基于单片机的自动门控制新版系统.doc

基于单片机自动门控制系统 班 级：120406 学 号：4310 姓 名：李强 指引教师：郭昕刚 设计时间：12月15-12月19日基于单片机自动门控制系统摘 要随着社会发展、科技进步以及人们生活水平逐渐提高，自动门开始进入人们寻常生活，成为宾馆、超市、银行等当代建筑所必备之物，是建筑智能化水平重要指标之一。它具备美观大方、防风、防尘、减少噪音等长处，同步以便了人们出入，也以便了管理，增强了安全。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步成果。它更让人类懂得，数字时代发展将变化人类生活，将加快科学技术发展。控制系统是自动门心脏，也是衡量其设计制造水平重要指标，同步自动门控制系统逐渐向大型化、复杂化和智能化方向发展。本设计重要应用单片机8051作为控制核心，直流电机、热释电型红外传感器等相结合系统。它充分发挥了单片机性能，其长处硬件电路简朴，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具备一定使用和参照价值。核心词：自动门；单片机；控制；热释电红外传感器The Automatic Door Control System Based On SCMAbstractAlong with societys development，the technical progress as well as the people living standards gradual enhancement，automatic valve starts to enter peoples life. It is not only indispensable for hotels，supermarkets，banks and other modern architecture，but also become an important indicator of the level of construction of intelligent. There is beautiful，generous,windbreak，dustproof，lower noise. Meanwhile it is convenient for people to access. And it facilitate the management，enhance the safety. Its usable，he function is complete，the technological advance，causes the people to believe that this is the advance in technology achievement. It lets the humanity understand that Digital Ages development will change humanitys life，will speed up the science and technology the development. Automatic control system is the heart of the design，and the measure of the important indexes，the manufacture level. Also，it gradually toward large-scale，complicated and intelligent direction.This design mainly 8052 takes the control core using the monolithic integrated circuit，direct current system which the electrical machinery，the pyroelectric infrared sensor，the potentiometer unify. Has displayed monolithic integrated circuits performance fully. Its merit hardware circuit is simple，the software function is perfect，the control system is reliable，the performance-to-price ratio higher characteristic，has certain use and the reference value.Keyword：automatic door;SCM;control;PIRS目录1绪论.11.1 自动门发展历史.11.2 单片机发展及89C51系列运用.11.3 红外探测技术发展.22系统总体方案.32.1 系统总体规划.32.2器件简介.42.2.1 单片机.42.2.2热释电红外传感器.103 硬件设计.113.1 基本单片机系统.113.2 红外检测电路.123.2.1 放大信号电路.133.3 电动机电路.154控制系统软件设计.164.1 主程序流程图.174.2调试.174.2.1 硬件调试.174.2.2 软件调试.185总结与展望.19道谢.20参照文献.21附录I 总电路图.221绪论1.1 自动门发展历史自动门从理论上理解应当是门概念延伸，是门功能依照人需要所进行发展和完善。自动门是指：可以将人接近门动作（或将某种入门授权）辨以为开门信号控制单元，通过驱动系统将门启动,在人离开后再将门自动关闭，并对启动和关闭过程实现控制系统。 自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年后来。二十年代后期，美国超级市场开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼正门也开始使用了。到了1962年，电气式己开始浮现，之后随着着都市建设，自动门技术领域每年都在增长。当时，用供应建筑物用电源进行电动机速度控制很难，只得进行油压、空压速度控制，转换但因能源运用效率很低，然而随着着电气控制技术发展，当前电气控制技术已经成熟，直接控制电动机电气式自动门逐渐成为主流。例如：各种用可辨认控制自动专用门，如：感应自动门(红外感应，微波感应，触摸感应，脚踏感应)、刷卡自动门等。 21世纪今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同步还突出了建筑艺术理念，强调门与建筑以及周边环境整体协调、和谐。门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善过程中，涌现出大批独具规模专业制造商。