基于單片機(jī)的遙控開(kāi)門(mén)裝置

PAGE52012年江西省高校大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽基于單片機(jī)控制的遙控開(kāi)門(mén)裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)參賽者：指導(dǎo)教師：參賽單位：南昌航空大學(xué)二0一二年五月基于單片機(jī)控制的遙控開(kāi)門(mén)裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)者：~~~~~~~~~~~~~~~~~~指導(dǎo)老師：~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~參賽單位：南昌航空大學(xué)摘要：立足于生活中的小細(xì)節(jié)，以生活為行動(dòng)基礎(chǔ)來(lái)為人們提供方便。設(shè)計(jì)在寢室內(nèi)使用的遙控開(kāi)門(mén)裝置。該裝置制作簡(jiǎn)單、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；遙控；寢室；開(kāi)門(mén)1研究背景及意義隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們的生活節(jié)奏也日愈加快，在這個(gè)快節(jié)奏的時(shí)代里，任何影響生活節(jié)奏的事都會(huì)逐漸被取代。而大學(xué)寢室更在大學(xué)里生活得最久，陪伴大學(xué)四年，同時(shí)也是最貼近生活，最能表現(xiàn)個(gè)人生活特色的地方。在寢室手動(dòng)開(kāi)門(mén)就成了一個(gè)非常頭疼的事！每每在有人敲門(mén)時(shí)，要放下手中的事來(lái)手動(dòng)開(kāi)門(mén)。這給學(xué)生帶來(lái)很多不必要的麻煩。這時(shí)一種不要走到門(mén)前的遙控開(kāi)門(mén)裝置就很需要了。圖1圖2圖3現(xiàn)如今寢室大多為擰轉(zhuǎn)式鎖（圖1）。旋轉(zhuǎn)鎖芯（圖2）實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)鎖栓（圖3）開(kāi)門(mén)的同時(shí)將帶動(dòng)一個(gè)彈簧旋轉(zhuǎn)，鎖芯旋轉(zhuǎn)大約90度后，達(dá)到開(kāi)門(mén)效果，并同時(shí)固定鎖栓；關(guān)門(mén)時(shí)靠彈簧的扭力將鎖栓彈出達(dá)到自動(dòng)鎖門(mén)的功能。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科技工作者申請(qǐng)了大量的自動(dòng)開(kāi)門(mén)專利，但大多適用于各種庭院門(mén)、柵欄門(mén)、別墅門(mén)等，對(duì)于學(xué)生宿舍這種普通旋轉(zhuǎn)式門(mén)鎖的自動(dòng)開(kāi)關(guān)研究甚少。該裝置可實(shí)現(xiàn)在寢室范圍內(nèi)用遙控器控制電路，帶動(dòng)鎖芯實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)，并在開(kāi)門(mén)后電路能夠自動(dòng)斷開(kāi)回到未開(kāi)門(mén)狀態(tài)，以此保護(hù)電機(jī)和控制裝置。2設(shè)計(jì)方案為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作簡(jiǎn)單方便，設(shè)備要求由電路控制，而且電路開(kāi)關(guān)應(yīng)該隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而閉合或斷開(kāi)；為了保證設(shè)備使用安全和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，設(shè)備要求電池電壓不能大于36V，電路設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單，接線口應(yīng)接觸良好；為了設(shè)備固定方便，齒輪應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小。4電路分析紅外遙控是目前使用最廣泛的一種遙控手段。紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低、不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備的特點(diǎn)。由于其無(wú)法穿透墻壁，遙控距離可達(dá)8米，且不會(huì)產(chǎn)生相互干擾，故室內(nèi)遙控控制的電器絕大數(shù)采用紅外線遙控，紅外線遙控用在室內(nèi)遙控開(kāi)門(mén)裝置上相當(dāng)合適。電路：5V穩(wěn)壓電路，紅外發(fā)射電路，紅外接收電路，單片機(jī)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，和聲音提示電路。4.1電源電路單片機(jī)需5V穩(wěn)定電源，電機(jī)直接用電池電壓（12.6V）4.2發(fā)射電路為減小制做難度和減小功耗我們采用現(xiàn)成的遙控發(fā)射裝置，該遙控發(fā)射器為NEC編碼格式（如圖6）。圖6該遙控器體積小、功耗低、成本低、且可實(shí)現(xiàn)多路遙控，沒(méi)必要再自己設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)射電路。4.3接收電路采用紅外接收一體頭接收，STC89C52解碼（信號(hào)由外部中斷口INIT0(P3.2）輸入）。