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含CAD图纸+文档 基于 单片机 自动门 控制系统 设计 CAD 图纸 文档

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中期检查表（指导教师）指导教师姓名：填表日期： 20xx 年 05 月 6 日学生学号0900160219学生姓名罗玮杰题目名称基于单片机的自动门开合控制系统设计已完成内容自着手毕业设计开始至今，已完成毕业设计中的以下内容：（1） 撰写开题报告，计划进度表，查阅资料：（2） 完成英语翻译；（3） 搜集有关信息材料，拟定方案，并选定最优方案；（4） 自动门主板硬件电路设计：电源电路，单片机以及外围电路，电机驱动电路，显示电路，键盘电路，红外感应电路。 现已开始自动门软件系统设计。 检查日期：20xx年5月6日完成情况全部完成按进度完成滞后进度安排存在困难在设计中主要遇到以下困难：（1） 对各种芯片的使用方法不清楚；（2） 在结合应用多种软件如Keil、Proteu、Protel DXP等进行仿真设计时对软件的使用不够娴熟；（3） 在电子秤的硬件路设计过程中电机驱动电路，显示电路，键盘电路，红外感应电路的设计都存在许多问题。解决办法 在毕业设计前期阅读大量毕设相关知识书籍，自主学习掌握所需芯片的使用和Keil、Proteu、Protel DXP等软件操作；及时主动的跟老师沟通请教遇到的问题，在老师悉心指导下解决问题。预期成绩优 秀良 好中 等及 格不及格建议 教师签名： 教务处实践教学科制表说明：1、本表由检查毕业设计的指导教师如实填写；2、此表要放入毕业设计（论文）档案袋中；3、各院(系)分类汇总后报教务处实践教学科备案。任务书一、毕业设计（论文）的内容自动门是商场、银行、酒店、宾馆等自动化楼宇的常见配备，其基本的要求可以归结为智能、安全、可靠三个方面。以此为背景，研制一种基于单片机的低成本自动门开合控制系统，引入红外传感器探测行人状况，采用继电器和MOS管结合的方法驱动直流电机实现电动门的开关操作，并通过主回路电流反馈进行电机堵转判定来提高系统的可靠性和安全性。主要工作内容如下：1、课题的调研、资料的获取、有关知识的准备、总体技术方案的酝酿；2、控制器硬件系统设计，绘制并制作电路板；3、编写控制软件；4、软硬件系统基本功能调试和测试。二、毕业设计（论文）的要求毕业设计过程中的要求主要涉及以下方面：1、控制器的硬件电路设计。包括：电源电路，单片机以及外围电路，A/D转换电路，红外传感器探测电路，直流电机驱动电路等几个部分；2、硬件平台搭建。包括：印制板刻蚀，电子元器件焊接调试，基本功能的验证测试；3、功能软件程序编写；4、系统软硬件基本功能测试。三、毕业设计（论文）应完成的工作指定整个毕业设计学生应该完成的所有工作，包括：1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；2、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；3、毕业设计说明书包括：自动门开合控制器硬件系统中主要部件的设计电路、功能及相关说明；控制器软件编制；系统基本功能的测试方法及试验验证；4、必须完成绘图工作量折合A0图纸1张以上，其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸。四、应收集的资料及主要参考文献1 刘刚. Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计(第2版)M. 北京：电子工业出版社, 2011, 1.2 李秀霞. Protel DXP2004电路设计与仿真教程(第2版)M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2010, 8.3 王冬. Protel DXP 2004应用100例M. 北京：电子工业出版社, 2011, 1.4 Liu Dan, Wang Yufeng. Digital Speed Measurement System in the Rubber Production Domain J. Sensor World. 2003, (4): 28-31.5 李学海. PIC单片机实用教程-基础篇(第2版) M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2007, 2.6 李学海. PIC单片机实用教程：提高篇(第2版)M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2007, 2.7 丁跃军. PIC单片机基础教程M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2005, 7.8 何桥. 单片机原理及应用M. 北京：中国铁道出版社, 2006, 7.9 李荣正. PIC单片机初级教程M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2006, 3.10 李中华. 8位单片机C语言编程：基于PIC16M. 北京：人民邮电出版社, 2006.五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件1、计算机一台，示波器一台，信号发生器一台，稳压直流电源一台，万用表一台，恒温烙铁一台，PIC单片机PICkit3调试器/编程器/下载器一套；2、Protel DXP 2004软件、Proteus软件、Maplab IDE软件、Matlab软件任务下达时间：20xx年12月17日毕业设计开始与完成时间：20xx年12月17日至 20xx年05 月26日组织实施单位：教研室主任意见：签字： 20xx年12月14日院领导小组意见：签字： 20xx 年12月16日摘 要自动门是商场、银行、酒店、宾馆等自动化楼宇的常见配备，其基本的要求可以归结为智能、安全、可靠三个方面。