电动移门防夹设计毕业设计论文.doc

苏州大学本科毕业设计（论文） 班级班级 学号学号 6363 苏州大学电子信息学院 本科毕业设计论文 题题 目目 电动移门的防夹设计 学学 院院 电子信息学院 专专 业业 电子信息工程 学生姓名学生姓名 陈严严 导师姓名导师姓名 马强 苏州大学本科毕业设计（论文） 摘要摘要 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 目录 第一章 前言.1 1.1 电动移门的概况1 1.2 本文研究的目的和意义.2 1.3 设计的要求与方案3 第二章 总体设计分析.4 2.1 总体设计方案说明.4 2.2 组成框图.5 2.3 主要功能模块的简介.6 2.3.1 控制器模块.6 2.3.2 对射红外检测模块.6 2.3.3 热释电红外人体检测模块.7 2.3.4 微波接近式检测模块.7 2.3.5 电机驱动控制模块.8 第三章 硬件设计.9 3.1 主控板部分.9 3.1.1 器件选型与简介.9 3.1.2 整个模块设计与分析.11 3.2 对射红外检测部分.12 3.2.1 对射红外检测模块采用的标准简介.12 3.2.2 对射红外检测模块的组成.13 3.2.3 与控制器接线设计.14 3.3 热释电红外人体检测模块.14 3.3.1 器件选型与简介.15 3.3.2 电路的组成与简介.20 3.4 微波接近式检测部分21 3.4.1 器件选型与简介.22 3.4.2 电路的组成与简介.23 3.5 电机驱动控制部分23 3.5.1 器件选型与简介.23 3.5.2 电路的组成与简介.26 3.5.3 与电机的的接线设计.27 第四章 软件设计.28 4.1 主程序流程框图的设计及分析.28 4.2 防夹及状态显示流程框图与分析.29 4.3 电机驱动程序流程图与分析.31 第五章 系统调试.32 5.1 整体调试.32 苏州大学本科毕业设计（论文） 5.2 对射红外电路调试.32 5.3 热释电红外人体感应模块的调试.32 5.4 电机驱动模块的调试.33 结束语.33 1 设计历程33 2 设计特点34 3 存在的问题和改进35 4 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）41 苏州大学本科毕业设计（论文） 1 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 2 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 3 第二章第二章 总体设计分析总体设计分析 2.12.1 总体设计方案说明总体设计方案说明 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 4 2.2 组成框图 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：电机控制 传感检测 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 5 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。 图 2.3.1 控制器模块内部框图 2.3.2 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。 图 2.3.2 对射红外模块内部框图 单片机 电机状态显示 led 显示 端口插针，用来联 系电机驱动与传感 器模块的接口 开 关 停 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 用来控制整 个防夹系统 对射红外传感 器 电压比较器 输出开关量 苏州大学本科毕业设计（论文） 6 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。 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。 pir 菲涅尔透 镜 biss0001 及其外围电 路 开关量输出进单 片机 苏州大学本科毕业设计（论文） 7 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。 图 2.3.3 电机驱动内部框图 光电耦合器 单片机信号输 入 开关三极管 继电器控制电机 苏州大学本科毕业设计（论文） 8 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，8kb flash 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 9 的加密功能较为完善，有利于开发者保护其知识产权。 图 3.1.1.1 stc89c52rc 引脚图 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 10 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： vc c s 1 s w -pb 1161kr1 21510kr2 10uf c 3 c ap2 gnd t2/p1.0 40 t2ex/p1.1 41 p1.2 42 p1.3 43 p1.4 44 p1.5 1 p1.6 2 p1.7 3 p0.0 37 p0.1 36 p0.7 30 p0.6 31 p0.5 32 p0.4 33 p0.3 34 p0.2 35 p2.0 18 p2.1 19 p2.2 20 p2.3 21 p2.4 22 p2.5 23 p2.6 24 p2.7 25 r xd/p3.0 5 txd/p3.1 7 int0/p3.2 8 int1/p3.3 9 t0/p3.4 10 t1/p3.5 11 w r /p3.6 12 r d/p3.7 13 vs s 16 vdd 38 r es 4 ale 27 ps en 26 ea 29 x0 14 x1 15 p4.0 17 p4.1 28 int3/p4.2 39 int2/p4.3 6 ic ? s tc 89c 51r c gnd s ? s w -pb s ? s w -pb 30pf c ? c ap 30pf c ? c ap 12 y? xta l gnd s ? s w -pb 二二二二二 d? * 二二二二二 d? * 二二二二二 d? * 1k r ? r es2 1k r ? r es2 1k r ? r es2 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 11 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; 苏州大学本科毕业设计（论文） 12 单电源:2.0v to 36v .饱和电压低 50mv at 4ma 双电源:士 1.0v to 士 18 v .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 5 na .