门高档形式-自动门来源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细自动门家族。1.2 单片机发展及89C51系列运用担任本设计解决某些是89c52单片机（89C51系列）.当前单片机渗入到咱们生活各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机踪迹。导弹导航装置，飞机上各种仪表控制，计算机网络通讯与数据传播，工业自动化过程实时控制和数据解决，广泛使用各种智能IC卡，民用豪华轿车安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。随着半导体集成工艺不断发展，单片机集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中佼佼者，加之Intel公司将其MCS 51系列中80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多知名IC制造厂商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容基本上改进了80C51许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持、发展出上百品种人们族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展主流。专家以为，虽然世界上MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表白，80C51也许最后形成事实上原则MCU芯片。 STC89C51RC系列单片机是宏晶科技出新一代高速/低功耗/超强抗干扰单片机，指令代码完全兼容老式8051单片机，12时钟/机器和6时钟/机器可选，HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。89C52与89C51区别在于51程序空间为4K字节，而52程序空间为8K字节，别的性能与构造相似。本论文以89C51RC系列来讲述。1.3 红外探测技术发展红外探测技术在军事技术、工业控制、安全保卫、家用电器以及人们寻常生活等诸多领域中均有着非常广泛应用,而某些教学实验测控系统也在教学中发挥了很大作用。红外探测技术运用红外光波(又称红外线)作为载波来传送测量信号或者控制指令,例如红外遥控电视开关、红外报警器、自动玻璃门等。之因此采用红外光波作为测控光源,是由于红外发射器件与红外接受器件发光与受光峰值波长普通为0.88m0.94m,落在近红外波段内,并且两者光谱正好重和可以较好地匹配,可获得较高传播效率及较高可靠性。红外测控系统普通涉及发射、接受以及解决某些。在本设计中，红外线探测器中热电元件检测人体存在或移动，并把热电元件输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生波形时，才输出检测信号。例如，在两个不同频率范畴内放大电压信号，且将被放大信号用于鉴别由人体引起信号。2系统总体方案本章环绕系统总体设计，简介系统构成框图、主控芯片单片机内部硬件资源及其接口技术、整个自动门系统所用到其他IC简介。2.1 系统总体规划本系统重要由单片机及其外围电路、红外检测电路、直流电机控制电路等构成。正常工作时,单片机循环检测红外检测电路输出信号，据此产生直流电机控制信号，电动机带动门运营，当系统检测到控制方式发生变化时，系统进入相应式。如门在控制方关门过程中遇到人或其她障碍物时门无条件朝相反方向打开。其原理方框图如2-1所示。 图2-1 原理方框图2.2器件简介 2.2.1 单片机单片机解决模块某些选用芯片为89C52RC，属于89C51RC系列。选用STC单片机理由：减少成本，提高性能，原有程序直接使用,硬件无需改动。使产品更小，更轻,功耗更低用STC提供专用工具可很容易将2进制代码、16进制代码下载进STC有关单片机。 图2-2 89C52RC引脚图如图2-2为89C52RC引脚图；各引脚功能如表2-1。表2-1 89C52RC引脚功能管脚管脚编号阐明LQFP44PDIP40PLCC44P0.0 P0.737-3039-324336P0:P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一种8位准双向口，上电复位后处在开漏模式。P0口内部无上拉电阻，因此作I/O口必要外接10K-4.7K上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0A7，数据线D0D7，此时无需外接上拉电阻。P 1.0/T2401 2P 1.0原则I/O口 PORT 0T2定期器/计数器2外部输入P1. 1/T2EX4123P . 原则I/O口 PORT 1T2EX定期器/计数器2捕获/重装方式触发控制P 1.24234原则I/O口 PORT 2P 1.34345原则I/O口 PORT 3P 1.44456原则I/O口 PORT 4P 1.5 167原则I/O口 PORT 5P 1.6278原则I/O口 PORT 6P 1.7389原则I/O口 PORT 7P2.0 P2.7 18-2521 -2824-3Port2：P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用(A8 A 5)。当P2口作为输入/输出口时，P2是一个8位准双向口。P3.0/RxD5 10 11P3.0原则I/O口 PORT30RxD串口1数据接受端P3.1 /TxD7 11 3P3.1 原则I/O口 PORT31TxD串口1数据发送端P3.2/INT08 12 14P3.2原则I/O口 PORT32INT0外部中断0,下降沿中断或低电平中断P3.3/INT 9 13 15P3.3原则I/O口 PORT33INT 外部中断1,下降沿中断或低电平中断续表2-1 89C52RC引脚功能引脚功能P3.4/T0 1014 16P3.4原则I/O口 PORT34T0定期器/计数器0外部输入P3.5/T 11 15 17P3.5原则I/O口 PORT35T1 定期器/计数器1外部输入P3.6/WR 12 16 18P3.6原则I/O口 PORT36WR#外部数据存储器写脉冲P3.7/RD131719P3.7原则I/O口 PORT37RD#外部数据存储器读脉冲P4.0 1723P4.0原则I/O口 PORT40P4.1 2834P4.1 原则I/O口 PORT41P4.2/INT3#391 P4.2原则I/O口 PORT42INT3#外部中断3，下降沿中断或低电平中断P4.3/INT2#6 12P4.3原则I/O口 PORT43INT3#外部中断2，下降沿中断或低电平中断P4.4/PSEN#262932P4.4原则I/O口 PORT44PSEN#外部程序存储器选通信号输出引脚P4.5/ALE273033P4.5原则I/O口 PORT45ALE地址锁存容许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚P4.6/EA#2931 35P4.6原则I/O口 PORT46EA#内外存储器选引脚RST49 10RST复位脚XTAL1 15 1921 内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振一种引脚。