基于单片机自动门控制系统的设计

基于单片机自动门控制系统的设计内容摘要：

程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 基于单片机的自动门控制系统的设计 10 1 可编程串行通道 1 低功耗的闲置和掉电模式 1 片内振荡器和时钟电路 AT89C51 管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当P1口的管 脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流 P1口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2口被写 ―1‖时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。 在给出地址 ―1‖时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL门电流。 当 P3口写入 ―1‖后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 在实际应用中，大多数情况下都使用 P3口的第二功能。 —RXD：串行输入口 —TXD：串行输出口 —/INT0：外部中断 0 —/INT1：外部中断 1 11 —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 P3口同时为闪 烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 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，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效的 /PSEN 信号。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 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的热电型红外传感器。 不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的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组成，其极化随温度的变化而变化。 为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工基于单片机的自动门控制系统的设计 12 艺上将两个特征一致的热 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的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。 热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。 由于热电元输出的是电荷信号，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104Ｍ Ω，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。 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部分组成。 设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了 热释电探测元。 由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。 人体都有恒定的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10UM 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10UM 左右的红外线而进行工作的。 人体发射的 10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。 红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收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，后续电路经检测处理后就能产生信号。 其内部结构有如下图 5 所示： 1——D 脚 2——S 脚 3——G 脚 图 5 热释电红外传感器内部结构 图 5 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。 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、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。 它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使 传感器得到补偿。 对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将 13 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的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0． 2～ 20μm。 为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。 这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。 步进电机 步进电动机是纯粹的数字控制电动机：它将电脉冲信号转变成角位移．即结一个脉冲信号，步进电动机就转 动一个角度．因此作常适合于单片机控制。 近30 年来．数字技术、计算机技术和水磁材料的迅速发展．推动厂步进电动机的发展，为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。 步进电动机的特点 (1)步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比具有良好的跟随型。 以由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。 同时．它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭外数控系统。 (2)步进电动机的动态响应快。 易于起停、正反转及变速。 (3)速度可在相当宽的范围内平滑调节。 低速下仍能保证获很大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。 (4)步进电动机只能通过脉冲电源供电才能远行。 它不能直接使用交流电源和直流电源 (5)步进电动机存在振荡和失步现象．必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 (6)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。 28BYJ48 步进电机 本课题所先用的是 28BYJ48步进电机 ,它是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方 向转动一个固定的角度（及步进角）。 您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机 28BYJ48 型四相八拍电机，电压为 DC5V—DC12V。 当对步进电基于单片机的自动门控制系统的设计 14 机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。 每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。 当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电 方式有单（单相绕组通电）四拍（ ABCDA。 ），双（双相绕组通电）四拍（ ABBCCDDAAB。 ），八拍（ AABBBCCCDDDAA。 ）。 其图片如 6 所示。 图 6 28BYJ48 步进电机 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 ADC0809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。 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 行程极限 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。 15 2 系统硬件设计 设计电路的电框图和原理 红外自动门控制系统的硬件组成如下图所示。 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。 图 7 红外线自动门控制系统硬件框图 系统硬件总体逻辑设计 感应 自动门的种 类很多，在此，仅以平移型感应 自动门机 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。 基于单片机的自动门控制系统的设计 16 （ 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。 （ 4） 当门扇要完成一次开门与关门，。