毕业设计-自动门控制系统.doc

自动检测技术课程设计

题 目： 自动门控制系统设计

系别: 电气工程与自动化系
专业: 自动化
班级:
学号：
姓名：

二O一 三 年 12 月 10 日

摘 要
本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。本文是关于自动门控制系统电路设计，使用红外线传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外线能量变化，将其转化为电信号，传给单片机。交流电机作为门驱动装置，通过单片机控制交流电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。
关键词：热释电红外线传感器、AT89C51、BIS0001芯片

1．设计的基本设计思路
1、有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门不远的时候时，安装在门上侧的热释红外线传感器信号检测装置检测到有人时，将启动电动机带动传动链开门。
2、无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门1N的范围内，将延迟1秒启动电动机带动传动链关门。
人体
信号
光学系统（菲涅尔透镜）
热释电红外
线传感器
信号
处理
自动门
控制电路
图1。1 设计总结构图
3、关门中途来人，立即开门。当启动电动机带动传动链关门时，感应探头突然检测到在离门1m的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机带动传动链开门。总体结构图如下图1.1：
2. 系统硬件设计
2.1 设计电路的框图和原理
红外自动门控制系统的硬件组成如图2.1所示。本系统主要由AT89C51单片机及其外围电路、红外检测电路，门行程检测电路、步进电机控制电路、故障检测电路、故障显示电路、控制方式切换电路等七部分组成。单片机循环检测红外检测电路和门行程检测电路输出信号，据此产生步进电机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应的控制方式。如门在关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开，当系统出现故障，进入故障处理程序。
系统硬件框图如图2.1所示：
2.2 BISS0001的内部：

AT89C51单片机
SRAM
红外线检测
门行程检测
故障检测
EPROM
电机电路控制
故障显示报警
控制方式切换
图2.1 红外线自动门控制系统硬件框图

下图2.2中，运算放大器OPl将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP1，OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COPl和ODP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号vs去启动延迟时间定时器，输出信号VO经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。

图2.2 热释红外传感器处理芯片
2.3驱动控制系统组成
使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如图2.3所示：

信号分配
脉冲信号

负载
步进电机
功率放大
图2.3 驱动控制系统方框图

步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下:
1) 反应式步进电动机控制换相顺序
步进电动机的通电换相顺序严格安照步进电动机的工作方式进行。通常我们把通电换相这—过程称为脉冲分配。三相六拍步进电机工作方式通电换相的正序是A-AB-B-BC-C-CA；反序为A-CA-C-BC-B-AB；共有八个通电状态P1口输出控制信号，0表示绕子通电，表示绕子断电，则可以用六个字来表示六个通电状态。这六个字表示如下表：
表2-1 通电状态
A
1
1
0
06H
AB
1
0
0
08H
B
1
0
1
09H
BC
0
0
1
01H
C
0
1
1
03H
CA
0
1
0
02H

2) 通电状态 P1.2(C) P1.1(B) P1.0(A) 控制字
3) 控制电路模型如图2.4所示：

P1.0
P1.1
P1.2
8051系列
单片机
A相驱动
A相驱动
A相驱动
图2.4控制电路模型

2.4斩波驱动
下面讲的是斩波恒流驱动的原理图。T1是一个高频开关管。T2开关管的发射极接一只小电阻只，电动机绕组的电流经这个电阻到地，所以这个电阻是电流取样电阻。比较器的一端接给定电压Uc，另一端接取样电阻上的压降，当取样电压为0时，比较器输出高电平。

图2.5 斩波恒流驱动电路原理图
当控制脉冲Ui为低电平时．T1和T2两个开关管均截止；当U1为高电平时，T1和T2两个开关管均导通，电源向绕组供电。由于绕组电感的作用，只上的电压逐渐升高，当超过给定电压Uc的值时,比较器输出低电平，使与门输出低电平、Tl截止，电源被切断；当取样电阻上的电压小于给定电压时，比较器输出高电乎，与门也输出高电平，T1又导通，电源又开始向绕组供电。这样反复循环，直到Ui为低电平。
2.5故障检测及显示
在故障检测电路中，配置了温度和速度传感器，用来监测电机的工作情况，从而实现电机过热保护和门运行障碍保护，同时还设置了电压监控电路，用于检测系统异常情况。检测电路首先将检测到的信号转换成电压，然后经单片机内部的户以转换器变成数字信号，单片机定期读取数据，一旦发现数据异常，即马上采取相应的紧急措施，向系统发出故障信号，系统停止工作，向故障显示电路发出指令，发出报警信号并显示故障类型。
2.6 门行程检测
门行程检测电路通过检测门行程开关的闭合情况来发送不同的信号，使电机改变转速，进而控制门运行的速度以提高运作效率，为了保护门不受到损害和保证门运行效率，在门行程检测电路中设置了四个行程开关。它们分别代表开门极限、程极限1、行程极限2、关门极限。门在开启过程中，分别经过慢速、加速、减速和停止四个过程，门的关闭过程则与上述过程相反。门运行到极限位置时，限位开关动作，单片机根据接收到响应的信号，改变电机运行速度。
2.7设计电路原理图

图2.6总电路图
参考文献
[1]《传感器及其应用》.张金铎 金欢阳名编著.西安电子科技大学出版社，2002.
[2]《传感器及其应用实例》.何希才编著.机械工业出版社.2003.
[3]《传感器的理论与设计基础及其应用》，单成祥 编著.国际工业出版社 .2002.
[4]《传感器技术与应用》.金庆发编著.机械工业出版社.1994.
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[6]《电子技术基础》康华光.陈大钦编著.高等教育出版社,1998.
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[8]《红外线探测与控制电路》. 陈永甫编著.北京：人民邮电出版社.2004.

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