本科毕业设计-电动移门防夹设计

苏州大学本科毕业设计（论文）PAGE班级学号63苏州大学电子信息学院本科毕业设计论文题目电动移门的防夹设计

摘要在科技迅速发展的今天，电动移门技术应用日益广泛。电动移门的防夹设计成为了人们最为关心的问题。电动移门的防夹检测系统包含三大组成部分，其一是控制器部分，其二是传感器部分，其三是电机控制部分。控制器部分主要使用单片机来处理电动移门所采取的模拟信息，并且能够将电动移门处理信息自动化、智能化，同时更加安全。传感器部分采用三种传感模块互补完成。为了实现安全性的进一步提高主要采用对射红外和热释电红外传感与微波接近的三种传感互补处理方式。但对射红外的处理范围的局限性，微波接近只对运动中物和人才有感应同时金属对其有屏蔽的局限性，以及热释电红外传感器只对有体温的人或动物才起到感应的局限性，在考虑安全性能的前提下采用三种互补工作的方式提高电动移门的安全性能。而单片机需要驱动电动移门的开关门动作所采用的电机控制方式涉及到了弱电控制强电的控制思想，采用光电耦合器与继电器相结合的方式能够安全可靠的对电机进行控制。关键词：单片机对射红外热释电红外电磁波接近移门防夹目录第一章前言 11.1电动移门的概况 11.2本文研究的目的和意义 21.3设计的要求与方案 3第二章总体设计分析 42.1总体设计方案说明 42.2组成框图 52.3主要功能模块的简介 62.3.1控制器模块 62.3.2对射红外检测模块 62.3.3热释电红外人体检测模块 72.3.4微波接近式检测模块 72.3.5电机驱动控制模块 8第三章硬件设计 93.1主控板部分 93.1.1器件选型与简介 93.1.2整个模块设计与分析 113.2对射红外检测部分 123.2.1对射红外检测模块采用的标准简介 123.2.2对射红外检测模块的组成 133.2.3与控制器接线设计 143.3热释电红外人体检测模块 143.3.1器件选型与简介 153.3.2电路的组成与简介 203.4微波接近式检测部分 213.4.1器件选型与简介 223.4.2电路的组成与简介 233.5电机驱动控制部分 233.5.1器件选型与简介 233.5.2电路的组成与简介 263.5.3与电机的的接线设计 27第四章软件设计 284.1主程序流程框图的设计及分析 284.2防夹及状态显示流程框图与分析 294.3电机驱动程序流程图与分析 31第五章系统调试 325.1整体调试 325.2对射红外电路调试 325.3热释电红外人体感应模块的调试 325.4电机驱动模块的调试 33结束语 331设计历程 332设计特点 343存在的问题和改进 354展望和体会 35致谢 36参考文献 37附录1（电路原理图及PCB） 39附录2（控制程序） 41PAGE27第一章前言1.1电动移门的概况电动移门系统属于智能弱电系统中的一种安防系统。它作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。电动移门系统通过在建筑物内的主要出入口、电梯厅、设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部门的通道口安装门磁、电控锁或控制器、读卡器等控制装置，而其电动移门系统的防夹设计尤为重要，在这些人流量繁杂的地点安全问题是首要也是最重要最需要解决的问题。防夹系统的搭建需要多种传感系统多重检测防护，国内外技术解决方案多种多样。主要包括有两种方式一种是采用多普勒效应的微波式检测方式另外一种是采用红外式检测的一种方式。红外检测防夹方式主要又有对射红外，热释电红外等多种方式。电动移门系统的防夹设计常规由总控制器、电动移门传感电路、电机控制电路、电源和其他相关电动移门设备几部分组成。主要目的为了实现电动移门的防夹。电动移门控制器:电动移门控制器是电动移门系统的核心部分，其功能相当于计算机的CPU，它负责整个系统的输入、输出信息的处理和储存、控制等。它验证门禁传感器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，如若有效则对执行部件发出动作信号。电动移门控制器性能的好坏直接影响着系统的稳定，而系统的稳定性直接影响着用户的生命和安全。主要用于防夹的控制。电动移门传感电路：读取生物特征信息，并将这些信息传送到电动移门控制器。主要用于读取防夹的信号。电机控制电路：电动移门系统的开关门的控制电路，这个电路涉及弱电控制强电的设计思想，同时也保障着电动门的正常运行。电动移门程序：负责电动移门系统的防夹工作。以此用来控制门的开关与用户的安全。电源和其他相关电动移门设备：电源是负责整个电动移门系统的能源，是一个非常重要的组成部分（电动移门系统如若无电源，整个电动移门系统如同成瘫痪状态）。其他电动移门设备如紧急出门按钮，按一下打开开门设备，适用于对出门无限制的情况；等等诸如此类。