以此为背景，研制一种基于单片机的低成本自动门开合控制系统，引入红外传感器探测行人状况。本文设计了基于单片机的自动门控制系统，该系统以51单片机为主体，直流电机、门禁系统为核心，实现自动门的自动控制，实现了办公化自动门在外部密码输入进入，内部红外感应自动开门，设有自动门常开，常闭选择。通过单片机程序对直流伺服电机的正转、反转进行控制，从而对门进行开、关的控制；直流电机采用H桥驱动,充分发挥了单片机的性能。其优点是电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的使用和参考价值。 关键词：AT89C51；BIS0001芯片；热释电红外线传感器；直流电动机；L298N芯片；密码锁 AbstractAutomatic door is common equipment of market, bank, hotel, etc automatic building, It is basic requirements can be summed up in intelligence, safe and reliable. As a background, Developing a control system of low cost automatic opening door based on single chip microcomputer, introduced the infrared sensor to detect the pedestrian, In this paper, we design control system of the automatic door based on single chip microcomputer. The system with 51 single-chip computer as the main body, dc motor, the entrance guard system as the core, achieve automatic control of automatic door, achieve to enter the automatic door of office in the outside by password, Within the infrared induction open the door automatically, Equipped with automatic door normally open, normally closed.Through single chip microcomputer program ,control current servo motors forward and inversion.then control the door of open and close current motor driven uses H bridge, give full play to the performance of the micro controller. Its advantage is simple circuit, software function is perfect, and reliable control system, high cost performance, has certain use and reference value.Keywords: AT89C51;heat release infrared sensors,;BIS0001 chip;stepping motor;L298N chip; Password lock目 录引言11 绪论21.1 自动门的发展历史21.2 自动门的功能概述21.2.1 开门信号21.2.2 门禁系统与非公共区域的自动门31.2.3 对自动门的要求就是解锁动作与开门动作之间的协调31.3 本章小结32 系统硬件设计42.1 自动门设计基本思路和原理42.2 单片机和外围电路介绍52.2.1 AT89C51主要性能概述52.2.2 单片机时钟电路介绍82.2.3 单片机复位电路、电源电路介绍82.3 LED显示和键盘92.3.1 四位数码管LED介绍92.3.2 4*4矩阵键盘112.4 红外感应装置122.4.1 热释电红外传感器介绍122.4.2 BISS0001芯片及其典型电路142.5 驱动电路172.5.1 L298N芯片介绍及应用172.5.2 直流电机分类和特点192.5.3 门行程检测202.6 本章小结203 系统软件设计213.1 主程序流程213.2 LED显示模块223.3 键盘扫描模块233.4 门禁系统模块243.5 红外和驱动模块253.6 本章小结264 软件仿真与分析284.1 程序软件调试284.2 仿真软件介绍和调试284.3 本章小结315 硬件搭建与实现325.1 PCB制作325.2 硬件调试335.3 本章小结34总结35谢 辞36参考文献37附录一 原路图38附录二 PCB 图39附录三 主要C语言源程序41引言随着全球经济的增长，科学技术的提高，人类对自动门的要求越来越高，机械制造控制产品出现在世界每个角落。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。中国早在十多年前就开始引用欧洲自动门，并把它应用在酒店、机场、购物中心、银行、写字楼等大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。 