基于单片机控制的自动门控制系统.doc

安徽安徽矿业职业矿业职业技技术术学院学院 毕业课题毕业课题（ （设计设计） ） （2013 届）届） 题题 目目 基于单片机控制的自动门控制系统基于单片机控制的自动门控制系统 指导教师指导教师 李李 俊俊 院院 系系 自动化与信息工程系自动化与信息工程系 班班 级级 电气自动化电气自动化 104 学学 号号 105803010126 姓姓 名名 卞卞 迎迎 超超 二一三 年 六 月 五 日 安徽安徽矿业职业矿业职业技技术术学院学院 毕业课题毕业课题（ （设计设计）任）任务书务书 （2013 届）届） 题题 目目 基于单片机控制的自动门控制系统基于单片机控制的自动门控制系统 指导教师指导教师 李李 俊俊 院院 系系 自动化与信息工程系自动化与信息工程系 专专 业业 电气自动化电气自动化 班班 级级 电气自动化电气自动化 104 学学 号号 105803010126 姓姓 名名 卞卞 迎迎 超超 2013 年年 3 月月 5 日至日至 2013 年年 6 月月 5 日共日共 12 周周 论文（设计）方向：单片机控制的自动门的设计 一、主要参考资料： 1胡汉才编著.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社.2004. 2陈永甫编著.红外线探测与控制电路. 北京：人民邮电出版社.2004. 二、课题的内容和任务要求： 本课题欲设计一个基于单片机控制系统控制的自动门，要求以单片机为控制核心， 选择适当的配套元件，设计硬件电路，并编制相应软件，使自动门具有使用操作方便， 系统运行稳定且智能化等特点。 三、毕业论文（设计）进度安排： 起 讫 日 期工 作 内 容备 注 3.53.12 论文选题 3.135.1 设计控制系统、电路图、选择元器件等 5.15.24 软件开发 5.255.31 系统调试 6.16.7 准备答辩 学生（签名）： 年 月 日 指导教师（签名）： 年 月 日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见： 组长（签名） 年 月 日 系毕业论文工作领导小组审核意见： 主管领导（签名） 年 月 日 安徽安徽矿业职业矿业职业技技术术学院学院 毕业课题毕业课题（ （设计设计） ） 开开 题题 报报 告告 （2013 届）届） 题题 目目 基于单片机控制的自动门控制系统基于单片机控制的自动门控制系统 指导教师指导教师 李李 俊俊 院院 系系 自动化与信息工程系自动化与信息工程系 专专 业业 电气自动化电气自动化 班班 级级 电气自动化电气自动化 104 学学 号号 105803010126 姓姓 名名 卞卞 迎迎 超超 二一三 年 三 月 十五 日 一、选题的意义 自动门在现实生活中扮演重要角色，自动门不仅给我们的生活带来极大的方便而且 带给我们一种高档的感觉。自动门还可以很好的保证我们的安全。本设计紧随时代的发 展并开拓创新为人们的生活提供方便。 二、研究的主要内容，拟解决的主要问题（阐述的主要观点） (一) 研究的内容：本设计以实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性为目标。 本设计是红外线自动门控制系统，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，传给单片机并由单片机处理完毕发出信号控制步进 电机带动自动门运行。交流电机作为门驱动装置。 （二）拟解决的问题：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。本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51 的单片机控制系统。 3、研究（工作）步骤、方法及措施（思路） （一）调研 （二）方案设计 （三）硬件系统设计 （四）软件开发 （五）调试 首先我们要知道什么是单片机，如何利用单片机去达到自己的目的。然后对单片机如何 应用到自动门控制的原理进行研究，查找一些相关资料。最后，我们要对单片机在自动 门控制上的应用进行进一步的研究。我们要知道自动门的在生活中带来的高档和方便， 自动门经方案的设计后应达到预想的自动运行效果，并对自动门系统的电路设计，各元 器件的选择，系统的硬件和软件的开发设计，最后对自动门控制系统进行测试。 四、毕业论文（设计）提纲 （一）绪论 （二）硬件设计 （三）软件设计 （四）调试 五、主要参考文献 1胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社.2004. 2陈永甫.红外线探测与控制电路. 北京：人民邮电出版社.2004. 指导教师意见： 签名： 年 月 日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见： 签名： 年 月 日 系毕业设计（论文）工作领导小组意见： 签名： 年 月 日 摘 要 本次设计是红外线自动门控制系统，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，传给单片机并由单片机处理信号完成后发出信号控制步进电动机，步进 电动机带动传动带带动自动门延轨道同步运行。 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。本课题主要实现红外线检测和基于 AT89C51 的单片机控制系统。单片机控制系统大大提高了 自动门运行的精度和稳定度；综合保护功能完善，便于及时发现、查找、处理故障；并且节约了能源。 关键词：自动门； 热释红外线传感器； AT89C51； BIS0001； 步进电机 - 1 - 目 录 1 1 绪绪 论论1 1.1 课题研究的背景1 1.2 自动门的功能分析1 1.3 自动门技术参数的确定2 2 2 自动门控制系统硬件设计自动门控制系统硬件设计.4 2.1 课题研究的内容和基本思路4 2.2 设计总电路图.5 2.3 单片机介绍.6 2.4 概述单片机控制自动门系统工作的实现.10 2.5 热释电红外线传感器介绍.11 2.6 BISS0001 芯片介绍和先行电路.13 2.7 步进电机.16 3 3 系统软件设计及调试系统软件设计及调试.19 3.1 系统软件结构19 3.2 各部分程序流程设计19 3.3 系统调试29 3.4 门行程检测及故障检测29 4 4 设计总结设计总结30 参考文献参考文献31 附附 录录32 致致 谢谢38 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 1 - 第一章 绪论 在不断发展的当今社会科技化、信息化程度越来越高，单片机的应用领域也就越来越广， 成为人们生活不可或缺的一部分。