1.2本文研究的目的和意义随着现代电子技术的进步，电动门传统的零部件及总成也在向机电一体化发展。而现代电动门中大量应用的传感电路及控制芯片，不仅提高了居住的舒适性，也对移门的安全性提出了新的要求。为了方便广大用户，大量地方采用移门，许多电动门都不具有防夹功能，容易造成对群众尤其是儿童的伤害。目的对人们的日常生活带来方便也保障安全，这对我国科技进步与生活安全问题拥有重大的意义。1.3设计的要求与方案要求：设计一个电动移门的防夹检测控制系统。通过红外对射、热释电人体感应，微波接近等手段，检测在电动移门接近人的一定范围内或碰到人时自动关闭，安全时可重启动。同时设计了三个按钮分别为开关停，其中停止按钮是特殊情况时所采用的功能。移动门的驱动电机为交流单相电机，220V，200W。这里控制电机所采用的是弱电控制强电的方式，同时也要对单片机编程来总体实现防夹的功能。方案：1.范围人体传感电路采用热电释红外检测电路检测人体输出开关量 2.门内对射红外检测电路坚持人体输出开关量 3.微波接近式传感电路保障安全开关 4.单片机做处理芯片处理传感器信号5.电机驱动电路，驱动电动门的开关 第二章总体设计分析2.1总体设计方案说明总体设计主要分为三个部分主控板及传感器模块及电机控制模块。控制器模块我们在上添加了四个按键按钮主要功能是实现电动移门的开、关、停的控制。另外我们还曾加了一个弹簧按键，主要是用来通知CPU门是否关好，如果关好就关闭电机的电源。而传感器模块我们采用热电释传感模块、红外对射传感模块、微波接近传感模块全方位三百六十度的保障安全的实施防夹措施。这里详细的展示一下防夹的流程： 首先点击开门按钮，开门信号送到单片机中，单片机经过处理然后开门的显示信号灯点亮同时控制电机的电源接通，控制电机的正转，门开启的同时等待关门和停止信号，当有人进出门后按关门按钮后按键信号传到单片机。单片机接受并处理。于此同时，同时检测三个传感器的端口信号，当同时无信号输出时，单片机控制开门状态显示灯关闭，关门状态显示灯点亮，控制电机反转，门关起的同时检测三个传感模块的传感信号，此时这三个传感模块起逻辑或的关系，当其中任意一个或多个有信号输出时关门的状态显示灯关闭，开门的状态显示灯点亮，同时电机正转门开启。以此循环直至当关门状态按钮被触发，这是表示门已经关闭完成，这时单片机控制关门的状态显示灯关闭，电机的电源关闭返回到初始状态。这里我在单片机内还增加了一段中断执行程序，即停止按钮，此按钮的功能是在特殊情况下使用，当按下此按钮单片机会跳出当前执行的任何循环程序，来实时处理停止功能。 2.2组成框图控制器母板控制器母板单片机微波接近式检测模块热释电红外人体检测模块对射红外模块（门内检测部分）电机控制模块（控制部分）开关停控制按钮及门状态读取按钮开关停状态显示电源及IO接口图2.1组成框图正如上图所示，根据设计思想所要完成的功能，该电动门控制器可分为三大模块，包括：①电机控制②传感检测③控制处理。除了这三大模块外，该电动门控制器还具有紧急状态控制器。遇到突发情况可操作设置。此外根据设计思想为达到更高的灵活性与安全性，该系统采用逻辑设计思想，即当中某一传感模块发生损坏对整个系统不会产生影响从而去除了安全隐患，因此该系统操作更加安全化人性化。2.3主要功能模块的简介2.3.1控制器模块 主控板模块主要包含了单片机系统和组合按键及显示模块，其具有IO双向输入输出端口的功能，具有接受信号、处理信号、输出信号的功能，同时也能够将所要显示的状态表示出来，经过编程实现使其具有智能化、人性化的特征。端口插针，用来联系电机驱动与传感器模块的接口电机状态显示LED显示用来控制整个防夹系统端口插针，用来联系电机驱动与传感器模块的接口电机状态显示LED显示用来控制整个防夹系统开开单片机单片机引出弹簧式的开关用来检测电动移门的是否已经关闭的状态引出弹簧式的开关用来检测电动移门的是否已经关闭的状态和是否已经完全开启停停关关图2.3.12.3.2对射红外检测模块 对射红外检测模块是由对射红外传感器，利用红外传感器的光感来实现电平的变化，同时应用运算放大器用来做电压比较器，使用电位器来调节基准电压的变化，从而实现红外传感器传感距离的微调。同时传感器模块拥有输出开关量的功能。对射红外传感器电压比较器对射红外传感器电压比较器输出开关量输出开关量图2.3.2对射红外模块内部框图2.3.3热释电红外人体检测模块 热释电红外模块应用于人体检测，当有人体接近时会产生一个5v的高电平信号，模块主要由d203sPIR传感器、菲尼尔透镜及biss0001芯片组成，由于人体具有40度左右的温度从而会产生红外波长，利用这个原理来实现人体检测。