当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源输入端。XTAL2 14 1820内部时钟电路反相放大器输出端，接外部晶振另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入时钟进行输出。VCC384044电源正极Gnd 162022电源负极，接地1 时钟电路STC89C52内部有一种用于构成振荡器高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式时钟电路如图2-3(a) 所示，在RXD和TXD引脚上外接定期元件，内部振荡器就产生自激振荡。定期元件普通采用石英晶体和电容构成并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选取，电容值在530pF之间选取，电容值大小可对频率起微调作用。外部方式时钟电路如图2-3（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊规定，只规定保证脉冲宽度，普通采用频率低于12MHz方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一种两相时钟P1和P2，供单片机使用。(a)内部方式时钟电路 (b)外部方式时钟电路图2-3时钟电路2 复位及复位电路A 复位操作复位是单片机初始化操作。其重要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统正常初始化之外，当由于程序运营出错或操作错误使系统处在死锁状态时，为挣脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其她某些寄存器有影响，它们复位状态如表2-2所示。表2-2 某些寄存器复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00HB 复位信号及其产生RST引脚是复位信号输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz晶振，则复位信号持续时间应超过4us才干完毕复位操作。产生复位信号电路逻辑如图2-4所示图2-4复位信号电路逻辑图整个复位电路涉及芯片内、外两某些。外部电路产生复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期S5P2时刻对施密特触发器输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路电容充电来实现，其电路如图2-5（a）所示。这佯，只要电源Vcc上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现，其电路如图2-5（b）所示；而按键脉冲复位则是运用RC微分电路产生正脉冲来实现。其电路如图2-5（c）所示： (a)上电复位 (b)按键电平复位 (c)按键脉冲复位图2-5复位电路上述电路图中电阻、电容参数合用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间不不大于2个机器周期。本系统复位电路采用图2-5（b）上电复位方式。2.2.2热释电红外传感器热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理热电型红外传感器。不同是热释电红外传感器热电系数远远高于热电偶，其内部热电元由高热电系数铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口构成，其极化随温度变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生干扰 该传感器在工艺上将两个特性一致热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在构造上引入场效应管目在于完毕阻抗变换。由于热电元输出是电荷信号，并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104，故引入沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完毕阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三某些构成。设计时应将高热电材料制成一定厚度薄片，并在它两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化电压是有极性，因而极化后探测元也是有正、负极性。人体均有恒定体温，普通在37度，因此会发出特定波长10UM左右红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射10UM左右红外线而进行工作。人体发射10UM左右红外线通过菲泥尔滤光片增强后汇集到红外感应源上。红外感应源普通采用热释电元件，这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测解决后就能产生信号。1D脚 2S脚 3G脚图2-6热释电红外传感器内部构造图2-6是一种双探测元热释电红外传感器构造示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致探测元串接在一起，目是消除因环境和自身变化引起干扰。它运用两个极性相反、大小相等干扰信号在内部互相抵消原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元高热电材料是一种广谱材料，它探测波长范畴为0220m。为了对某一波长范畴红外辐射有较高敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了容许某些波长范畴红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外。3硬件设计3.1 基本单片机系统这是自动门系统控制核心， 普通状况下以单片机片内基本硬件资源为主,，有必要时再扩展某些外部器件.。