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提 高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动门系统 就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐 全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变 人类的生活，将加快科学技术的发展。 1.1 课题研究的背景 自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和 完善。自动门指：可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元， 通过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系 统。 现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。21 世纪 的今天，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，同时还突出了 建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。门大规模专业化生产始于 150 年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式 -自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动 门家族。 1.2 自动门的功能分析 本设计是面向公共场所入口的应用设计，需要有安全和可靠性，在设计的时候改良了自 动门的友好性，结构如图 1-1 所示： 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 2 - 图图 1-11-1 平移式自动门结构示意图平移式自动门结构示意图 一、根据入口处对自动门的具体要求，本设计所设计的自动门应具有以下功能： (1) 开门和关门控制应具有手动和自动方式 为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。手动和自动转换开关来控制，当转换开 关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效， 由感应探测器检测有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC 动 作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。 (2) 防夹人功能 为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装主动式红外线防夹感应器，一防止停留在门 附近的人被门所夹住。 (3) 蜂鸣器提示功能 当自动门出现夹人意外状况时，单片机输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提示管理人员的 注意。 自动门控制系统包含单片机控制和动作执行元件构成。采用自动和手动点动控制方式， 此种控制模式为目前大多数自动门的控制方式。本设计所设计的自动门控制系统采用单片机 1.3 自动门技术参数的确定 自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直度和水平度，门体地两个吊挂 点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。在自动门投入 使用后，尤其是初期，应经常调节门体，修正运行产生的误差。 要严格限制门体重量过自动门的额定负重。通常在三个月最多一年内要对自动门进行全 面的清理和调整。 公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 3 - 有限。例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达到成千上万人次，或者在特定时 间段里集中通过大量人员，在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。例如增加门 的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。具体参数如表 1-1 所示。 表表1-11-1自动门具体参数自动门具体参数 单扇开启宽度(mm)1250(最宽) 单扇门的最大承重(kg) 1120kg 高度(mm) 2500mm 最快开/关门速度(cm/s) 60cm/s 减速开/关门速度(cm/s) 20cm/s 开启保持时间(s)15s(程序中可调) 可编程控制器电源220V AC，50-60Hz 驱动器电源380V AC，50Hz 驱动器输出额定功率 120W 二、主要构造部件： 智能控制器：自动检测门的重量、宽度，使门保持在最佳运行状态。 步进电机：高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热。 皮带：高效同步齿型带，防止打滑，保证平稳运行。 吊架：用于运动门扇的悬挂，安全可靠。 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 4 - 第 2 章自动门控制系统硬件设计 2.12.1 课题研究的内容和基本思路 本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机、传感器以及选择适当的元器件为核心， 设计硬件电路编制软件使设计的自动门实现控制系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性为 目标并达到理想的系统运行效果。 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1m 的范围内，将延迟1秒 启动电动机带动传动链关门。 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： 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 图图 2-12-1 设计总结构设计总结构 图图 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 5 - 2.22.2 设计总电路设计总电路 图图 2-22-2 设计总电路设计总电路 +5V 20K 60K K GND +5V 220K 22U 33K +5V 10K6 1M 10K 1M 10U 103 103 2M 47K 47U D S G 红外传感器 UC IB UPD 20UT 2IN 1IN+ 1IN 10UT URF/RST USS RR2 RC2 RR1 U0 A 102 330K 10r 330K BISS0001 P32/INT0 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P3.0 