菲涅尔透镜PIRBISS0001菲涅尔透镜PIRBISS0001及其外围电路开关量输出进单片机开关量输出进单片机图2.3.3热释电红外人体检测内部框图2.3.4微波接近式检测模块 接近传感器TRIS-972，基于多普勒技术原理，采用微波专用微处理器、平面型感应天线、进口元器件,不但检测灵敏度度高，探测范围宽，而且工作非常可靠，一般没有误报，能在-15～+60度的温度范围内稳定工作，是以往红外线、超声波、热释电元件组成的报警电路以及常规微波电路所无法比拟的，穿透性强，能够自主调节接近检测距离，当有物体或人接近时会产生一个开关量供给单片机。2.3.5电机驱动控制模块 用单片机控制电机驱动往往会涉及弱电控制强电问题，这里我们用光电耦来实现光电隔离同时利用继电器来实现隔离系统，同时用一个三极管来实现开关作用，利用二极管来保护电路。从而实现了对电机的控制。这样的板子我们需要用两个一起用于控制电机的正转与反转另一块用于电机的电源开关控制。单片机信号输入光电耦合器开关三极管单片机信号输入光电耦合器开关三极管继电器继电器控制电机图2.3.3电机驱动内部框图第三章硬件设计3.1主控板部分 主控制板主要是用来采集开门、关门的按键信号以及电动移门的当前状态信号和传感器模块的开关信号，同时拥有控制与驱动电机正反转与开关的功能和显示电动移门当前状态的功能。可以这么打个比方主控板相当于电动移门防夹系统的大脑。因此至关重要。图3.1控制器模块实物图3.1.1器件选型与简介微控制器：该电动门控制器选用的微控制器是STC89C52RC，指令上完全兼容8051系列，具备512B的RAM，8KBFLASH程序存储器，具备看门狗、P4口、第三个定时器、ISP等扩展功能，在5V电压下其最高频率可达80MHz，这里选用其的主要考量在于两点：1是它具备比AT89S52系列更好的抗干扰能力；2是它的加密功能较为完善，有利于开发者保护其知识产权。图3.1.1.1STC89C单片机上电后的P1/P2/P3/P4为准双向口/弱上拉（传统的8051的I/O口）而P0口上电复位后是开漏输出，在做I/O口时需要上拉电阻，而做总线扩展时不需要上拉电阻，由于本设计方案在设计中只需要I/O口，而P0口需要上拉电阻，为了节约材料只采用P1/P2/P3/P4口。如下图所示准双向口：图3.1.1.2准双向口STC89C52RC复位模式有四种模式，分别为外部RST引脚复位，软件复位，上电复位/掉电复位，看门狗复位。这里我们采用外部RST引脚复位，简单实用。3.1.2整个模块设计与分析控制板部分原理图：图3.1.2.1单片机控制板部分设计比较简单，主要就是利用单片机的IO口做一些简单的连线，原理图中晶振上下方的为起振电容，起振电容的容值大小取决于晶振的频率。电容的选择如下表：图3.1.2.2晶振与匹配电容电阻列表因为单片机的管脚初始状态时为高电平，所以按键接口接地。同时也引出了一排插针用来处理单片机接受的开关信号而这些信号主要来自于三个传感器模块以及电动移门的开启与关闭状态的反馈开关量，以及电机控制端口。这些端口设计与连接共同组成了防夹门系统。其上有三个按钮分别为开门状态按钮关门状态按钮以及停止按钮。分别控制移门的开，关，停。3.2对射红外检测部分红外对射检测模块的功能主要是采集防夹门中的开关信号，比如当有人和物体在门中停留或行走时会挡住红外对射的路线从而检测到开关信号，总而言之其主要是起到一个检测防夹门内是否有人和物的一个功能，有人或物的话会输出一个开关量给单片机。图3.2对射红外识别模块实物图3.2.1对射红外检测模块采用的标准简介首先选择了一对红外对射传感器，选择了一片LM393做电压比较器，和一个电位器做分压作用。而LM393是一个双电压比较器。LM393优势： 1.度比较器;2.由于温漂引起的失调电压;3.单电源供电;4.共模电压范围接近地电平;5.逻辑电路。LM393特点： .电源电压范围宽: .差模输入电压范围等于电源电压;单电源:2.0Vto36V .饱和电压低50mvat4mA双电源:士1.0Vto士18V.输出电平兼容性强.电源电流消耗很低(0.4mA);.输入偏置电流低:25nA.输入失调电流低:士5nA.最大输入失调电压:士3mV.输入共模电压范围接近地电平;图3.2.1内部结构及管脚图3.2.2对射红外检测模块的组成图3.2.2.1红外对射管原理图当对射管中间无任何物体时红外接收管接收到光信号产生反向的漏电流则经过电压比较器则正向电压端的电压大于反向端的电压则输出经过稳压管产生正3.3v的高电平输入单片机，当中间有人或物挡住接收管得光照时则电压比较器的反向端的电压大于正向端的电压则稳压管反向导通则输出约为0v的低电平到单片机中。