在本设计中需要完毕控制比较简朴，以单片机片内基本硬件资源完全可以实现， 因而不需扩展。其单片机电路图如图3-1。 图3-1 单片机电路图3.2 红外检测电路红外检测电路重要由热释电红外传感器和检测放大电路构成，核心元件是热释电红外传感器，它能以非接触形式检测人体辐射出红外线能量变化,并将此变化转化为电压信号输出。不需要红外线和电磁波发射源以及各种积极接触开关由于敏感元件输出电压极薄弱且其阻抗很高，故在传感器内部设有场效应管及偏置厚膜电阻，从而构成信号放大及阻抗变换电路，普通热释电红外传感器自身接受敏捷度较低，检测距离仅2m 左右。当有人接近自动门时,被热释电红外传感器接受下来，并将其转换成信号，经检测放大电路内部放大等解决后输出给单片机。其热电释红外检测电路如图3-2所示。图3-2热电释红外检测电路3.2.1 放大信号电路LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图3-3所示。它内部包括四组形式完全相似运算放大器，除电源共用外，四组运放互相独立。每一组运算放大器可用图3-3（1）所示符号来表达，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表达运放输出端Vo信号与该输入端相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表达运放输出端Vo信号与该输入端相位相似。lm324引脚图见图3-3（2）。 当去掉运放反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上以为运放开环放大倍数也为无穷大(事实上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便形成一种电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。图3-4中使用两个运放构成一种电压上下限比较器，电阻R1、R1构成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2构成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同步加到A1正输入端和A2负输入端之间，当Ui U1时，运放A1输出高电平；当Ui U2，则当输入电压Ui越出U2，U1区间范畴时，LED点亮，这便是一种电压双限批示器。若选取U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间范畴时，LED点亮，这是一种“窗口”电压批示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量双限检测、短路、断路报警等。3.3 电动机电路所选用电动机为普通直流电机，在单片机控制下，可接一种电机驱动芯片或者通过其她某些原件可使电机转动。本文为了设计简朴，采用其她方式代替了电路驱动芯片。电动机电路图如图3-5所示。图3-5 电动机电路图4控制系统软件设计本系统软件设计面向硬件，选用C语言编程。最重要某些是单片机控制电机转动(涉及正转反转)和时间延迟。4.1 主程序流程图图4-1主程序流程图4.2调试4.2.1 硬件调试一方面，在Protel中画出电路原理图，并绘制出PCB板接线图。接着依照PCB板接线图实物制作。在制作过程中，事先依照元件大小排版布局，以单片机为中心，从简朴.线路少元件开始着手,环绕单片机把所有元件焊接完毕.最后，焊接完毕之后需要检查调试。一方面通电观测电路板与否有异常，普通观测是有无因接错产生短路而使电路冒烟，发热过高而使电路发烫甚至烧毁电路。 如果浮现异常现象，应及时关断电源，待排除故障后再通电重新检测。在第一步检测完毕无异常后，再输入信号，用万用表进行数据检测。再与原始数据对比,通过比较检查出浮现错误某些，再进行修改调试，直到未发现漏洞。通过调试，保证硬件接线合理安全，电路完整可以达到运营原则。4.2.2 软件调试一方面，并不是把编号程序直接烧进单片机，而先用Keil C51编译器进行调试。在使用Keil C51编译器时,对工程成功地进行编译（汇编）、连接后来，在主菜单中打开“调试”栏，点击“开始/停止调试模式”，即可进入软件模仿仿真调试状态，Keil C51内建了一种仿真CPU用来模仿执行程序，该仿真CPU功能非常强大，可以在没有硬件和仿真器状况下进行程序调试，但是在时序上，软件模仿仿真是达不到硬件时序。进入调试状态后，“调试”栏菜单项中本来不能用命令当前已经可以使用了。调试程序看与否能仿真，如果运营正常再将在Keil C51编译器中调试好程序烧写至单片机。在接上电源时，观测整体电路与否按照预测设计运作，电机与否正转，电机与否反转等。可依照电路运营状况推测出程序出错某些，修改程序后再通过Keil C51编译器调试后烧到单片机，重复检测直到能工作完全正常。5总结与展望本次课程设计经历了1个星期，我从中学到了许多。从最开始收集资料，购买元器件，中间电路板焊接，程序设计，到最后调试。这些都使我学到了好多，成长了好多。通过查找各种资料，将大学所学到东西结合在一起，运用所学知识将知识变为实际，在调试过程培养了我坚持能力，打磨了我性格。这次经历不但仅扩充了我知识面，培养了动手能力，还教会了我如何做好一件事办法。课程设计过程中让我更系统复习了大学所学知识，培养了耐心和毅力。虽然在这中间走过许多歪路，遇到诸多失败，但是坚持下来收获是胜利微笑。本次设计为单片机自动门控制系统,重要应用单片机8052作为控制核心，直流电机、热释电型红外传感器等相结合系统。这个系统软硬件设计简朴，易于开发，加之价格低廉，安全可靠，操作以便，应而应用前景辽阔，适合于对电子设计制作感兴趣学者动手试一试。道谢在本次课程设计中，遇到了许多问题，幸亏有教师悉心指引，同窗协助，最后可以完毕本次课程设计，给本次设计过程画上一种完美句号。我非常感谢我指引教师对我监督指引，感谢教师勉励和引导，我会铭记教师教诲。通过本次课程设计让我明白实践是检查真理唯一途径，只有通过实践检查，才干检查平时所讲理论对的与否，只懂得理论知识却没通过实践，是不也许完全掌握其精华所在。通过这次课程设计让我明白了动手重要性，在动手过程中掌握理论这样才干记得更牢，理解更透彻。感谢学校提供这个动手学习机会！参照文献1 马争、汪亚南. 微计算机与单片机原理及应用M. 高等教诲出版社，2 林立、张俊亮、曹旭东、刘得军.单片机原理及应用M.电子工业出版社，3 肖俊峰、郑小琴.一种红外线自动门单片机控制系统J.门窗,(10).4 吴英才、林华清.热释电红外传感器在防盗系统中应用J.传感器技术,(7):121-124.5 于洋、葛斌、苏晓鹭.基于单片机技术自动门智能控制系统J.计算机系统应用,(4)：15-18.附录I 总电路图