P3.1 P3.4 P0 WR RD ALE P1.7 P33/INTE 转速检测模块 电压检测模块 电机温度检 测 ADC 0809 ECC A/D 转换模 块 光 电 隔 离 模 块 电机正转继电器 J1 电机反转继电器 J2 速度变换继电器 J3 行程开关 1 行程开关 2 行程开关 3 行程开关 4 手动开按钮 手动关按钮 LED 手动/自动切换 VCC 蜂鸣报警 电机过热报警 电压过高报警 速度异常报警 103 103 470U 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 6 - 2.32.3 单片机介绍单片机介绍 单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，即将运 算器，控制器，输入输出接口，部分存储器以及其他一些逻辑部件集成在一个芯片上，故可 以把单片机看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器，没有键盘，不 带监控程序的单板机。 由于单片计算机具有体积小，重量轻，耗电少，功能强和价格低等特点，又由于数据大 多是在芯片内传送处理，所以运行速度快，抗干扰能力强。单片机从七十年代问世以来，在 二十多年的时间里，发展异常迅速，并已广泛应用于各种领域。单片机具有通讯接口，用单 片机进行接口的控制与管理，单片机与主机可并行工作，大大地提高了系统的运行速度，所 以在网络通讯领域也得到了越来越多的应用。 AT89C51是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051是一种带2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存 储器可以反复擦除100次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标 准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片 中，ATMEL 的 AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片 机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 外形及引脚排列如图2-3所示。 图图2-32-3 AT89C51AT89C51外形及引脚图外形及引脚图 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 7 - 一. 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。 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。在实际应用中，大多数情况下 都使用 P3口的第二功能。 P3.0 RXD：串行输入口 P3.1 TXD：串行输出口 P3.2 /INT0：外部中断0 P3.3 /INT1：外部中断1 P3.4 T0：记时器0外部输入 P3.5 T1：记时器1外部输入 P3.6 /WR：外部数据存储器 P3.7 /RD：外部数据存储器 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 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 8 - 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/PSEN 有效。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（0000H-FFFFH） ，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。 二 芯片擦除整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并 保持 ALE 管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何 非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在 低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工 作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容 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。 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 9 - 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 2-4 所示： 感应自动门的种类很多，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。 （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）门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。 （5）门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。同步皮带 用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。 （6）下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。 （7）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， 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 图图2-42-4 红外线自动门系红外线自动门系 统硬件框图统硬件框图 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 10 - 同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流 后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启 后由控制器做出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。 2.42.4 概述单片机控制自动门系统工作的实现：概述单片机控制自动门系统工作的实现： 1、根据该设计要求要实现的基本功能，设计大致应该分为信号采集，信号出好处理，信 号控制和信号响应四个部分。 （1）信号采集接受部分即通过红外线传感器检测人与门的距离，并将这种变化转化成 电压或电流等模拟的变化。 （2）信号处理部分是将接受部分得到的电压或电流等变化进行必要的转换，为后一部 分信号控制提供准备。 （3）信号的控制部分是通过一预定控制方式等实现对设计要求的准确操作。 （4）信号响应是实现控制部分的要求。 2、对上述四个部分进行分析，得到如下一些基本的结论： (1)信号接受部分为了能准确采集到人与门的距离应选用红外线传感器。 (2)信号处理部分应该根据实际情况选用八位的 ADC0809 模/数转换芯片。 (3)控制部分为了实现精度控制，采用单片机较为合适。 (4)显示部分可以考虑采用 LCD 显示器加 LED 点阵组成。 将上述设计思想结合要求总结为：程控自动门控制系统听过红外线传感器检测移动物体 与门的距离，检测结果送入 ADC0809 模/数转换芯片中进行模/数转换；再通过单片机作出自 动门开关的控制信号，通过驱动电路驱动直流电机的正反转，再由传动电路带动自动门的开 关，并通过 LCD 液晶显示欢迎信息以及客人离开时的送客信息，自动门还可以通过按键控制 开关。在开门过程中首先进行门状态检测，根据所检测到的信号判断自动门上次停机所处位 置。根据检测结果确定门此刻应允许方式，如检测出门是半开状态，门直接转入加速开门的 过程。如检测出门是全开状态，门转入延时开门过程。如检测出门是全关状态，那么在检测 到有人出入时，门会缓慢打开，之后加速运行，接着减速运行，最后点击停止运转，门由于 惯性缓慢关闭。 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 11 - 2.52.5 热释电红外传感器介绍热释电红外传感器介绍 热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸 三甘钛等制成尺寸为 2*1mm 的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两 个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接 收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提 高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔 透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有 特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大 70 分贝以上，这样就可以测出 10-20 米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和 “高灵敏区” ，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就 不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区” ，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形 式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为 9-10um，而探测元件的波长灵敏度在 0.2-20um 范围内几 乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范 围为 7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收， 这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 热释红外线传感器内部结构与电路如下图 2-5 所示。热释电传感器利用的正是热释电效 应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极， 当传感器监测范围内温度有 T 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Q，即 在两电极之间产生微弱电压 V。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进 行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷 Q 会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳 定不变时，T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别， 产生 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，传感器也没有输出， 所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。热释电红外传感器的结构及内部电路见下图所 示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件 PZT、场效应管 FET 等组成。其中，滤光片设 置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为 6mm 多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯 光的短波长（约 5mm 以下）可很好滤除。热释电元件 PZT 将波长在 8mm-12mm 之间的红外信 号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特 殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 12 - 图图 2-52-5 热释电红外传感器的结构及内部电路热释电红外传感器的结构及内部电路 热释电红外探头的优缺点： 优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡， 不易被探头接收 ；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时 失灵。 2.62.6 BISS0001BISS0001 芯片介绍和典型电路芯片介绍和典型电路 BISS0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和 少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂 鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房 及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。