而我采用的LM393驱动方式是驱动TTL的方式这里还有多种驱动方式可以一起总结为以下几种关于LM393外部驱动电路的组成方式。图3.2.2.2各种LM393外围驱动电路而我采用的是基本比较式的电路。以此来调节红外对射检测模块的检测距离同时信号的放大。3.2.3与控制器接线设计通过2脚插针用杜邦线与单片机的IO口相连，从而使端口输出高低电平，来实现数据的传输。3.3热释电红外人体检测模块 热释电红外检测模块检测的主要功能是用来检测一段范围内是否有人体活动，若是有人体活动会产生一个开关量信号，并送给单片机，与对射红外、微波接近相辅相成，提高防夹功能的安全性。图3.3热释电红外人体识别模块实物图3.3.1器件选型与简介主要器件为传感器PIRD203S与菲涅尔透镜及bis0001芯片。由这几个元器件而组织搭起来的电路。PIRD203S简介与主要特性图3.特点：1.具有高灵敏度和极高的信噪比2.温度变化时高稳定性3.可探测轻微运动4.对外部噪声的高抗扰度5.更高的成本效益灵敏度（500K,1HZ,1HZ）4.3mVp-p(标准值)视域45度光学滤波器5微米的波通电极（2.0*1.0mm）*2电源电压2到15V工作温度-40到70摄氏度储存温度-40到85摄氏度菲涅尔透镜的简介与主要特征：视野广阔可靠性能强的特点。图3.3.2透镜范围介绍BIS0001选型与简介：特点：CMOS数模混合专用电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配进行信号预处理，双向鉴幅器可以有效的抑制干扰，内设延时时间计时器和封锁时间计时器，结构新颖稳定可靠调节范围宽，内置参考电源，工作范围宽+3v~+5v。采用DIP16脚封装。封装图如下所示： 图3.3.1.1原理图其内部原理框图如下图所示： 图3.3.1.2内部原理图上图bis0001红外信号处理的原理框图，外接元件可自由选择。由上图可看出BISS0001是由运算放大器，电压比较器和状态控制器，延迟时间计时器，封锁时间计时器及参考电压源等构成的数模混合专用机体电路，可广泛应用于多种感测器和延时控制器。其引脚功能如下所示：VDD工作电源正端范围3~5v。VSS工作电源负端，一般接0v。IB运算放大器偏置电流设置端。经RB接VSS端，RB取1MΩ左右。1in-第一级运算放大器反向输入端1in+第一级运算放大器的同向输入端。1out第一级运算放大器的输出端。2in-第二级运算放大器的反向输入端。2out第二级运算放大器的输出端。Vc触发禁止端。当Vc小于Vr时禁止触发：当vc大于vr时允许触发。Vr大概约等于0.2VDD。Vrf参考电压及重定输入端。一般接vdd，接“0”A可重复触发和不可重复触发端。当A=“1”时允许重复触发，当A=“0V0控制信号输出端，由V5的上跳变沿触发使V0从低电平跳到高电平时为有效触发，在输出延时TX之处和V5无上跳变时V0为低电平状态。RR1RC1输出延时时间TX调节端。TX约等于19152R1C1。RR2RC2触发封锁时间TI的调节端。TI约等于24R2C2。我们来用下图来简单明了的说明在不可触发方式下的BISS0001的工作过程及各点波形。图3.3.1.3不可触发方式下的各点工作波形图首先我们根据需要，利用OP1组成传感信号的预处理电路，将信号放大。然后综合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（VM约等于0.5VDD）后，送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器后，检出有效触发信号VS。由于VH约等于0.7VDD,VL约等于0.3VDD，所以当VDD=5v时可以有效的解决正负1v的外部信号干扰，提高系统的可靠性。COP1是一个条件比较器，当输入电压VC小于VR时COP1输出为低电平封住了U2，此时若要有触发信号的上跳变沿的到来，可启动延时时间计时器，同时VS端输出为高电平进入延时周期。当”A”接0电平时，在TX时间内任何V2的变化都可被忽略，直至TX时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当TX时间结束时，V2下跳回低电平，从而启动封锁时间计时器而进入封锁周期TI。在TI周期范围内任何V2变化都不能使V0为有效状态。这一功能设置可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。如下图所示为可触发方式下各点的变化波形。来形象的体现了BISS0001在可触发工作方式下的工作过程。图3.3.1.4可触发方式下各点变化波形图在VC=0或A=0期间，V5不能触发V0为有效状态。在VC=1、A=1时，V5可重复触发V0为有效状态，并在TX周期范围内一直保持有效状态。