自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。自动门除可美化出入口环境外，还具有节能（空调）、防尘、隔绝嘈音等功能。在本设计中，需要完成的设计要求分为三个部分：1.红外装置的感应系统；2.电机装置的驱动系统；3.门禁系统。主要实现的功能是实现自动门的输入密码的开门系统，在特殊情形下需要的门保持常开系统和常闭系统，还有就锁系统，也就是清除系统，在红外装置感应到人体信号时门能自动打开，电机要实现正反转。1 绪论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。自动门是指：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。1.1 自动门的发展历史门和人类文明是孪生的，它伴随着人类文明的发展而跃动。数千年来，门一直作为人类社会活动的守护神，拒侵入者于门外，而作为人类社会活动的航道，门又承载着文明，追寻着人们向往的光辉彼岸。 人类对文明的渴望是无穷尽的。从古埃及到古罗马到今天的现代社会，都可以见到门迈动的足迹。往昔，门的屏障作用是被动隔离，而通道作用仅仅是保证通行。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，同时建筑艺术的新理念不断出现，强调了门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。 对门规模化系统化制造开始于100年前，在不断发展和完善的过程中，一些专业的生产商不断创新改进，使门的形式更加大丰富多样。在门的发展中，西方的推动起到了很大的作用，使门的种类更加齐全、功能更加多样、造工更加细致。 1.2 自动门的功能概述自动门的系统功能配置是指根据使用要求而配备的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。 1.2.1开门信号 自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源： 微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用； 红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。 另外，如果自动门接受触点信号时间过长，控制器会认为信号输入系统出现障碍。而且自动平移门如果保持开启时间过长，也会对电气部件产生损害。由于微波雷达和红外传感器并不了解接近自动门的人是否真要进门，所以有些场合更愿意使用按键开关。 按键开关可以是一个触点式的按钮，更方便的是所谓肘触开关。肘触开关很耐用，特别是它可以用胳膊肘来操作。避免了手的接触。 还有脚踏开关，功能一样，但对防水的要求较高，而且脚踏的力量很大，容易使脚踏开关失效。还有一种带触点开关的拉手，当拉手被推(或在反方向拉)到位时，向门机提供触点信号。 1.2.2门禁系统与非公共区域的自动门 如果说对自动门的性能和质量要求最高的，是在使用频率极高的大型公共区域，那么自动门功能要求最高是对进出人员进行选择的非公共区域。门禁系统是对入门授权的识别。在识别或检测入门授权通过以后，向自动门的控制系统提供开门信号。在提供开门信号之前，自动门必须处于锁门的状态。门禁系统包括从最简单的钥匙开关，密码锁，磁卡锁，考勤统计系统。一直到复杂的体重识别系统，指纹识别系统等。但无论系统怎样复杂，最终都是给自动门提供开门的触点信号。信号电路的屏蔽对避免由于无关信号的干扰而误开门的情况发生非常重要。 1.2.3对自动门的要求就是解锁动作与开门动作之间的协调应用于自动平移门的电子锁有锁皮带的电磁锁和锁门体吊挂件的电动锁，锁电机的三种。后者用于重型自动平移门，自动平开门的电子锁有电磁门吸，电子插销锁和电子开门器，电子开门的作用力方向不影响门的开启动作，不易发生误操作。还有一种带触点开关的机械锁，使锁与开关结合，锁不处于开锁状态，触点就不能接触，不可能发生误操作。 1.3 本章小结这章让我对自动门的背景和应用有了更具体细致的认识，对自动门设计的一些基本要求和功能有了深入的了解，对于我设计自动门的功能模块很有帮助，不会缺少一些重要的组件，让我的设计更加完整具体。2 系统硬件设计2.1 自动门设计基本思路和原理本设计采用51单片机为主控芯片，结合外围电路，组成自动门电子密码控制系统，外面的用户想要进门，必先通过外部提供的键盘输入正确的密码才可以，密码输入错误有提示，里面的用户想要出门是由红外感应，门自动打开，这里还设计了自动门的常开状态，在键盘输入正确的密码，自动门就保持常开，在外部有一些东西需要搬运的时候可以让门保持常开。相对应的有自动门的常闭状态，当出门以后需要锁门，只需输入密码，自动门就保持常闭，不论是常开还是常闭，只要键入取消密码就可恢复正常。 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，据此产生直流电机控制信号，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。因此本系统主要由AT89C51单片机及其复位电路、晶振电路这个最小单片机外围电路和红外检测电路，门行程检测电路、电机控制电等部分组成。即自动门控制系统的硬件组成如图2-1所示。图2.1自动门控制系统自动框图 感应型的自动门多种多样，有旋转自动门、弧形自动门、平移自动门、折叠自动门等，其中以平移自动门为自动门主流，其基本结构主要有三大部分，即门体门框部分、驱动和传动部分、控制和传感器检测部分：（1） 门体门框：门体门框的构成方法有两种，即平面构成法和立体构成法，我们需要根据实际的需求调整设计，在门体设计中应充分利用以上方法调整门体形状、门柱和花形。避免门体整体审美效果失衡。