毕业论文-基于at89c52单片机的自动门控系统设计

毕业论文-基于at89c52单片机的自动门控系统设计内容摘要：

次设计参考工业量产的自动门标准，并且考虑到资金的缘故，我采用单片机作为 系统的核心控制器。 AT89C51 单片机具备一个完整的计算器所需要的基本组成部分，并且指令系统功能强大，执行快。 本设计采用升级的 AT89C52 单片机作为 CPU，相对于 AT89C51 增加的了数据存储器和程序数据存储器大小，多了一个计时器，在本设计中引脚、功能使用与51保持一致，而且与单片机开发板配套节约了成本。 无刷电机和步进电机的对比以及选择 这次设计中最重要的执行单元就是电机部分，需要控制好电机来带动门的开关。 而平开门只是直线运动，更要求电机完成直线运动的稳定。 这样，我们选择电机的时候就必须在多个 方面 考虑 ，比如说稳定性，高效率，安全性来选择电机。 这里我们分析步进电机和无刷电机的对比。 步进电机是一种 可以转动固定角度 的执行机构。 当步进 电机 驱动接收到 一个信号 时 ，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角 度。 控制器 可以通过控制脉冲个数来控制 旋转角度精确定位 ；同时可以通过控制 信号 频率来控制电机转速 ，达到 控制 速 度 的目的。 步进电机利用其 角度控制功能以及 没有积累误差的特点，广泛应用于各种 开源 控制。 直流无刷电动机具有 优 秀的线形机械特性、宽的调速范围 、 大的启动 扭 矩 、简单的控制电路等优点，长期以来广泛地应用在各种驱 动装置和伺服系统中。 但是，直流电机的电刷 以及 换向器却成为阻碍它发展的障碍。 而 现在 无刷电机的转子是 电磁铁 做成的永磁体，这样结构上正好与普通的直流电机相反，不会出现步进电机出现磁 性 减弱的现象。 去掉了电刷这部分换成电子换向器，也是为了让电机更加稳定有效的运行。 本次设计中， 考虑到为了更方便的控制门行程，防止开关门过盈，在这方面步进电机的 旋转是以固定的角度一步一步运行的 ，更具优势，能轻松控制门转动固定角度。 而且控制电机能瞬间反转需要提供较大的力矩，步进电机更能满足要求。 所以选择步进电机。 5 传感器的选择 目前自动门行业运用的传感器件主要有微波感应器、红外感应器等。 微波传感器反应速度快，可以对物体的移动进行反馈，适用于人员通过的场所，微波感应器是基于多普勒原理的传感器，整机关键元件均为进口器件，确保了产品可靠性。 微波感应器是以 频率发射、接收。 其探测方式具体如下优点：。 、湿度、噪音。 红外传感器反应很灵敏，只要处于它的探测范围内，都会有反应。 根据不同的功能和性能应用在各类不同场合的自动控制系统中，是自动门控系统的关键部位，其性能 直接影响自动门控系统的安全稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器，在人行道边上的银行、商场等经常有人路过的地方可以选择窄区域的感应器。 热释电红外传感器是基于 热释电效应工作的。 由探测元件将接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，放大后向外部输出。 一般在探测器的前方装一个菲涅尔透镜提高探测器的灵敏度以增大探测距离，它和放大电路相结合，可将信号放大 70 分贝以上，可以探测出 1020米范围内人的活动。 当人体进入检测区时，因人体与环境辐射温度有差别，产生温度差Δ T，则有信号输出；若人体进入检测区后不动， 则温度没有变化，传感器没有输出，所以这种传感器能方便检测人体或者动物的活动。 热释红外线传感器内部结构与电路如下图 1所示。 6 图 传感器的组成部分有外壳、滤光片、 PZT、 FET 等。 其中，滤光片对太阳光和荧光灯光的短波长（约 5mm以下）可以滤除。 热释电元件 PZT将波长在 8mm12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，只对人体的红外辐射敏感，明显减少环境的干扰 热释电红外探头具有以下优点： 价格低廉（选择的首要原因），自身不发生辐射、功耗小（单片机电路可以轻松驱动）、隐蔽性好。 本次设计在功能允许的情况下考虑了成本问题故采用热释电红外传感器。 总体方案论证 本 采用单片机为主控制器，使用热释电型红外线传感器来检测人体辐射，其特点是只对人体辐射有感应，这样会明显减少误报操作。 并且可以通过 D/A 转换来控制 步进 电机正转 /反转， 转动固定角度 ，更高效率的完成每一次开关门，而且设计中更体现了防夹系统，即遇阻检测系统，更加安全，最后的外围设备电子时钟 、蜂鸣器、 led 灯 也是由单片机来控制，更加人性化。 这种方案的优点是有目共睹的。 7 单片机介绍 AT89C52 主要特性 单片机是设计系统中核心部分，也是系统控制的平台，有着非常好的可操作性和执行性。 所以本次设计中单片机部分是重点。 AT89C52 单片机具备一个完整的计算器所需要的基本组成部分，并且指令系统功能强大，执行快。 (1) 8031 CPU 与 MCS51 兼容 (2) 全静态工作： 0Hz24KHz (3) 三级程序存储器保密锁定 (4)256*8 位内部 RAM (5) 32 条可编程 I/O 线 (6) 3 个 16位定时器 /计数器 (7) 6 个中断源 (8) 可编程串行通道 (9) 低功耗的闲置和掉电模式 (10) 片内振荡器和时钟电路 AT89C52 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口作为地址 /数据总线， 能够用于外部程序数据存储器。 P1 口： P1 口 是单片机中唯一仅有单功能的 I/O 口，输出信号锁存在端口上，又称为通用静态端口。 P2 口 ：和 P1 口相比多了转换控制部分。 P3 口： 和 P1 口相比增加了一个与非门和一个缓冲器，使各端口有两种功能选择。 可作为 AT89C52 的一些特殊功能口 ，描述如下： 8 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） RST： 接复位按钮。 ALE/PROG：在编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号， PSEN：外部程序存储 器的选通信号。 EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间 读取 外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。 当 /EA 端保持高电平时，此 期 间 读取 内部程序存储 器。 XTAL1：反向振荡放大器的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 控制 反向放大器。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 引脚具体方案 XTAL1 和 XTAL2 接外部晶振，作为计时器。 RST 为复位按钮。 ~ 口连接步进电机驱动模块。 ~ 口分别接入 8 个发光二极管作为指示信号。 口接收热释电红外模块信号。 和 分别接两个外部按钮，控制自动门手动开和关。 口接蜂鸣器电路，负责开关门警示。 具体引脚如图 2 所示： 9 图 管脚接线说明 红外热释电模块 HCSR501 HCSR501 特性 技术参数： ： DC5V 至 20V ： 65微安 输出：高 ，低 0V ：可调 ( 秒 ~18 秒 ) ：默认 秒 ： L不可重复， H可重复，默认值为 H ：小于 120 度锥角， 7米以内 ： 15~+70 度 功能特点： ：当有人进入其探测范围则输入高电平，人离开后延时输出低 10 电平。 (可选）：光敏控制为可选功能 ,出厂时未安装光敏电阻。 ： L不可重复， H 可重复。 可跳线选择，默认为 H。 重复触发方式：即感应到红外信号输出高电平后，延时然后输出低电平， 期间不探测红外信号 ： 即感应到红外信号输出高电平后，在延时时间段内，继续探测红外信号，如果有人体在其探测范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。 (默认设置： 秒 )：在封锁时间段内感应器不接收任何红外信号。 可应用于间隔探测产品。 也可以有效抑制外界频繁的干扰。 ：默认工作电压 DC5V 至 20V ：静态电流 65 微安，特别适合干电池供电的电器产品。 ：可方便与各类电路实现对接。 应用范 围：作为传感器它能配合单片机、继电器实现对各类家用、商用电器的开关控制，是一种高技术产品。 在 安防产品、人体感应玩具、人体感应灯具、工业自动化控制等方面都有应用。 红外模块调整方案 HCSR501，经测试灵敏度太高，故调整感应距离至最低 3m， ，更改为效果更优的可重复触发方式：即探测到人信号后输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其探测范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。 2s，确保单片机每次间歇接收红外模块信号都正确，使系统更加安全可靠。 步进电机 步进电机特点 步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将脉冲信号转变成角位移．即一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度．因此作常适合单片机控制。 近 30 年来．步进电动机的发展得益于数字技术、计算机技术和水磁材料的迅速发展，步进电动机的应用现阶段具有广阔的前景。 11 步进电动机有如下特点 : 步进电机的角位移与输入信号数严格成正比，具有良好的跟随型。 由步进电动机与驱动电路组成的开源系统，非常简单、 廉价，又非常可靠。 步进电动机的动态响应快。 