在TX时间内，只要有V5的上跳变，则V0将从V5上跳变时刻算起继续延长一个TX周期1，若VS保持“1”的状态，则V0一直保持“0”的状态，则在TX周期结束后V0恢复为无效状态，并且在封锁周期TI时间内任何VS变化都不能触发V0为有效状态。这是关于biss0001的工作方式与内部工作状态的介绍。下面是BISS0001的极限参数（VSS=0v）电源电压-0.5v到+6v；输入电压范围-0.5v到+6v（VDD=6V）；各引出端最大电流正负10mA（VDD=5V）；工作温度范围-10度到正70度；存放温度负65度到正150度；以下图来表示其电气参数： 图3.3.1.5电气常数综上所述为红外ic处理芯片的具体介绍。3.3.2电路的组成与简介热释电红外人体检测模块主要是由红外处理IC芯片及热释电PIR及菲涅尔透镜组成。三个部件在电路组成中起到极高的作用下面如图所示是其原理图模块。图3.3.2热释电红外人体识别模块原理图PIR的检测红外波长约为0.5到20微米，而人体红外波长约为7到10微米，所以我们还需要在PIR前加一菲涅尔透镜来解决这一问题，而原理图采用可触发方式实现，运用第一级运算放大器采取传感器带来的模拟量进行前置放大然后经过OP2的第二级放大经过送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器后，检出有效触发信号VS。同时通过延时器组成了热电释人体识别的的电路。3.4微波接近式检测部分微波接近式检测主要是用来实现检测移动的人体物体的功能，我们将其放置门内与红外对射功能相辅相成应，由于其抗干扰能力强从而保障了电动移门防夹的安全性。由于金属对其有屏蔽作用这一弱点，为解除这种隐患与另外两种检测模块相结合从而保障提高了电动移门的安全性。3.4.1产品简介：接近传感器TRIS-972，基于多普勒技术原理，采用微波专用微处理器、平面型感应天线、进口元器件,不但检测灵敏度度高，探测范围宽，而且工作非常可靠，一般没有误报，能在-15～+60度的温度范围内稳定工作，是以往红外线、超声波、热释电元件组成的报警电路以及常规微波电路所无法比拟的，是目前用于安全防范和自动监控的最佳产品。非常适合在仓库、商场、博物馆或者金融部门等场合作为人体或者物体移动检测传感头使用，具有安装隐蔽、监控范围大、系统成本低的优点。其工作原理主要由以下几点组成(1)接近传感器TRIS-972的平面微型感应天线，产生一个椭圆形半径10cm10m(距离可调)空间微波戒备区，对于较弱的干扰信号，如小体积的动物，远距离的树木晃动、高频通讯信号、远处的闪电和家用电器开关时产生的干扰予以虑除。在微波感应区域内，当传感器检测出有人体或者较大体积的物体以一定速率移动时，触发控制电路工作，继电器输出端动作，延时输出1秒到3分钟。(2)传感器初次上电，绿灯亮预示着进入自检启动进程，大约17秒后灯熄灭预示着正式进入工作状态。而后，在感应范围内，检测到有物体移动，继电器有1秒至3分钟(时间可调)的信号输出。如果人体或者物体一直在监测范围内活动，将持续输出信号。(3)接近传感器TRIS-972共有4根接线，PCB板上设置有灵敏度调节电位器，可以使感应器距离从10cm10m之间可调节，顺时针方向旋转电位器按钮(绿灯旁)，灵敏度增加，感应距离增大。逆时针方向旋转，灵敏度减小，感应距离减小。接线端子说明如下：1.蓝色线继电器输出端12.白色线继电器输出23.红色线电源正极(＋12V）4.黑色线电源负极(GND)使用注意事项：(1)微波传感器产生的微波信号在传输、反射接收以及放大处理过程中可能引起微量噪波，过分提高灵敏度将引起噪波误触发，TRIS-972可以探测12米远处的人体或者物体移动，只是太灵敏，容易引起误报，一般建议用户在7米以内使用，正常调节灵敏度电位器在5米处移动3～4步被触发为佳。(2)微波传感器可穿透塑料壳、玻璃和混泥土墙体等，但金属体对微波信号有屏蔽作用，因此，不能在被测物体与微波传感器之间有大面积的金属面板，否则将会影响微波传感器的正常工作状态。其工作的主要技术参数：1.输入电压：DC12V(AC220V可选)2.感应范围：7m内有效，最远可达12m(可调)3.感应角度：有效角度120度，可调节4.信号输出：继电器触点输出(常开/常闭可选）5.外形尺寸：长x宽x高42.0x53.0x13.6mm3.4.2电路的组成与简介 微波检测模块主要特点为抗干扰能力强，探测范围广的特点。 如下图所示为其原理图部分：图3.4.2微波接近式传感模块3.5电机驱动控制部分 电机驱动部分我们采用了两块电机驱动模块的电路，一块用来控制电机正转反转，另一块用来控制电机的开关状态，电机是启动还是不启动。同时电机驱动电路主要是实现了一种弱电控制强电的功能，保障了电路的安全性。