（2） 驱动和传动部分：自动门的驱动和传动部分由电动机和减速器或电动机和液压系统组成，按照控制装置的指令驱动装置设定的程序工作，带动门体开、关。从驱动装置到门体的运动，中间要有传动机构，减速器是传动机构的一部分。现在，减速器和电机大部分已连成一体，成为减速电机，这样会使设备简化，容易做到标准化、小型化。除减速器外，还要根据具体需要设计传动机构。传动机构可以是齿轮传动、链条传动，也可以是高效率的同步带川传动。（3） 控制和传感器检测部分：控制器是由一个微型计算机为主体的控制装置，它接受检测传感器的信号，让驱动装置工作，完成门体的启闭。现在用单片机作为控制器越来越普遍，主要是单片机价格相对便宜，程序的编写和控制。传感器是自动检测人体或通过人工操作将检测信号传递到控制器的器件或装置。普遍的有微波探测器，红外线探测器，超声波探测器，电磁感应探测器。我们可以根据需要自行选取。2.2 单片机和外围电路介绍2.2.1 AT89C51主要性能概述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。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AT89S51是一种高效微控制器，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，AT89S51芯片引脚图如图2-2所示。主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 图 2.2 AT89S51芯片引脚图 管脚说明：下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。 (1)主电源引脚VSS和GND VSS（40脚）接+5V电源线。GND（20脚）接地引脚。(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对SHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。 (3)控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD（9脚）此引脚为符复位信号输入端，在此引脚上出现两个机器周期或以上的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与电源引脚之间连接一个约10k的下拉电阻，与VSS引脚之间连接一个约20F左右的电容，以保证复位的可靠性。 当主电源VSS 发生故障而降低到规定低电平期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VSS主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/PROG（30脚）：ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。 当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出位于锁存地址的低部分字节。如果不进行访问外部存储器，ALE端仍然让正脉冲信号用相同的频率周期性地出现，此频率为振荡器频率的1/6。所以，这能用作对外输出的时钟，或者作为定时器使用。但 是要关注的是，每次访问外部数据存储器时，都会跳过一个ALE脉冲。 PSEN（29脚）：此引脚的作用是作为读选通信号选通外部程序存储器的。指令从外部程序存储器读取期间，使PSEN在每个机器周期内两次有效。但在此时间内，对外部数据存储器进行访问时，将不会出现这两次有效的PSEN信号。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）对8个LS型的TTL输入。 EA/VPP（引脚）：当EA端在处于高电平时，对内部程序存储器进行访问，但在PS值超过0FFFH（对851/8751/80S51）或1FFFH时，将立即向外部程序存储器中程序进行读取执行。当EA在低电平时，则只对外部程序存储器进行访问，不管内部程序存储器是否存在。对于普遍的8031来说，没有内部存储器，所以EA脚须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。(4)输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根） 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。P0口既可以作为地址、数据总线使用，也可以作为通用I/O口使用，当I/O口被地址/数据总线占用时，就不能使用I/O口了。 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口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。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。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 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。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故使用第一功能时，是普通I/O口，功能和操作方法与P1口相同。使用第二功能时，各引脚的定义如表所示。 值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。