基于单片机的自动门控制系统设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ）设计题目 基于单片机自动感应门设计与仿真学 院 机电工程学院 教 学 系 电气技术系 班 级 12 电气 5 姓 名 李春宇 指导教师 张永红 2017 年 3 月北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文1摘要现 代 社 会 是 一 个 快 速 发 展 的 信 息 化 社 会 ， 随 着 科 学 技 术 的 不 断 进 步 ， 人 们 不 断 去 追求 舒 适 ， 方 便 的 生 活 环 境 。 于 是 相 应 的 电 子 产 品 产 生 ， 智 能 型 自 动 门 同 样 出 现 在 人 们 的生 活 中 。 自 动 门 的 控 制 系 统 是 随 着 人 们 对 生 活 条 件 的 不 断 追 求 ， 科 技 的 不 断 发 展 应 运 而生 的 产 品 。 由 于 单 片 机 系 统 的 适 应 能 力 强 ， 稳 定 性 高 ， 所 以 本 设 计 采 用 AT89C51 单 片机 作 为 主 控 制 器 。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 时红 外 线 能 量 变 化 ， 传 给 单 片 机 。 电 机 作 为 门 驱 动 装 置 。 通 过 单 片 机 控 制 电 机 ， 使 门 自 动打 开 ， 当 人 进 门 后 又 可 以 使 门 自 动 关 闭 。关 键 词 ： 单 片 机 ； 热 释 红 外 线 传 感 器 ； AT89C51； BIS0001 芯 片北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文2目 录摘要 .11. 绪论 .31.1 课题研究的背景 .31.2 自动门的发展 .31.3 电机自动控制系统的应用和发展 .41.4 课题研究的目的和意义 .41.5 设计的基本思路 .52. 系统硬件设计 .62.1 系统硬件与功能设计 .62.2 单片机介绍 .92.3 热释电红外传感器介绍 .112.4 BISS0001 芯片介绍和典型电路 .132.5 步进电机 .152.6 斩波驱动 .163. 系统软件设计及调试 .183.1 系统软件结构 .183.2 各部分程序流程设计 .183.3 调试 .203.4 门行程检测及故障检测 .22总结 .23谢辞 .24参考文献 .25附录：程序源代码 .26北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文31. 绪论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 自动门的发展 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。 自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在 1945 年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。到了 1962 年，电气式己开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展，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。例如：各种用可识别控制的自动专用门，如：感应自动门(红外感应，微波感应，触摸感应，脚踏感应)、刷卡自动门等。 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。北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文41.3 电机自动控制系统的应用和发展电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱、空调、DVD 等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微型计算机的性能越来越高，价格也越来越便宜。此外电力电子技术的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制各类电机完成备种新颖的、高性能的控制策略，是电机的各种潜在能力得到充分发挥，是电机的性能更符合使用要求，还可以制造出便于控制纳新型电机，使电机出现新的面貌。比较简单的电机微机控制，例如在适当的时候让电机启动、制动或反转之类，只要让微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了：在各种机床设备及生广流水线中，现在已普遍采用微机的可编程控制器。按一定的规律控制各类电机的动作。至于复杂的控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等，使电机按指定的指令准确工作。通过微机控制，电机的性能有很大的提高。例如传统的直流电集合变流电机各有忧缺点，直流电动机的调速性能好。但带有机械按向器，有机械磨损及换向火化等问题；交流电动机，不论是异步电动机还是同步电动机，结构都比直流电动机简单。工作也比直流电动机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，他们的速度不能方便而又经济的调节。复杂的电机微机控制主要用于以下两个方而：1、发电机励磁系统的控制。用以保证正常工作时发电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定，达到优化控制的目的。2、电动机调速及其位置伺服控制。用于鼓风机或水泵的调速节能、数控机床、微型计算机磁盘驱动器、机器人等控制系统。在电机微机控制系统中，微机主要完成下列工作：1、实时控制。根据给定的要求控制规律，对发电机的电压，电动机的转速等物理量实现在线实时控制。2、监控。完成事故报警、事故处理、系统诊断及管理等。3、数据处理 完成必要的数据采集、分析处理、计算、显示、记录等。北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文51.4 课题研究的目的和意义自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中自动平移门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门。自动平移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。随着电子科技的不断发展, 各种智能控制系统进入人们的生活。自动平移门控制系统成为学校、公司等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。1.5 设计的基本思路1、有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门 1m 的时候，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 1-1：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 1-1 设计总结构图北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文62. 系统硬件设计2.1 系统硬件与功能设计红外自动门控制系统主要由 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。系统硬件框图如图 2-1 所示：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。 （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2-1 红外线自动门控制系统硬件框图北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文7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（有的厂家使用三角皮带）：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，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。 北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文8下图为设计电路原理图图 2-2 电路原理图北京电子科技职业学院机电工程学院毕业论文92.2 单片机介绍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2-3 AT89C51外形及引脚图2.2.1 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