它不仅能 和热释电红外传感器的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。它的内部是 由运算放大器、电压比较器、与门电路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止 电路等组成。 BISS0001 采用 16 脚标准型塑料封装结构。 1 脚（A）为触发方式控制端，当 A1 时，电路可重复触发；当 A0 时，电路不可重 复触发。 2 脚（V0）为控制信号输出端，当有传感信号输人时，V0 输出高电平。 3 脚（RX）和 4 脚（CX）为输出定时控制器 T，的外接元件端，定时时间为： TX50103RXCX。 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 13 - 5 脚（Ri）和 6 脚 Ci）为锁定时间控制器 i 的外接元件，锁定时间 Ti24RiCi。 7 脚（VSS）为电源正端。 8 脚（VRF）为参考电压及复位端，使用时一般接 VDD，若按SS，可使定时器复位。 9 脚（Vc）为触发禁止端，当 VCVR 时禁止触发；当 VCVR 时，允许触发， VR0.2VDD. 10 脚（IB）为偏置电流设置端，由外接电阻 RB 接SS 端，RB 一般取 1M 的电阻。 11 脚（VDD）为电源正、负端。 12 脚（OUT2）为第二级运放的输出端 13 脚（IN2-）为第二级运放的反相输人端。 14 脚（IN1+）第一运放的同相输入端。 15 净（IN1-）第一运放的反相输入端。 16 脚（OUT1）为第一运放的输出端。 一、一、 BISS0001BISS0001 的内部的内部结构及特点结构及特点 下图5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01：2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。 图图2-62-6 热释红外传感器处理芯片热释红外传感器处理芯片 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 14 - BISS0001的特点： *CMOS工艺，公耗低 *数模混合 *具有独立的高输入阻抗运算放大器 *内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 *内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 *采用16脚DIP封装 * 内置参考电源 *工作电压范围宽（3V5V) 二、二、 BISS001BISS001 管脚图及管脚说明：管脚图及管脚说明： 图图 2-72-7 BISS001BISS001管脚图管脚图 BISS001 管脚说明： 表表 2-1BISS00012-1BISS0001 管脚说明管脚说明 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 15 - 三、三、 BISS0001BISS0001 工作原理工作原理 BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间 定时器等构成的数模混合专用集成电路。当热释电红外传感器接收到人体红外辐射后输出检 测信号，然后由14脚输入BISS0001,经地内部电路处理，由2脚输出探测信号（正向脉冲信号） 。输出脉冲信号的宽度由外接电阻R9和电容C6来决定。当 2脚输出控制脉冲后，电子开关被 接通，数字编码电路和无线电发射电路由于得到电源而开始工作。电源变压器为5W/15V，E 为12V免维护蓄电池，供停电使用。S1为锁控电源开关，可根据需要安装在适当处所，用来 接通工作电源，无必要时可取消设置。SCR采用1A的单向可控硅。HFC9301为软封装发声电路， 发声 为“嘀、嘀”声。电路的调试主要是主机与各分机之间的统调。将发射电路和接收电路组装 好后，先将发射机中C10的调至适当位置后固定不动，接着调整接收机中的C1，使接收机能 引脚引脚名称名称 I/OI/O 功能说明功能说明 1AI 可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之， 不可重复触。 2VOO 控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时 视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状 态。 3RR1- 输出延迟时间Tx的调节端 4RC1- 输出延迟时间Tx的调节端 5RC2- 触发封锁时间Ti的调节端 6RR2- 触发封锁时间Ti的调节端 7VSS- 工作电源负端 8VRFI 参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位 9VCI 触发禁止端。当VcVR时允许触发 10IB- 运算放大器偏置电流设置端 11VDD- 工作电源正端 122OUTO 第二级运算放大器的输出端 132IN-I 第二级运算放大器的反相输入端 141IN+I 第一级运算放大器的同相输入端 151IN-I 第一级运算放大器的反相输入端 161OUTO 第一级运算放大器的输出端 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 16 - 收到发射机发出的信号。若为“一对多”或“多对一”报警系统，应先将主机“一” （可以 是发射机，也可以是接收机 ）调好固定，然后调整各分机，使其与主机统调。BISS0001 应 用线路图如7所示 图图 2-82-8 BISS0001BISS0001的热释电红外开关应用电路图的热释电红外开关应用电路图 上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3 的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择 开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处 于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用 时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间TX由外部的R9和C7的大小调 整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选 0.1U。在BISS0001的内电路中，运放A是一个独立的放大器，由它放大后输出的信号电压通 过. 2.72.7 步进电机步进电机 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。 