表2.1是对引脚的说明： 表 2.1 引脚定义表P3.0RXD（串行数据接收口）P3.1TXD（串行数据发送口）P3.2/INT0（外部中断0输入）P3.3/INT1（外部中断1输入）P3.4T0（计时器0计数输入）P3.5T1（计时器1计数输入）P3.6/WR（外部RAM写选通信号）P3.7/RD（外部RAM读选通信号）2.2.2单片机时钟电路介绍AT89C5常用的时钟有两种方式产生，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。内部时钟方式如下图，AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，分别为引脚18和19。电容C1和C2虽然没有非常严格的要求，但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性，典型值通常选择为30pf左右。本次设计采用内部震荡电路,电容采用30P,晶振的振荡频率在1.2MHZ-12MHZ之间。下图 2.3 是内部时钟图：图 2.3 内部时钟图2.2.3单片机复位电路、电源电路介绍外部复位引脚/RST提供了使用外部电路强制单片机进入复位状态的手段。最常见的复位电路有上电复位和手动复位电路，能有效的实现复位。在复位引脚/RST上加上一个低电平有效信号是单片机进入复位状态。最好能提供一个外部上拉或者对引脚/RST的去耦电路以防止由于噪音而引起复位。这里我们所采取手动复位电路形式如下图，其中RST引脚为复位信号输入端，复位信号为高电平有效，电阻R5采用10K的阻值，电容采用电容值为10F的电解电容。复位电路图如图2.4所示：图 2.4 复位电路图电源电路设计通过二极管指示灯显示电路是否接通或者正负极是否接对，电容C5、C6并联，可以保持两端电压的稳定。电路设计原理图如图2.5所示： 图2. 5 电源电路设计图2.3 LED显示和键盘2.3.1四位数码管LED介绍 LED（Light Emitting Diode）是发光二极管的缩写， LED显示器是由发光二极管构成的，俗称数码管。LED显示器由七个发光二极管组成，称七段LED显示器，排列形状如图所示。此外，显示器中还有一个圆点发光二极管（dp），用于显示小数点及其它符号。另外，在使用数码管时必须增加限流电阻，以保护数码管。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法：（1）共阳极接法：各发光二极管的阳极连接在一起，接到数码管的位控端（公共端），再接+5V；各发光二极管的阴极分别连接到数码管的段控端（ag、dp）。（2）共阴极接法 ：各发光二极管的阴极连接在一起，接到数码管的位控端（公共端），再接地；各发光二极管的阳极分别连接到数码管的段控端（ag、dp）。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，由于这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。LED静态显示方式中，显示器都是独立的，而且确定了各位的显示字符，将锁存输出，直到另一个字符显示为止，其亮度较高。缺点：占有较多I/O口线及较多锁存器。LED动态显示方式：LED显示器各位数码管的所有段控端（adp）并联在一起，由一个位I/O口控制，段选线多路复用，而各位数码管的共阳极或共阴极要由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。因为各位数码管的段选线并联，对各位数码管的来说段选码的输出都是相同的。因此，同一时刻，如果选通各位的位选线的话，6位LED将显示相同的字符。若需要各位数码管显示相应的显示字符，就需要使用扫描显示方式，就是在同一时刻，只选通某一位数码管的位选线，而关闭其它各位数码管的位选线，同时，显示相应的字符的字型码在段选线上输出上。这样，在同一时刻，6位LED中只有选通的那一位数码管显示出字符，而其它都将熄灭数码管，如此循环下去，就可以使各位数码管显示出将要显示的字符。特点：硬件电路简化，但由于LED导通时间太短，亮度不足，应增加驱动器已提高驱动能力，而且显示位数控制在位以内。LED引脚图图2.6所示：图 2.6 LED引脚图为了提高门禁系统的密码显示效果能力。本设计的显示部分由四位数码管作为数字显示器件。开始显示器一直处于初始状态，只有按下键盘上的按键后，显示器才显示相应按键对应的数字和功能。当需要对门禁系统进行开锁时，按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键09输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个数字，输入多少位就显示多少。当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， LED显示“OPEn”，单片机其中对应引脚会输出低电平，驱动L298N芯片控制电机正反转，如果密码不正确，LED显示屏会显示“Errrr”，其中对应引脚会输出高电平，门不能被打开。通过LED显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态 。其显示部分引脚接口如图2.7所示：图 2.7 显示电路原理图2.3.2 4*4矩阵键盘 本设计由于所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。使用的是矩阵式按键键盘，它由列线和行线组成，也叫做行列式键盘，按键处在行列方向的交叉点上，门禁系统的密码由键盘进行输入，与独立式键盘相比，要很多I/O口可以空余。在这次设计中使用的这个4*4键盘既可以输入对应密码还可以用作特别功能键，比如清空显示功能等。