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 vc c gnd 100 r 26 r es2 vc c 22k r 27 r es2 二 d12 * 二 d13 * gnd vc c gnd r 28 10k lm 393 opam p gnd gnd 1 2 3 p2 header 3 vc c gnd vc c 1k r ? r es2 d? d zener 苏州大学本科毕业设计（论文） 13 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 14 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 pir d203s 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。 pir d203s 简介与主要特性 图 3.3.1 pir 介绍 苏州大学本科毕业设计（论文） 15 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 dip 16 脚封装。封装图如下所示： 苏州大学本科毕业设计（论文） 16 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 35v。 苏州大学本科毕业设计（论文） 17 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 1m 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”时可以使计时器复位。 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=“0”时不允许重复 触发。 v0 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 biss 0001 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 18 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 biss 0001 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 19 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 20 a 1 v0 2 r r 1 3 r c 1 4 r c 2 5 r r 2 6 vss 7 vref/reset 8 vc 9 ib 10 vdd 11 2out 12 2in- 13 1in+ 14 1in- 15 1out 16 b is0001b d 0 s 1 g 2 d203s 10k r ? 18k r ? r es2 103 c ? c ap 47k r ? 47uf c ? c ap pol1 1m r ? 2k r ? 104 c ? c ap 22uf c ? c ap pol1 6.8k r ? 470k r ? 1m r ? 103 c ? c ap 18k r ? 1m r ? 103 c ? c ap 18k r ? 47uf c ? c ap pol1 503 c ? c ap 103 c ? c ap 1m r ? 1m r ? 10k r ? 1m r ? 1k r ? 103 c ? c ap 104 c ? c ap 22uf c ? c ap pol1 d? 1 2 3 p? header 3 vout 1 vin2 gnd3 7133-1 7133-1 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 21 3.4.1 器件选型与简介 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 10cm-10m( 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 10cm-10m 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 1 2.白色线-继电器输出 2 3. 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 34 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： 苏州大学本科毕业设计（论文） 22 1. 输入电压：dc 12v (ac 220v 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 42.0 x 53.0 x 13.6mm 3.4.2 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： vc c +12v 二 gnd 二 out2 二 out1 二 二二二二二二二二 vc c gnd 1k r ? r es2 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 23 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 3.5.1.1 内部结构 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 24 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 3.5.1.2 继电器特征图 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。 苏州大学本科毕业设计（论文） 25 图 3.5.1.3 管脚分布图 3.5.2 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 3.5.2.1 实物图 苏州大学本科毕业设计（论文） 26 图 3.5.2.2 电机驱动原理图 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。 u2 c107 j1 r elay 330 r 7 r es2 vc c +5v q2 8050 100k r 8 r es2 vc c +220v 51k r 11 r es2 gnd d1 diode m 12 34 二二 u3 c107 330 r 8 r es2 vc c +5v q3 8050 100k r 9 r es2 vc c +220v 51k r 12 r es2 d2 diode vc c +220v gnd j2 r elay-s ps t +12 +12 gnd 单片机控制 端口正反转 单片机控制端口 电机启动 电机正转 电机反转 电机启动 苏州大学本科毕业设计（论文） 27 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 n y n y n y 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 苏州大学本科毕业设计（论文） 28 的调用以及传感器模块子程序的调