一、一、 步进电动机的特点步进电动机的特点: : 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 17 - (一)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。 (二)步进电动机的动态响应快。易于起停、正反转及变速。 (三)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。 (四)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 (五)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。 (六)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。 二、二、 驱动控制系统的组成驱动控制系统的组成 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8所 示： 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： 信号 分配 脉冲 信号 负载步进 电机 功率 放大 图图 2-92-9 驱动控制系驱动控制系 统统方框图 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 18 - 表表2-22-2 通电状态通电状态 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9图所示： 三、斩波驱动三、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。 图图 2-112-11 斩波恒流驱动电路原理图斩波恒流驱动电路原理图 A11006H AB10008H B10109H BC00101H C01103H CA01002H P1.0 P1.1 P1.2 8051 列 单片机 A 相驱动 A 相驱动 A 相驱动 图图 2-102-10 控制电路模型控制电路模型 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 19 - 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。 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 20 - 第第 3 3 章章. . 系统软件设计系统软件设计及调试及调试 3.13.1 系统软件结构系统软件结构 整个系统软件主要由主程序、开门子程序、关门子程序、T0 中断服务程序、T1 中断服 务程序、外部中断服务子程序组成。主程序主要是完成系统进行初始化、中断设置等功能。 程序设计中设置了一个外部中断 0，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。 3.23.2 各部分程序流程设计各部分程序流程设计 安徽矿业职业技术学院 2013 届毕业设计(论文) - 21 - 图图 3-13-1 系统主程序流程图系统主程序流程图 Y N 开始 定时器 T0、T1 的设置 中断优先级设置 系统终止 开外部中断 1 开定时器 T0 关外部中断 1 开定时器 开中断 系统故障 手动方式 Y 第 3 章. 系 统 软 件 设 计 及 调 试 3.1 系 统 软 件 结 构 整 个 系 统 软 件 主 要 由 主 程 序、 开 门 子 程 序、 关 门 子 程 序、 T0 中 断 服 务 程 序、 T1 中 断 服 务 程 序、 外 部 中 断 服 务 子 程 序 组 成。 主 程 序 主 要 是 完 成 系 统 进 行 初 始 化、 中 断 设 置 等 功 能。 程 序 设 计 中 设 置 了 一 个 外 部 中 断 0， 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 控 制 的 自 动 门 信 号 流 程 说 明 系 统 主 程 序 流 程 图 开 门 子 程 序 流 程 图 开 门 中 断 程 序 流 程 图 T1 中 断 服 务 程 序 流 程 图 在 开 门 过 程 中 首 先 进 行 门 状 态 检 测， 根 据 所 检 测 到 的 信 号 判 断 自 动 门 上 次 停 机 所 处 位 置。 根 据 检 测 结 果 确 定 门 此 刻 应 运 行 方 式， 如 检 测 出 门 是 半 开 状 态， 门 直 接 转 入 加 速 开 门 的 过 程。 如 检 测 出 门 是 全 开 状 态， 门 转 入 延 时 开 门 过 程。 如 检 测 出 门 是 全 关 状 态， 那 么 在 检 测 到 有 人 出 人 时， 门 会 缓 慢 打 开， 之 后 加 速 运 行， 接 着 减 速 运 行， 最 后 电 机 停 止 运 转， 门 由 于 惯 性 缓 慢 关 闭。 自 动 门 开 门 后 暂 停 一 段 时 间， 然 后 关 门。 关 门 是 开 门 的 一 个 反 过 程， 它 经 过 慢 速 运 行、 加 速 运 行、 减 速 运 行、 惯 性 运 动 直 至 停 止 这 几 个 过 程。 在 自 动 门 关 闭 过 程 中 当 系 统 接 收 到 由 红 外 线 传 感 器 电 路 发 出 的 有 人 出 入 的 信 号 时， 门 会 重 新 打 开。 与 开 门 情 况 不 同 的 是 当 在 关 门 过 程 中 检 测 到 故 障 信 号 时 门 会 朝 反 方 向 运 动， 将 门 打 开， 这 样 可 以 排 除 因 自 动 门 遇 到 障 碍 物 或 人 身 体 而 产 生 故 障 信 号 使 整 个 系 统 停 止 工 作 的 可 能。 为 了 运 行 过 程 可 靠， 在 以 不 同 速 度 运 行 过 程 中， 对 运 行 时 间 做 了 安 全 设 置， 当 在 开 门 状 态 下 检 测 到 运 行 时 间 超 过 安 全 时 问 或 系 统 出 现 故 障 时， 程 序 转 人 故 障 处 理 程 序。 3.3 调 试 调 试 为 了 确 保 该 门 控 系 统 的 安 全 高 效 运 行 必 须 满 足 下 列 条 件： 1 大 门 的 结 构 必 须 适 合 于 自 动 控 制 特 别 要 注 意 滚 轮 的 直 径 必 须 与 需 要 控 制 的 大 门 重 量 相 匹 配 其 尺 寸 和 重 量 符 合 有 关 技 术 规 范 之 规 定。 2 确 保 大 门 在 滑 动 过 程 中 不 发 生 倾 斜。 3 确 保 大 门 活 动 平 稳 准 确 在 整 个 移 动 过 程 中 不 出 现 任 何 不 正 常 的 摩 擦 现 象。 4 确 保 地 面 条 件 稳 固 避 免 固 定 基 座 的 膨 胀 螺 丝 发 生 摇 晃。 5 认 真 检 查 上 方 导 轨 和 行 程 限 位 的 机 械 挡 块 是 否 安 装 到 位。 3.4 门 行 程 检 测 及 故 障 检 测 门 行 程 检 测 电 路 通 过 检 测 门 行 程 开 关 的 闭 合 情 况