单片机课程设计--基于单片机的宾馆智能自动门设计.doc

学 号 11750315 天津城建大学 单片机原理及应用 A 设计说明书 基于单片机的宾馆智能自动门设计 起止日期： 2014 年 1 月 4 日 至 2014 年 1 月 10 日 控制与机械工程学院控制与机械工程学院 2014 年年 1 月月 10 日日 目录目录 学生姓名王宁 班级11 电气 3 班 成绩 指导教师 (签字 ) 2 一、原理一、原理 .3 二、硬件设计二、硬件设计3 2.1 时钟电路时钟电路 .3 2.2 复位及复位电路复位及复位电路.4 2.3 热释电红外传感器热释电红外传感器 .4 2.4 电动机电路电动机电路5 2.5 单片机介绍单片机介绍6 三、程序设计三、程序设计7 1.流程图流程图7 2.程序程序8 四、总结四、总结 .9 参考文献参考文献 .10 附录附录 PROTUES 总电路图总电路图.11 一、原理一、原理 3 本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。自动门控制系统电路设计， 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。单片机控制扬声器和使其播放“欢迎光临”和点亮彩灯。步进电机作为门驱动 装置，通过单片机控制电机，使门自动旋转。单片机控制门锁打开。原理方框图如图1-1所示。 A AT T8 80 0C C5 51 1芯芯片片 红红外外传传感感器器电电机机电电路路 语语音音及及彩彩灯灯控控制制 驱驱动动电电路路 图图1 1- -1 1 原原理理方方框框图图 门门锁锁控控制制 二、硬件设计二、硬件设计 2.1 时钟电路 AT89C51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 X1 和 X2 分别是此放大器 的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。时钟电路如图 2-1 所示，在 X1 和 X2 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电 容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在 1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF 之间 选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 X1 CRYSTAL C1 20pF C2 20pF XTAL1 XTAL2 图 2-1 时钟电路 4 2.2 复位及复位电路 复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单 元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处 于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄 存器有影响，它们的复位状态如表 2-2 所示。 表 2-2 一些寄存器的复位状态 寄存器复位状态寄存器复位状态 PC0000HTCON00H ACC00HTL000H PSW00HTH000H SP07HTL100H DPTR0000HTH100H P0-P3FFHSCON00H IPXX000000BSBUF不定 IE0X000000BPCON0XXX0000B TMOD00H RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周 期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能 完成复位操作。产生复位信号的电路如图 2-2 所示 C3 1uF R5 10k RST 图 2-2 复位电路 2.3 热释电红外传感器 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 5 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。 自动门感应器选择红外感应器，型为 HZKT002，它采用红外专用芯片 BISS0001 芯片。模 块线路板尺寸 35mm30mm， 透镜直径约 25mm，模块厚度 20mm，体积小，容易嵌入其他设备。 为增大感应范围，在感应器前面加上半球形菲涅尔透镜。 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。 0.000000 DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 Q1 NPN R2 2k R3 10k R1 1k P3.2 图2-3 红外检测电路 2.4 电动机电路 直流伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号的要求动作的职能，在信号来到之 前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号小时，转子能即使自行停转，由于 这种“伺服”性能，因此而得名。按照在自动控制系统中的功用所要求，伺服电机具备可控性 好、稳定性高和速应性强等基本性能。可控制性好是指寻好消失以后，能立即自行停转；稳定 性高是指转速随转矩的增加而均匀下家；速应性强是指反应快，灵敏。直流伺服电机的工作原 理和普通直流电机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生了磁通，当电枢绕组中通过电 流时，这个电枢电流与磁通互相作用而产生转矩使伺服电机投入工作。这两个绕组其中的一个 断电时，电动机立即停转，它不象交流伺服电动机那样有“自转”现象。所以我们选择直流伺 服电动机来进行自动门的转动。 直流伺服电机采用 H 桥驱动；单片机的一个引脚分别产生两种占空比不同的 PWM（脉冲宽 度调制）波形作为驱动信号实现启动 和制动；在门的中间及两边位置设置开关，作为中断信号产 生源，来判断电机是否应该停止。电机电路如图 2-4 所示。 6 Q3 NPN Q6 NPN Q7 PNP Q4 PNP +88.8 Q5 NPN Q8 NPN R4 100 R6 100 R7 10k R8 10k P2.3 P2.4 图 2-4 电动机电路 2.5 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（FPEROMFalsh 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。 7 三、程序设计三、程序设计 1.流程图 开开始始 初初始始化化 电电动动机机启启动动 探探测测到到红红外外信信号号 N N 延延迟迟2 2秒秒门门锁锁打打开开 延延迟迟3 30 0s s 电电机机停停机机 延延迟迟3 30 0s s 门门锁锁关关闭闭 图图3 3- -1 1 主主程程序序流流程程图图 调调用用吕吕语语音音彩彩灯灯 子子程程序序 8 亮亮灯灯 结结束束 播播放放语语音音 时时间间开开关关 延延时时两两秒秒 Y Y N N 图图3 3- -2 2 语语音音和和彩彩灯灯流流程程图图 开开始始 2.程序 主程序： #include sbit L=P32;/接受传感器信号 bit Flag;/标志位 sbit R=P23;/正转 sbit LED=P20;/彩灯 sbit LED=P21; void Delay_2s(unsigned int DATA)/2s 延时函数 unsigned int x,y; for(x=DATA;x0;x-) for(y=110;y0;y-); 9 void main()/主函数 D=R=0; LED=1; Delay_2s(6000);/延时,减少传感器误差; Delay_2s(6000); Delay_2s(5000); Delay_2s(5000); L=R=0; LED=0; while(1) L=R=0; LED=0; Ld_Display(); L=R=0; LED=0; 四、总结四、总结 本次设计的题目是“基于单片机的宾馆智能自动门设计” ，我很认真而且有着从未有 过的静下心来学习态度。我发现，要干好一件事并非那么简单，但也不是很难，敷衍了事是万 万不可的，对待任何事情都要认真去思考，用思想来完成任务。 开始时搜集资料，我在指导老师的指点下通过各种渠道开始准备工作通过网络、图书馆 搜集相关学术论文、核心期刊、书籍等。接下来，我开始对所搜集的资料进行整理、分析研究， 并制作了课题研究的方案。 通过本次设计，我才发现我所学的东西的肤浅，知识面的不牢固，在选择方案的时候，产 生模棱两可的情况。经常是边设计边复习学习过的课本知识。这些使我知道“纸上谈兵”是绝 对不行，只有通过实践，自己亲自动手试一试，才能发现自己知识的缺陷，才能更好的与所学 的知识相结合。在课程设计中我们每个人都能学到很多，有很大的收获。做任何事情所要有的 态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通 过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要 坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意 见，这样做起事情来就可以事倍功半。 10 参考文献参考文献 【1】张金铎 金欢阳名编著.传感器及其应用.西安电子科技大学出版社，2002. 【2】何希才编著.传感器及其应用实例.机械工业出版社.2003. 【3】吴玉香. 空间矢量调制技术在自动门控制系统中的应用J. 电气传动, 2003(2): 11-13. 【4】JHA A R. 红外技术应用光电、光子器件及传感器M. 张孝霖, 译. 北京: 化学工 业出版社, 2004. 【5】基于单片机的智能系统设计与实现.沈红卫编著.北京.电子工业出版社.2005. 11 附录附录 protues 总电路图总电路图 28.0 DQ 2 VCC 3 GND 1 U2 Q1 NPN R1 1k XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A