键盘的每个按键功能在程序设计中设置 。其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图2.8所示：图 2.8 键盘输入原理图在调试的过程中按键值需要在数码管上对应显示，图2.9是数值显示实物图:图2.9 数值显示实物图2.4 红外感应装置2.4.1热释电红外传感器介绍热释电红外线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1020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910um，而探测元件的波长灵敏度在0.220um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710um，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。热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.220um。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。下图2.10是热释电红外线传感器的结构及内部电路（a） （b）图 2.10 热释电红外线传感器的结构（a）及内部电路（b）2.4.2 BISS0001芯片及其典型电路BISS0001是一款具有较高性能的集成的处理传感信号的电路，它用热释电红外传感器和其它元器件组成被动式的热释电红外开关。对于各类自动门、电风扇、自动洗手池、白炽灯、荧光灯、烘干机和蜂鸣器等装置它能自动快捷的开启，对于企业库房、宾馆过道、商场大厅、出厂区及家庭范围附近等敏感区域比较适用，或用于需要区域的灯光照明、来人报警系统等。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。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。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。脚（RX）和脚（CX）为输出定时控制器T，的外接元件端，定时时间为：TX50103RXCX。脚（Ri）和脚Ci）为锁定时间控制器i的外接元件，锁定时间Ti24RiCi。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。脚（Vc）为触发禁止端，当VCVR时禁止触发；当VCVR时，允许触发，VR0.2VDD.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。12脚（OUT2）和13脚（IN2-）分别为第二级运放的输出端和反相输人端。14脚（IN1+）和15净（IN1-）分别为第一运放的同相和反相输入端。16脚（OUT1）为第一运放的输出端。11脚（VDD）和7脚（VSS）分别为电源正、负端。BISS0001芯片的内部下图2.11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，然后由电容耦合给运算放大器0P2进行第二级放大，再经由电压比较器COPl和COP2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 2.11 热释红外传感器处理芯片BISS0001芯片的特点*专用的集成CMOS数模混合电路*具有高输入阻抗的独立运算放大器*能够和各类传感器进行信号交换与处理*具有抑制干扰的双向鉴幅器*内置参考电压*结构新颖，稳定可靠，调解范围宽*内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 *采用16脚DIP和SOP封装*工作电压范围2V6V*用于各类传感器和延时控制器 下图2.12是BISS0001芯片的管脚图 图 2.12 BISS001管脚图BISS0001芯片的工作原理BISS0001是由状态控制器、运算放大器、电压比较器、封锁时间定时器以及延迟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。BISS0001 应用线路如下图2.13所示。 图 2.13 BISS0001的热释电红外应用电路图在实际制作中，由于灵敏度的原因，会出现红外装置总是触发的现象，这个问题会造成很大的干扰，以下是红外装置的实物图，如图2.14所示：图2.14 红外装置的实物图2.5 驱动电路2.5.1 L298N芯片介绍及应用 L298N是SGS公司生产的用于驱动高电压、大电流电机芯片。比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N。内部有4通道的逻辑驱动电路。能够比较轻松的驱动一个两相步进电机，或两个直流电机。它的特点明显：工作电压高，最高可达到50V，可以通过调节电源来调节工作电压；输出电流也比较大，电流的瞬间峰值能够达到3A，而正常工作电流是2A。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接5 V左右电压。4脚VS接电源电压，但电压范围不能超过50V。输出电流可达2.5 A，可驱动电感性负载。通过两个使能端，可以分别控制相应电机的转动，也可才用PWM信号来控制电机转速；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。简要说明：尺寸：80mm*45mm主要芯片：L298N工作电压：控制信号直流5V；电机电压直流3V50V（建议使用36伏以下）最大工作电流：2.5A额定功率：25W特点：（1）具有信号指示。 （2）转速可调 （3）抗干扰能力强 （4）具有过电压和过电流保护 （5）可单独控制两台直流电机 （6）可单独控制一台步进电机 （7）PWM脉宽平滑调速 （8）可实现正反转下图2.15是L298N的基本应用电路：图 2.15基本应用电路图使用L298N可以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚ENA，ENB可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，实现电机正反转就比较容易，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。如果信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机M1反转。控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。反之则反转。具体L298N芯片控制电机可参考下表2.2：表 2.2 L298N芯片控制电机参考表电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4M1正转高低/反转低高/停止低低/M2正转/高低反转/低高停止低低/2.5.2 直流电机分类和特点把机械能转变为直流电能的电机是直流发电机；把直流电能转换为机械能的电机称为直流电动机。直流电动机多用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械等等，这是因为直流电动机具有以下突出的优点： （1）调速范围广，易于平滑调速； （2）起动、制动和过载转矩大； （3）易于控制，可靠性较高。直流发电机可用来作为直流电动机以及同步发电机的励磁直流电源以及化学工业中的电镀、电解等设备的直流电源。与交流电机相比，直流电机的结构复杂，消耗较多的有色金属，维修比较麻烦。随着电力电子技术的发展，由晶闸管整流元件组成的直流电源设备将逐步取代直流发电机。但直流电动机由于其性能优越，在电力拖动自动控制系统中仍占有很重要的地位。利用晶闸管整流电源配合直流电动机而组成的调速系统仍在迅速地发展。国产的直流电机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。Z2系列是一般用途的中、小型直流电机，包括发电机和电动机。Z和ZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列。Z是直流电动机系列；ZF是直流发电机系列。下图2.16是L298N控制电机转动的实物图图2.16 L298N控制电机转动的实物图2.5.3门行程检测行程极限检测电路是通过检测行程开关的闭合情况来判断不同的电机驱动，使电机停止，正转，反转，进而控制门进行开合，为了保护门移动到相应位置时能及时的停止，在检测电路中设置了两个行程开关，分别代表开门极限，和关门极限。门运行到极限位置时，行程开关动作，单片机收到相应的信号，改变电机的运行状态，控制门的开合。2.6 本章小结本章是对系统设计中的各个硬件进行芯片介绍，功能说明，电路的设计，这一章是我最注重的环节，硬件设计的的正确与否是本自动门功能能否实现的关键，如果硬件设计出现一些错误，到后期会很麻烦复杂，一般就是需要重新制作，我先是从简单的键盘电路和显示电路开始设计，确定了需要的I/O口，并对其他的一些系统I/O口进行预留，再是对红外感应装置进行设计，这个设计需要确定灵敏度的问题，这个问题我解决的不好，总是容易触发信号，还有就是驱动电路的设计，这个电路比较简单，但是要注意电源电压的变换，设计错误会烧芯片。3 系统软件设计本系统软件设计由主程序、初始化程序、LED显示程序、键盘扫描程序、电机正转子程序、电机反转子程序、自动门常开闭、门开启子程序、红外中断程序、延时程序等组成。本设计程序以C语言编写，因为C语言易于读写、易于调试和修改，运算符、数据结构类型丰富能很容易实现相对复杂的算法，结构化程度高，方便程序分模块制作编写。 语法要求不严格,方便编写，但是有时容易出现语法错误。3.1 主程序流程本设计本身旨在设计带有门禁系统的非公共区域的自动门，首先程序循环扫描键盘，看是否有按键输入，并在四位数码管上显示，等待时显示“-”，输入密码中显示对应键码值。当用户单击确定按钮“#”时，如果密码与所对应的密码相符合，如自动门开启密码，自动门常开密码，自动门常闭密码，取消常开常闭密码相符合，则进入相应的功能程序，打开或关闭自动门。操作过程约3s后，回到等待状态。如果密码输入不正确按下确定键“#”时，显示字符Errrr,约3s后回到等待状态。输入过程中，按下“*”键后，对显示内容清零，回到等待状态重新输入密码。在此期间，如果外部中断有信号输入，则会转到相应的程序运行。图3.1 系统主程序流程图3.2 LED显示模块由于数码管静态显示需要IO端口过多，所以就采用动态显示，静态显示的优点 LED显示亮度温度，容易调节，编程容易，工作时占用CPU时间短。这个是动态显示不具备的，但是动态显示明显的减少了数据端口，编程只是相对静态显示而言复杂，与整体程序相比还是很简单的，主要是占用了大量CPU时间，在一些复杂的程序里还是不建议使用，如果需要的话可以另加芯片驱动，减轻单片机的运作负担。LED显示模块的流程图如图3.1 图3.1 LED显示模块 其对应编写的程序叙述如下：该流程图是四位LED显示程序的流程图，先将最低位地址给变量，设定一个四位循环，通过变量把最低位地址给P0位选口，从显示缓冲单元的数据中查出字段码表，赋给P2口进行显示，将位地址进行移位处理，准备显示下1位，设定延时函数，延时使每位显示约1ms,在熄灭数码管，如此反复循环。每一位显示的时间需要自己估计，太长太短都不是太合适，由于是循环显示，片选端循环选择，如果外界有干扰容易显示错误代码。3.3 键盘扫描模块 一般把键盘扫描程序设计成子程序，以便其它各程序调用。