的相應(yīng)存儲區(qū)。再重新選擇被測量,并再次啟動A/D轉(zhuǎn)換后中斷返回。其A/D轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。因?yàn)椴粩嘤腥藛T進(jìn)出自動門,傳感器采集信號的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)的處理速度,而且P0口是擴(kuò)展所需的復(fù)用口線,所以需要芯片74LS373來進(jìn)行信息的鎖存。同時(shí)ADC0809是8路模擬信號的轉(zhuǎn)換器,本系統(tǒng)僅用4路輸入即可完成對人員的進(jìn)出信息轉(zhuǎn)換,因此,由傳感器到INO-IN7的輸入僅有四路。3.3at293型led報(bào)警控制以顯示燈的方式給出。當(dāng)有人員進(jìn)出時(shí),若系統(tǒng)正常工作,顯示燈為綠色;若系統(tǒng)發(fā)生故障,顯示燈變?yōu)榧t色,此時(shí)不允許人員的進(jìn)出。由于系統(tǒng)中AT89C51本身的I/O口線資源緊張,要控制的閃光報(bào)警的LED數(shù)目較多,所以可采用擴(kuò)展一片74LS3778D鎖存器芯片,鎖存器輸出接8個(gè)LED。在電路中將共陰極LED發(fā)光二極管的陰極連接在一起,通常將此公共陰極接地,當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí),發(fā)光二極管點(diǎn)亮,這樣我們就可以控制是進(jìn)出燈亮還是報(bào)警燈亮。接口電路如圖3所示。3.4系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)利用單片機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)脈沖,經(jīng)專用環(huán)分芯片、光電隔離電路及驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。通過改變單片機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速,改變四相通電順序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)采用專用脈沖分配器8713芯片進(jìn)行通電換相的控制。8713有很多種,它們的功能一樣,可以互換,但考慮到性價(jià)比等問題,選用國產(chǎn)的5G8713。該芯片與單片機(jī)的接口如圖4所示。系統(tǒng)選用單時(shí)鐘輸入方式,各引腳狀態(tài)及實(shí)現(xiàn)的功能如下:①用P1.3和P1.4實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁模式的切換;②用CP脈沖(P1.5)的不同分配控制勵(lì)磁順序和通電方式;③用P1.2實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由于采用了專用脈沖分配器,單片機(jī)只需提供步進(jìn)脈沖、進(jìn)行速度控制和轉(zhuǎn)向控制、工作方式控制,脈沖分配的工作交給脈沖分配器自動完成,從而減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。由于電機(jī)的電源采用的是市電,而單片機(jī)的驅(qū)動控制信號較弱。所以為避免產(chǎn)生干擾,系統(tǒng)對外界的控制信號通過采用兩級隔離來完成,第一級是光電隔離,第二級是繼電器隔離,通過這兩極隔離可以將市電對電機(jī)驅(qū)動引起的干擾降低到最小程度。3.5人工復(fù)位門狗當(dāng)AT89C51受到干擾而失控時(shí),會引起程序跑飛而脫離用戶程序,導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常完成任務(wù)。例如:本系統(tǒng)如果出現(xiàn)程序跑飛,可能導(dǎo)致自動門的開合無法控制,報(bào)警與顯示燈無法正常顯示,這將給客戶帶來眾多不便。指令冗余和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫困境,這時(shí)系統(tǒng)將癱瘓。若工作人員在場,可按下人工復(fù)位按鈕,強(qiáng)制復(fù)位。但工作人員不可能一直監(jiān)視著系統(tǒng),即使監(jiān)視著系統(tǒng),也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。因此,設(shè)置可靠的“看門狗”是防止單片機(jī)死機(jī)、提高系統(tǒng)抗干擾性的一種重要手段。另外,“看門狗”電路還提供了掉電保護(hù)作用,避免了電源掉電時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失。在自動門智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,應(yīng)用強(qiáng)制復(fù)位硬件“看門狗”電路,其專用芯片采用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX690A作為“看門狗”的主體控制器件。其主要的電氣參數(shù)如表1所示。AT89C51與MAX690A的接口電路如圖5所示。合理設(shè)計(jì)R1、R2的值,使得+5V的電壓跌落到某電壓值(如4.5V),即PFI端的輸入電壓低于1.25V時(shí),PFO輸出低電平,作為CPU的中斷輸入信號通知單片機(jī),使之進(jìn)行一些必要的操作處理。R1,R2的選取為(公式代入):可取R1=1KΩ,R2=3.6KΩ,當(dāng)+5V的電壓跌落到4.5V時(shí),VR=0.25V,再繼續(xù)跌落,PFO引腳便為低電平。當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí),P3.4口定時(shí)改變WDI輸入端的電平,使看門狗電路不發(fā)出復(fù)位信號。當(dāng)由于某種嚴(yán)重干擾而使程序出現(xiàn)死循環(huán)時(shí),單片機(jī)將不能定期改變WDI端的電平,看門狗便會在1.6s后產(chǎn)生1個(gè)復(fù)位信號,使單片機(jī)復(fù)位。經(jīng)過200ms復(fù)位脈沖后,單片機(jī)復(fù)位結(jié)束,程序從00000H開始重新執(zhí)行,擺脫死循環(huán),保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖中設(shè)有手動復(fù)位按扭,由于MAX690A在系統(tǒng)上電時(shí)能自動產(chǎn)生復(fù)位信號,可使手動復(fù)位按扭復(fù)位時(shí)間小于200ms。4系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)的軟件程序主要可分為主程序和中斷服務(wù)程序組成。主程序模塊主要包括AT89C51本身的初始化,設(shè)置ADC0809、5G8713等的工作方式和初始狀態(tài),啟動A/D轉(zhuǎn)換等。主程序流程圖如圖6所示。系統(tǒng)功能分析如下:(1)系統(tǒng)工作流程分為兩種情況:有人員進(jìn)出和無人員進(jìn)出。當(dāng)有人要進(jìn)出時(shí),門接收到信號而自動打開;無人進(jìn)出時(shí),門是閉合的。即在初始狀態(tài)下,自動門是閉合的。(2)自動門的開合由控制信號和門限反饋信號兩者共同決定。接收到控制信號后,若此時(shí)的門狀態(tài)是開的,則不必驅(qū)動電機(jī),只要繼續(xù)保持開狀態(tài)即可;如若門的狀態(tài)是閉合的,則要驅(qū)動電機(jī)使門打開。(3)若沒有連續(xù)的人員進(jìn)出,則門的開合有一個(gè)最低限度的延時(shí),即人員通過后,在過8秒鐘門自動閉合。(4)在系統(tǒng)中完成顯示與報(bào)警功能。當(dāng)門打開時(shí),顯示燈為綠色,表示人員可以進(jìn)出;若是系統(tǒng)發(fā)生故障,自動門無法正常開合時(shí),顯示燈變?yōu)榧t色。5系統(tǒng)故障顯示本系統(tǒng)在開發(fā)過程中,結(jié)合了信號技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及電機(jī)控制技術(shù)等,并在匯編語言的基礎(chǔ)上完成該設(shè)計(jì)。其主要特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠且成本相對比較低。并且在功能上也達(dá)到了較為滿意的效果,實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出顯示,系統(tǒng)故障報(bào)警顯示,特別是采用了硬件看門狗定時(shí)監(jiān)控技術(shù),便于在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)通知相關(guān)工作人員到場檢修,基本實(shí)現(xiàn)了自動門的智能控制。本設(shè)