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。都有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負(fù)（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來(lái)如同一只三極管，非常方便。使用時(shí)應(yīng)注意紅外接收頭的載波頻率。外形及引腳排列如圖所示。4.4單片機(jī)電路：STCC89C52單片機(jī)的作用是解碼，控制蜂鳴器的鳴響提示，給l293信號(hào)以控制電機(jī)的啟停。4.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、啟停。4.6聲音提示電路：5單片機(jī)程序設(shè)計(jì)用到的STC89C52單片機(jī)引腳有P0.0（蜂鳴器控制），P1.1（位置開(kāi)關(guān)），P3.2(INIT0紅外一體接收頭信號(hào)輸入），P2.6（電機(jī)控制）當(dāng)遙控器發(fā)出信號(hào)后，紅外一體接收頭將接收到的信號(hào)輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼后，若為“0”鍵（鍵值16H）則驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)蜂鳴器短鳴；當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)到位后會(huì)將位置開(kāi)關(guān)按下（接地）），單片機(jī)檢測(cè)到位置開(kāi)關(guān)輸入的電平信號(hào)為0時(shí)就控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)蜂鳴器短鳴；若2.5秒后位置開(kāi)關(guān)未來(lái)被按下（即轉(zhuǎn)盤(pán)未到位），則電機(jī)停轉(zhuǎn)，蜂鳴器長(zhǎng)鳴程序如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definedelayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};voiddelay(ucharx);//x*0.14MSvoiddelay1(intms);voidbeep();sbitIRIN=P3^2;//紅外接收器數(shù)據(jù)線sbitBEEP=P0^0;//蜂鳴器驅(qū)動(dòng)線sbitmoff=P1^0;//位置開(kāi)關(guān)sbitin3=P2^6; //電機(jī)控制uinti,j,k;ucharIRCOM[7];main(){IRIN=1;//I/O口初始化BEEP=1;delay1(10);//延時(shí) IE=0x81;//允許總中斷中斷,使能INT0外部中斷 TCON=0x01;//觸發(fā)方式為脈沖負(fù)邊沿觸發(fā)while(1) ;}//endmain/**********************************************************/voidIR_IN()interrupt0using0{unsignedcharj,k,N=0;EX0=0; delay(15); if(IRIN==1){EX0=1; return; }//確認(rèn)IR信號(hào)出現(xiàn)while(!IRIN)//等IR變?yōu)楦唠娖?，跳過(guò)9ms的前導(dǎo)低電平信號(hào)。{delay(1);}for(j=0;j<4;j++)//收集四組數(shù)據(jù){for(k=0;k<8;k++)//每組數(shù)據(jù)有8位{while(IRIN)//等IR變?yōu)榈碗娖?，跳過(guò)4.5ms的前導(dǎo)高電平信號(hào)。{delay(1);}while(!IRIN)//等IR變?yōu)楦唠娖絳delay(1);}while(IRIN)//計(jì)算IR高電平時(shí)長(zhǎng){delay(1);N++;if(N>=30) {EX0=1; return;}//0.14ms計(jì)數(shù)過(guò)長(zhǎng)自動(dòng)離開(kāi)。}//高電平計(jì)數(shù)完畢IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1;//數(shù)據(jù)最高位補(bǔ)“0”if(N>=8){IRCOM[j]=IRCOM[j]|0x80;}//數(shù)據(jù)最高位補(bǔ)“1”N=0;}//endfork}//endforjif(IRCOM[2]!=~IRCOM[3]){EX0=1;return;} /***********************/ if(IRCOM[2]==0x16) { in3=0; beep(); while(1) { if(moff==0) { in3=1; beep(); break; } /******************計(jì)時(shí)********************/ i++; if(i==50) { i=0; j++; } if(j==50) { j=0; k++; } if(k==50) //若2.5秒后轉(zhuǎn)盤(pán)還未到位，蜂鳴器長(zhǎng)鳴，電機(jī)停轉(zhuǎn)，防止電機(jī)燒毀 { k=0; in3=1; beep(); beep(); beep(); beep(); break; } } } EX0=1;}/**********************************************************/voidbeep(){unsignedchari;for(i=0;i<100;i++){delay(4);BEEP=!BEEP;//BEEP取反}BEEP=1;//關(guān)閉蜂鳴器}/**********************************************************/voiddelay(unsignedcharx)//x*0.14MS{unsignedchari;while(x--){for(i=0;i<13;i++){}}}/**********************************************************/voiddelay1(intms){unsignedchary;while(ms--){for(y=0;y<250;y++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}}6工作原理及性能分析6.1工作原理由發(fā)射器（遙控器）發(fā)射紅外線信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)接收器接收紅外線信號(hào)后，控制電路的閉合，從而使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一對(duì)錐齒輪，使防盜門(mén)鎖芯轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到開(kāi)門(mén)的目的。當(dāng)門(mén)打開(kāi)后，單片機(jī)接到電信號(hào)，使電路斷開(kāi)，以此保護(hù)單片機(jī)和電機(jī)。6.1.1當(dāng)按下無(wú)線遙控器（如圖7）上的“確定”鍵，遙控器發(fā)出紅外線信號(hào)圖76.6.2固定在控制電路板上的接收器接收紅外線信號(hào),電路閉合，固定在防盜門(mén)上的電源開(kāi)始供電。（如圖8）圖86.6.4使得減速電機(jī)（如圖9）開(kāi)始工作，減速電機(jī)由電機(jī)固定架固定在門(mén)上。圖96.6.5帶動(dòng)錐齒輪變速傳動(dòng)裝置（如圖10）的轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪固定在減速電機(jī)出軸上，大齒輪固定在鎖芯上。圖106.6.6扭轉(zhuǎn)鎖芯（如圖11），從而擰開(kāi)防盜門(mén)。圖116.6.7當(dāng)固定在大錐齒輪上的觸片恰好碰觸單片機(jī)控制電路上的斷開(kāi)裝置瞬間（如圖12），電路自動(dòng)斷開(kāi)，減速電機(jī)停止工作。圖126.6.8此時(shí)，壓簧彈開(kāi)防盜門(mén)（如圖13）即可達(dá)到開(kāi)啟門(mén)的目的。圖136.6.9當(dāng)防盜門(mén)關(guān)閉時(shí)，鎖芯自動(dòng)回到未開(kāi)啟狀態(tài)，將防盜門(mén)鎖住。6.2性能分析：紅外線無(wú)線遙控器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是室內(nèi)遙控的優(yōu)先遙控方式，并且可控范圍在十米以內(nèi)，足以滿足學(xué)生宿舍的需求。單片機(jī)控制電路具有可操作性強(qiáng)，反應(yīng)迅速，靈活，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，且隨時(shí)可以修改程序。減速電機(jī)：具有減速的作用，同時(shí)，電機(jī)減速帶來(lái)的卻是大轉(zhuǎn)矩，正是開(kāi)啟防盜門(mén)鎖芯所需大力矩的最佳選擇。錐齒輪傳動(dòng)裝置：由兩個(gè)錐齒輪組成，并且錐齒輪傳動(dòng)是用來(lái)傳遞兩相交軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，最重要的一點(diǎn)是錐齒輪可用于兩個(gè)互相垂直的軸的傳動(dòng)，而一般圓柱齒輪只能用于平行軸，這也是本產(chǎn)品選用錐齒輪的重要依據(jù)。其中小齒輪固定在馬達(dá)的出軸上，大齒輪固定在鎖芯上，兩齒輪的傳速比為：3：1。遠(yuǎn)程遙控開(kāi)門(mén)裝置是機(jī)械技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品，將單片機(jī)的信息處理功能與控制功能融合在齒輪裝置上。該裝置可實(shí)現(xiàn)在寢室范圍內(nèi)要無(wú)線遙控控制開(kāi)啟防盜門(mén)，并且在門(mén)栓開(kāi)啟的瞬間，自動(dòng)斷開(kāi)電路，當(dāng)防盜門(mén)關(guān)上，鎖芯自動(dòng)回到未開(kāi)啟狀態(tài)。7創(chuàng)新點(diǎn)立足于生活中的小細(xì)節(jié)，以生活為行動(dòng)基礎(chǔ)來(lái)為人們提供方便。巧妙利用單片機(jī)控制機(jī)齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)效果。產(chǎn)品制作簡(jiǎn)單，操作方便。1、利用錐齒輪傳動(dòng)改變動(dòng)力方向使得開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)做到了簡(jiǎn)單、有效；2、利用單片機(jī)解碼，到位后則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，若一定時(shí)間后鎖芯未到位則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)；3、產(chǎn)品零件簡(jiǎn)單易得，價(jià)格低廉。8產(chǎn)品不足及改進(jìn)1、不夠美觀；2、關(guān)門(mén)阻力大。9參考文獻(xiàn)9.1.馮開(kāi)平，左宗義主編?！懂?huà)法幾何與