红外感应开关门设计.doc

控制工程学院电力电子系统设计II

电力电子系统设计II
设计报告

红外感应自动门控制系统
班级：
专业：
设计人（学号）：

完成日期： 2015年1月2日

一、 设计目的：
自动门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。
二、 设计任务：
设计一个有红外感应，当人来时自动打开，人离开后自动关闭的红外感应门控制系统。
三、设计要求：
四、系统方案设计：
1、系统总体设计：
系统框图、设计思路和工作原理。
本系统主要由单片机及其外围电路、红外检测电路、步进电机控制电路等组成。正常工作时,单片机循环检测红外检测电路输出信号，据此产生电动机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应式。如门在的控制方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。其原理方框图如2.1所示。

图2.1 原理方框图
硬件总体逻辑设计:
感应自动门的种类很多，在此，仅以平移型感应自动门作为设计的重点。首先，平移式自动门机组由以下部件组成
（1） 主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。
（2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号。
（3） 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。
当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：
感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，步带转动一段时间后，马达反转，自动门关闭[6]。
2硬件设计与分析：
分析整个电路的工作原理和实现的功能（按摸块化设计）。
提交详细的硬件电气原理图。
2.1红外感应开关电路
该模块由电源电路、红外发射电路、红外接受电路、脉冲放大与整形电路、延时电路、驱动电路、继电输出控制电路。
1、 电源电路：模块工作电压5.0V—12.0V均可，一般采用外部5V电源供电。LED1为电源指示灯，C1、C2为滤波电容。R2与C7及R6和C4构成退耦滤波电路，为红外线接收放大电路供电
2、 红外发射电路：U1E、U1F、R1、R3、C3组成多谐振荡器，产生的震荡脉冲经过R4驱动VT1，使红外发射二极管HT1不断发射红外脉冲。
3、 红外接收电路HR1和R8构成还能国外接受电路，HR1为红外接收二极管，它的反向电阻随红外光照的增加而减少，从而使R8的分压发生相应的变化，将接收到的红外光信号转变为电信号，通过C5送到红外放大电路进行放大。
4、 红外信号放大电路：VT2和VT3组成二级红外放大电路，把接收到的微弱红外信号进行放大，其中VT2的偏置可调电阻RP1可以调节接受灵敏度。
5、 脉冲整流电路：经放大后的信号送入U1B和U1B进行整流，把不规则的信号转变为矩形脉冲，便于延时触发电路能够稳定工作。
6、 延时电路：当接收到足够强度的红外信号时，整流电路便会输出矩形脉冲，矩形脉冲的高电平将使开关二极管D1导通，使C8两端的电压迅速上升变为高电平，C8的放电电阻为R13和RP2，即使接收到的红外信号过去了，C8依然会保持一段时间的高电平，调节RP2可以调节保持高点盘点时间的长短，即调节触发延时时间。
7、 驱动电路：U1C和U1D并联组成驱动电路，驱动指示灯电路和继电器工作。
8、 继电器输出控制电路：当C8两端因有信号的到来而成为高电平时，驱动电路便输出低电平，工作指示灯LED2点亮，VT4导通，继电器得电吸合，控制端J2连通。

2.2 AT89C52单片机
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52的管脚及各管脚含义如下：

图2.2 89C52管脚图
各引脚功能说明：
VCC——电源电压；
GND——接地；
P0口——P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用；
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻；
在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻；
P1口——P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流；
与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）；
FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址；
P1.0和P1.1的第二功能：
P1.0 T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出 ；
P1.1 T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）；
P2口——P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流；
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容；
FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号；
P3口——P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流；
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能：
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号；
RST——复位输入
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位；
ALE/PROG
当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲；
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）；

EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。
PSEN
程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP
外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH0），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。
XTAL1
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
3、软件设计与分析：
分析整个软件的设计思路和实现的功能（按摸块化设计）。
提交详细的与编程有关的硬件电气原理图及软件程序框图。开门
等待
关门
红外信号
红外信号
红外信号

软件的功能设计为：
收到信号，开门5秒，中间等待10秒，关门5秒
期间，等待时收到信号，等待时间刷新
关门时收到信号，重新开门并重新等待

五、系统实现：（详细）
1、实验设备、材料
单片机stc12c5a60s2，步进电机28byj-48，uln2003
电阻1k*4、200*1、4.7k*2、5.1k*1、47k*2、10k*1、470k*2、1m*1
电容102*4、104*1、10uf*2、100uf*1
Led*2，红外线发射管，接受管
可调电阻105*1、205*1
三极管in4148*1、4100-5v*1
输入输出端口*2
2、 实验原理
红外感应得到信号，通过处理，发送到单片机，