从而使单片机能够实时的控制门的开关。3.5.1器件选型与简介电机驱动控制部分主要由光电耦与继电器与三极管组成。光电耦这里采用的是C107这款芯片，其具有光电转换的作用，而且它的输入输出回路不存在电气关系，从而进一步实现了隔离效果，并且它的回应速度很快，能够在极短的时间的反应出速度大概时间为10微秒左右适合用于高速场合。它的内部结构图简单明了如下图所示：这里我们采用的四脚封装模式，其实它还具有6脚封装与8脚封装模式同时可列出如下图： 图3.5.1另外我们这里介绍继电器的选择与简介：继电器的选择是多方向的，但我们需要根据实际情况来选择继电器器件，选择前的第一步首先要明确继电器所处的工作环境，那就是说工作电压，工作的功率，还有就是选择是单刀双振还是单刀单振方式以及单刀多振方式等。而我所选择的是如下图所示的继电器： 图3.5.1这里使用继电器主要是起到一个开关保护的作用。这里我们继续介绍一下我们所使用的8050，8050三级管在这里我主要用来起到开关三级管的作用，是一种NPN型的硅材料三级管，最大集存器电流0.5A，直流电增益大概为10到60；功耗为625mW，最大集存发射电25v，频率150MHZ。判断三级管管脚时我们一般将三极管带字的一端对人，然后从左到右依次是e（发射极）、b（基级）、c（集电极）。当然我也可以用测试法。1.判定基极。用万用表电阻挡测量管子三个电极中每两个极之间的正向与反向的电阻值。一般我们调到一千欧姆左右的电阻档，当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。但到这时，要注意所用的万用表笔的极性，如果是红表笔接的是基极b。同时黑表笔分别接在其他两极时，并且测得的阻值都比较小，则可判定被测管子为PNP型的；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管，这是基级的判断方法。2.判定三极管集电极c和发射极e。(以PNP型三极管为例)将万用表置于电阻档的一千欧姆档，红表笔接基极b，而用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，另一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。以下是8050的管脚框图。 图3.5.1.33.5.2电路的组成与简介电机驱动模块电路主要考虑的是电路的强弱电控制，而强弱电控制电路主要靠光电隔离与继电器组成，说到光电隔离这里我们用光电耦元器件搭建的电路。而继电器在其中主要起控制开关的而我们所要控制电机三个端口所以我里采用的两个继电器来控制，下图为电机控制模块的实物图与原理图： 图3.5.2电机启动电机反转电机正转电机启动电机反转电机正转单片机控制端口电机启动单片机控制端口正反转 图3.5.2.2电机驱动单片机控制端口电机启动单片机控制端口正反转上图所示为我电机驱动模块的电路图。在单片机输入端口端当为高电平时光电耦的输出端没有电压通过8050应为三级管一个特性是发射结正偏，集电结反偏，而这时的基级输入电压等于0所以三极管不能工作从而射级电压小于220V,而后继电器会跳到开关2，当单片机的输入端口为低电平时，光电耦工作从而光电耦的三脚输出电压为220v经过8050集电极反偏从而产生集电极电压从而继电器不在工作从而开关保持在开关1,而我们同时在继电器上方加了一个二极管其实是启电路保护作用。综上所述为电机驱动的工作原理。3.5.3与电机的的接线设计与单片机接线主要是弱电控制强电的原理，这里我们采用光电耦来实现光电隔离，然后通过继电器来控制电机。当单片机端口输出一个低电平，光电耦合器导通，然后开关三级管导通，继电器的线圈上电，继电器工作从而达到控制电机的作用。第四章软件设计软件设计主要包含了三个模块一个是主程序模块，第二个是防夹模块，第三个是电机驱动模块。4.1主程序流程框图的设计及分析NNYNYNY开始初始化STC89C52RC初始化IO口,初始化变量a=0、b=0、c=0开门按钮是否按下a=1,开门，电机驱动及显示状态关门按钮是否按下传感器防夹判断子程序b=1,关门显示灯亮，电机驱动子程序停止按钮是否按下结束停止灯亮，电机驱动子程序主程序设计主要包含IO口的初始化定义，以及中断程序的初始化，电机驱动子程序的调用以及传感器模块子程序的调用，主程序设计是整个设计核心灵魂所有的子程序都围绕着主程序而服务，同时对按键设计了防抖动。首先初始化各种定义端口以及中断等，然后跟据开关门按钮的状态来执行防夹子程序及电机控制子程序，最终来达到防夹目的控制。