易于急停、正反转及变速。 速度可在很宽的范围内平滑调节。 低速下仍能保证获很大扭矩，因此，一般可以不用减速器可以直接驱动负载。 步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行。 它不能直接使用交流电源和直流电源。 步进电动机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和负载采取相应的防干扰措施。 步进电动机自身的噪音和振动较大，带惯性负载的能力较差。 驱动控制系统组成 步进电机必须由环形脉冲、功率放大器等组成的系统进行控制，其方框图如图 3 所示： 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 AABBBCCCA；反序为 ACACBCBAB；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。 这六个字表示如表 1所示： 12 表 （ 2）通电状态 (C) (B) (A) 控制 （ 3) 控制电路如图 4所示： 图 步进电机运行方案 步进电机开关门过程分为 8 步，每步正向或者反向转 360 度，每步完成之后都由单片机检测红外模块信号，然后继续控制电机正转或者反转一步，达到安全开关门的目的。 电路设计框图及原理 平移式自动门机组由以下部件组成： ：它是自动门的中心处理器，检测红外模块信号发出相应指令，指挥步进电机、 led指示灯，蜂鸣器等 工作。 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 13 ：负责探测外部红外辐射，当人进入他的辐射范围时，它就输出高电平，由单片机接收。 ：提供开门与关门的主动力，控制门转动固定角度。 ：多种闪烁方式提示自动门的工作状态。 ：开关门之前伴随响声，起警示作用 ：控制门手动开和和关。 一次自动化工作流程如下： 感应探测器探测到 有人进入时，热释电红外模块输出高电平给单片机，单片机判断后控制步进电机运行开门，开完门之后单片机检测红外模块信号，高电平则延时进入等待状态，低电平则进入 3s的等待状态 ，等待状态之后是即将关门的警告状态，然后再检测红外模块，高电平则继续等待不关门，低电平则进入关门状态伴蜂鸣器响一声，关门中途检测红外模块若为高电平则立即反向开门，进入开门之后的步骤循环运行。 硬件电路如图 5所示： 14 图 15 程序设计思路 本设计按以下思路展开研究： 一、智能化设计 设置两个中断按钮实现 手动开关门；设置 led 指示灯，空闲状态、延时进入等待状态、等待状态 、警示状态 、门开关行程均有不同 led 灯显示；开关门前的瞬间均有蜂鸣器提示音。 二、安全性设计 当关门中途有人出现则反向开门，有人在则保持一直不关门；步进电机转动分为 8步，很好的控制了门行程，防止过盈间隙问题。 三、稳定性设计 自动门采用步进电机驱动，相对传统交流伺服电机来说具有省电、高扭矩、低噪音、不过热等优点。 系统运行流程图 16 伴随开门提示音 伴随关门提示音 计数 i 延时进入等待状态 等待 状态 0 红外 空闲状态 系统初始化 开机 红外 1 0 开门（ 8步） 1 警示状态 0 红外 1 关门 1 步 i=8 i8 0 红外 1 反向开门 i 步 图 17 主程序分析 include include define uchar unsigned char 子函数声明 void delay(uchar i)。 //延迟函数 void turnRight()。 //开门，一步 void turnLeft()。 //关门，一步 void init()。 //系统初始化函数 void wait()。 //等待函数，等待行人走过 void beep()。 //喇叭响 单片机引脚声明 sbit PH1 = P1^0。 sbit PH2 = P1^1。 sbit I01 = P1^2。 sbit I11 = P1^3。 sbit I02 = P1^4。 sbit I12 = P1^5。 sbit beepPort = P3^7。 sbit out = P2^0。 全局变量 uchar ledTable[] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}。 uchar flag=0。 //flag 为 0— 7之间的数，包括 0,7 主函数实现部分 void main() { EA = 0。 18 EX0 = 1。 IT0 = 0。 EX1 = 1。 IT1 = 0。 init()。 EA = 1。 while(1) { EX1 = 0。 while(out == 0) //无人，闪烁 { P0 = 0x01。 delay(50)。 P0 = 0x00。 delay(50)。 } EX1 = 1。 if(out == 1) { delay(1)。 if(out == 1) { //响，开门 for(flag =0。 flag。