单片机接受到红外管的信号，开启外部中断，外部中断控制步进电机正转（开门）。
开门后，通过延时实现等待功能，延时时收到红外管信号则重新开始延时
延时结束后步进电机反转（关门），关门时收到红外管信号，开启外部中断，重新开门以及等待。
通过uln2003驱动步进电机实现正转和反转（开门和关门）。

步进电机的内部连线图。

我们使用的步进电机的技术参数。

上图为驱动方式，我们写程序就参考上图时序。

Uln2003芯片引脚图

3、 实验步骤
整个系统分为硬件设计与软件设计

软件设计：
整体结构：
整个软件分为主程序部分与外部中断部分，开门模块在外部中断中实行，等待模块与关门模块在主程序中实行。外部中断，它保证红外自动门能够在无人操控情况下自动运行，主要功能是当检测到有人出入门时，启动电机，从而实现自动开关门的目的。

各部分程序流程设计：
单片机通过红外信号开启外部中断，外部中断中运行开门模块，开完门后返回主程序，在主程序中运行延时模块与关门模块。所以在主程序中运行延时模块时，有红外信号开启外部中断能刷新延时模块，重新开始延时。在运行关门模块时，有红外信号开启外部中断开始开门并重新开始延时。

单片机程序：
org 0000H
ajmp main
org 0003H
ajmp kaimen
org 001bH
ljmp guanmen

main:
mov a,#011h
mov p0,a
setb ex0
setb et1
setb ea
clr tr1
mov 30h,#1
mov 40h,#1
mov 56h,#0
mov 60h,#200
mov 61h,#10
mov r2,#0
mov r3,#200

xh:

mov 57h,#0

xx1:
mov a,40h
cjne a,#0,xx

mov a,#200
subb a,r3
mov r2,a

cxdd:
mov 50h,#0
mov 52h,#200
xx2:
mov 51h,#200
xx3:
mov 53h,#200
xx4:
nop
nop
nop
mov a,50h
cjne a,#0,xx1
djnz 53h,xx4
djnz 51h,xx3
djnz 52h,xx2

clr tr1

mov a,#011h
aa1:
mov r7,#10
aa:

rr a
mov p0,a
mov r1,57h
cjne r1,#0,xh

mov r6,#20
delay81:
mov r5,#200
delay82:
nop
nop
nop
djnz r5,delay82
djnz r6,delay81

djnz r7,aa
djnz r2aa1

mov 40h,#1
mov 56h,#0

xx: sjmp xh

kaimen:
push psw
push acc
clr tr1
mov 30h,#0
mov 50h,#1

kmws:

mov a,#200
subb a,r2
mov r3,a

jz ss

mov a,#011h
tt1:
mov r4,#10
tt2:

rl a
mov p0,a

mov r6,#20
delay71:
mov r5200
delay72:
nop
nop
nop
djnz r5,delay72
djnz r6,delay71

djnz r4,tt2
djnz r3,tt1

mov tmod,#01H
mov th1,#high(-2500)
mov tl1,#low(-2500)
setb TR1
mov 30h,#1
mov 40h,#1

mov 56h,#1
mov 57h,#1

ss:
pop acc
pop psw
reti

guanmen: ;
push psw
push acc

mov 40h,#0
mov r3,#1

pop acc
pop psw
reti

End

六、设计过程评估与改进：个人心得体会、改进的意见和建议。
开始的时候，准备选用直流电机，但因为直流电机无法精确控制，而且uln2003无法驱动直流电机正反转，所以换选用步进电机
步进电机优点：1.步进电机可实现精确定位控制
2.锁定位置时，电机不再耗电
之后，先设计了一个通过外部中断开门，定时器中断控制等待与关门的模块，因为运行定时器时不能开启外部中断，导致等待与关门不能被打断。所以继续改进。
改进后，把开门模块，等待模块，关门模块，放在主程序，外部中断控制是否运行开门模块。此时有信号输入可开门，等待时有信号输入跳转到开门。但缺点在于如果一直有信号则会一直运行外部中断，从而开关门将一直停止。
第二次改进后，将开门模块放在外部中断，从而开门无法被打断，而等待与关门时如果有信号输入，将会重新等待，如果已经在关门期间，会重新把门打开。
七、参考文献

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