4.2防夹及状态显示流程框图与分析NYNYNYNYNY防夹子程序关门按钮已经按下三个传感模块同时不具有信号即p2.0==0&&p2.2==0&&p2.3==0b==1,关门显示灯亮，执行电机驱动子程序关门三个传感器模块逻辑或的关系即p2.0==0||p2.2==0||p2.3==0a==1,关门显示灯灭，开门显示灯亮，执行电机驱动子程序开门门是否关好的状态P2.5==0所有状态显示灯关闭，执行电机驱动子程序返回防夹以及对状态显示的工作流程图如上图所示，主要是利用了三个传感器模块的开关信号传入单片机，当关门时会检测三个传感器模块的信号的开关量，若三个开关量信号逻辑与的关系下都未检测到物或人时执行关门的程序。继续检续检测三个开关量，若其中任何一个检测到开关量，这里是逻辑或的关系，则电机控制程序中会控制开门，若三个都不存在开关量则继续关门，直至门状态控制器的弹簧开关检测到开关量高电平则表示此时门已经关闭，则电机的电源开关关闭，所有状态显示灯关闭，若未关闭继续循环直至最终关闭。4.3电机驱动程序流程图与分析NNYNYNYYNNY电机驱动子程序开门执行判断变量a==1a==0,电机电源控制端口打开，同时控制正反转端口高电平正转关门执行判断变量b==1b==0,电机电源控制端口打开，同时控制正反转端口低电平反转停止执行判断变量c==1c==0,电机电源关闭,停止状态显示灯亮返回门已关好判断P2.5==0电机电源启动端口关闭，所有状态显示灯关闭门是否开好判断P2.6==0电机驱动程序用来实现对门正反转状态的控制，使用if嵌套语句来实现对门的状态选择控制的形式可以控制四种状态，一种是开门状态是用来控制电机的正转最终达到开门的目的，第二种是控制状态是关门状态是用来控制电机的反转来达到关门的目的，第三种是停止状态是用来控制门的启动按钮来控制门的停止，第四种是门已关闭的状态用来控制关闭电机驱动的总开关来实现停止电机运行的目的。 第五章系统调试5.1整体调试在整体调试过程中发现按键时会产生不灵敏的现象，通过检查与思考发现并不是接触不良的原因，主要是由于按键存在抖动现象为解除这一现象我们采用了防抖动的设置，即在程序中按键时添加按键后延时一点时间和等待松手的检测即一按一松计为一次成功。从而解决了按键不灵敏的现象。5.2对射红外电路调试 对射红电路在调试过程中发现将距离改变后会产生感应器感应电压不稳定的现象，这里我们采用LM393解决了这一问题，LM393在这里主要起着电压比较器的作用，而我们在它的反向输入端加一个电位器用来调节基准比较电压的大小从而解决了上述问题。5.3热释电红外人体感应模块的调试 热释电红外传感模块在开始测试时发现检测到开关信号后会不断的产生高电平的输出即使没有人体在也会继续检测到人体，这个问题让我开始以为延时那一部分电路产生了问题结果在更改调试一段时间后无果后翻阅资料发现若是没加菲涅尔透镜会产生这一问题，由于PIR的读取波长是0.5微米到20微米而人体红外波长为7到10微米左右而菲涅尔透镜的波长在7到10微米所以有效的检测到了人体信号并不受干扰。在PIR前加了一块菲涅尔透镜后问题得到了圆满的解决，同时在调试过程中延迟时间定时器与封锁时间定时器的调节起着至关重要的作用因此我采用的是电位器来精准调节。5.4电机驱动模块的调试电机驱动模块在调试过程中还是比较顺利的没有产生差错。但是还是需要对电机的控制电压来选择继电器型号。结束语1设计历程 经过这段时间对电动移门的防夹设计，总体而言整体实物电路并不大，单是却是拥有着电动移门防夹的一整套系统，每一个模块都是通过深思熟虑过后确定的方案，根据前人的经验，其中查看了一些外文资料整理发现了许多理论上可行实际上需要稍加修改的电路方案然后再通过我自己的一些实验与调试来完成了本设计，在调试阶段深感调试电路的重要性发现了许多我们平时设计不够严谨，考虑不周全的多些方面。从而改正了自身很多不大好的设计思维惯例。同时本设计也是一种软硬件相互结合的设计思想，程序与硬件电路形成一种密切相关的关系，本软件设计我所采用的keil4这款软件，同时我采用的c语言编程，当然也可以用汇编来编程，我采用c语言的主要原因是由于我们所采用的单片机的空间足够大，而本人同时对c语言很熟悉。编程最终生成HEX文件，再由STC烧录文件烧录到单片机中。图示：KeiluVision4编译环境2设计特点 本设计采用多种传感模块，主要包括微波、红外两大类。采用单片机系统用来采集与控制这些传感信号已达到保护防夹的作用，本系统采用多重保护的设计思想人身安全放在首位，同时具有开关，电机控制，检测，控制，特殊情况处理为一体的电路模块，包含了电机一体化的设计思想，同时将电子控制技术应用于人们的平时生活之中，同时最大程度的保障安全实用的特性。麻雀虽小，五脏俱全，设计电路结构虽然与目的虽小但却包含了多种多样的设计思想。3存在的问题和改进用于本人的设计经验与眼光的受限，此电动移门的防夹设计还需多处改进之处，在防夹过程中有许多余的硬件资源被浪费，同时防夹硬件的稳定性得不到全面的肯定，在高温或低温的环境下不能完全的肯定与保障安全工作，还有就是采用的都是传统的传感方式，没有得到创新，以一种另类的传感方式来实现信息的采集。所以我们需要在高低温下做实验看是否能够保障安全的目的，同时我们也要寻找更为灵活运用，更为简便的传感方式。4展望和体会 随着科技的进步与人民生活水平的提高以及减少人力资源的浪费。我们生活的方式会向自动化与智能化的方向发展。同时安全问题已然已成为社会最主要问题的今天，自动化控制的发展是不可避免的，同时我们也需要保障安全的大前提下完成自动化的设计，而防夹门的应用，多用于办公地点，仓库，酒店，银行等多处地点的今天，这些人流量巨大的场所所带来的安全问题不容忽视，所以我们的电动移门的防夹设计前景广泛。同时也是科技进步所带来的不容忽视的一方面。本设计主要着重于安全保障与自动控制因此所研究的大前提方向是安全问题，科技进步带来的是安全问题，而我们所研究的是如何解决安全问题，具有极其重要的实际意义。在未来发挥它极其重要的作用。致谢“电动移门防夹设计”的毕业设计终于完成了，可以说是在苏州大学学习过程中一个美好的答卷。同时也包含了接近半年的汗水结晶，从方案的建立修改，原理图的建立、分析、修改到电路的焊接与调试与软件的编程与控制。整个过程充满着惊险与激动，特别是看到最终产品的实现，目标的达成与实现，心中充满着喜悦与充实，难以用语言来表达，同时本次设计的完成也离不开马强老师与同学的帮助教导与支持。首先需要感谢我的导师马老师，他不仅在课题的理论研究方案上给于我以精心的指导，同时也给我设计细节上给予指导与帮助。正是由于老师的指导与帮助才能够让我在设计过程中少走很多弯路，同时也看到了自身很多不足之处，需要加以学习与改进，在以后的学习与工作中具有巨大的影响意义。同时也要感谢我的同学们的无私帮助，在此表示诚挚的感谢。在论文的撰写上引用了很多别人的论文资料和成果，也在此特别感谢。最后，我衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！参考文献1、丁轲轲.自动测量技术.中国电力出版社.2004年2、徐虎.等主编.电机应用技术.机械工业出版社.20103、王晓明.电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社,2007.84、周征编著.自动检测技术实用教程.机械工业出版社,20105、康华光主编.电子技术基础（第五版）.高等教育出版社,2006-16、李恩光.机电伺服控制技术.东华大学出版社,2003.17、彭容修主编.数字电子技术基础（第二版）.武汉理工大学出版社,2006-28、朱大奇李念强.单片机原理-接口及应用.南京大学出版社,2003.59、林辉等.电力电子技术.武汉理工大学出版社,2002．3；2610、邬宽明.现场总线技术应用选编（3）.北京航空航天大学出版社,2005.811、刘国荣.计算机控制技术与应用.机械工业出版社.201012、C8051F41xISPFlashMCUFamilySiliconLaboratoriesInc.,2007.513、Motorola,Inc.HCS08MicrocontrollerDataSheetRev.6,2008.714、林占江.电子测量仪器原理与使用技术.北京电子工业出版社,200615、陈永甫编著.红外辐射红外器件与典型应用.电子工业出版社.200416、[美]PaulHorowitzWinfieldHill[著]吴利民译.电子学第二版.电子工业出版社.2005.10附录1（电路原理图及PCB）在Altiumdesigner绘制原理图原理图全图热释电人体检测模块PCB热释电人体检测模块PCB3D虚拟板附录2（控制程序）#include"reg52.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitkey1=P1^7;//定义停止按钮sbitkey2=P1^2;//定义打开按钮sbitkey3=P1^3;//定义关闭按钮sbitled1=P1^4;//关门状态显示sbitled2=P1^5;//开门状态显示sbitled3=P1^6;//停止状态显示sbits0=P2^0;//热释电红外人体检测端口sbits1=P2^1;//电机驱动端口sbits2=P2^2;//红外对射信号输入端口sbits3=P2^3;//微波接近式检测信号输入端口sbits4=P2^4;//电机电源开启关闭端口sbits5=P2^5;//门是否已经关闭的开关量检测sbits6=P2^6;//门是否已经开启完全的开关量检测uchara=0;//初始化a