程序设计通常采用查询法。假设键盘扫描子程序的名称为 key_scan，则键盘扫描子程序 key_scan应具有以下功能： （1）判定有无按键动作； （2）去抖动； （3）确认是否真正有闭合键； （4）计算并保存闭合键键码； （5）判定闭合键是否释放； （6）恢复闭合键键码。其中键的闭合与否，反应在口线的电平上，即口线的电平是呈现高电平还是低电平状态。因此，可以通过口线电平高、低状态的检测，来确认按键是否按下。但是如果在触点颤动的时候检测按键是否通断，这样会导致判断出错，也就是说按下或释放一次按键被认为是多次操作，产生错误，不应该出现这种现象。为了把因为机械抖动而引起的错误检测减少，确保单片机对一次按键动作只确认一次按键，必须采取去抖动措施。对于消除按键抖动的措施，具体措施可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。软件措施：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序，之后，再次检测该键的电平状态，如果该键电平仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。否则，认为无键按下；同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。程序流程图如图3.2：图 3.2 程序流程图其对应编写的程序叙述如下：P1口低四位为行输入，高四位为列输入，先将P1口低四位置1，处于高电平，高四位为0，处于低电平，变量key默认无按键操作值，将P1口状态进行判断，和0x0f相与，看低四位是否处于低电平状态，是否有键按下，按下就是低电平，如果有键按下，延时去15ms左右。去抖动后对P1口低四位进行再次判断，看是否有键按下。有键按下后，将起始列P1.4初始值赋给变量a，对列状态进行四次扫描比较，如果该列对应行有键按下，就读取键值，然后列地址进行移位，进行循环。接着判断键是否松开，再将变量值进行比较，将对应数值给变量key。3.4 门禁系统模块如图4-2为按键功能流程图，在按键当中，有与进门密码、门常开密码、门常闭密码、取消密码的程序相对应的按键，并按顺序与输入的数相比较，当输入正确时，进入密码程序，错误时进行清除，输入两次新密码正确时，可进行重新设置密码，最后确认程序。程序流程图如图3.3所示：图 3.3 按键功能流程图其对应编写的程序叙述如下：对键盘扫描后的键值与各个功能密码进行比较，首先是与进门密码进行比较，密码是四位，四次循环判断，如果与开门密码不相同，则标志置1。若是与开门密码相同，则进入开门子程序，显示“OPEn”3s；如果不等于开门密码，就与门常开密码进行比较，密码是四位，四次循环判断，如果与门常开密码不同，则标志置1。若是与门常开密码相同，显示“OPEn”3s；如果不等于门常开密码，就与门常闭密码进行比较，密码是四位，四次循环判断，如果与门常闭密码不同，则标志置1。若是与门常闭密码相同，显示“CLOE” 3s；如果不等于门常闭密码，就与取消门状态密码比较，密码是四位，四次循环判断，如果与取消门状态密码不同，则标志置1。若是与取消门状态密码相同，显示“CLEn” 3s；若与这些功能密码都不同，就是错误密码，显示“Errr”3s。3.5 红外和驱动模块本设计红外模块是用外部中断来实现的，这样有利于将红外模块的PCB板和主要电路的PCB板分开，方便电路板的腐蚀印制。而驱动模块也是相同，与其它两个模块分开搭建，只是用跳线与主板连接。红外模块是自接5V电源，输出高电平，红外模块程序主要是接收到高电平后经过反相器低电平触发，进入红外中断程序，让电机反转，经过一点时间后正转关闭。据此得到红外中断的流程图，如下图3.4 图 3.4 红外中断流程图 其对应编写的程序叙述如下：红外模块采取中断的形式，当端口接收到低电平信号时，就进入中断模块，驱动电机反转，将P34置1，P35置0，P36置1。进入循环，判断行程限位开关是否置0，如果为0，表明电机驱动自动门到极限，需要停止，就将电机刹停，延时一段时间后，电机停止。等待人过后，几秒钟，电机驱动正转，P34置1，P35置1，P36置0，同样判断行程限位开关是否置0，如果为0，表明电机驱动自动门到极限，需要停止，就将电机刹停，延时一段时间后，电机停止。这样红外控制就结束。 驱动模块的建立是为了在进行红外中断程序和门禁系统程序时，能对自动门进行开合的操作，它是利用驱动芯片进行电机的正反转控制，通过控制线来控制，给芯片不同的运转信号，进行自动门的开启和关闭。它的流程与红外模块相似，不进行详细说明。3.6 本章小结 软件的设计是逐步的，我是分模块设计的，先是设计出键盘扫描和显示模块的子程序，对它们分别编译，需要注意的是，对于键盘和显示模块的软件设计十分需要注意它们的端口，顺序不能弄错，然后设计门禁系统，这个程序模块的设计非常需要注意逻辑顺序，不然容易出现显示错误的问题，有时候会颠倒显示，红外模块我是利用外部中断来实现的，这个模块问题主要是集中在和驱动系统的衔接上，在红外程序中需要包含一部分驱动程序，这个是函数嵌套的层数问题。驱动模块相对简单，主要是通过控制线对电机进行控制。4 软件仿真与分析4.1 程序软件调试软件的调试主要分两个步骤，程序是在keil软件上调试，就像电路板的制作一样，程序也是采取模块的形式进行调试，将各个功能模块先分别调试成功后再进行程序的总调。对于各个功能的子模块，要一步一步的调试。设置正确的初始条件，利用KEIL软件的单步调试和断点调试，看各个I/O端口的状态，同时还可以查看寄存器的所对应的值。最终看程序的运行结果与预期的结果是否相同，是否有一些书写错误、逻辑错误和设计错误，如果所有的功能模块都与预想的相同，就把所以的模块组合在一起，进行整体的调试，这个阶段若有故障,可以考虑各子程序运行时是否破坏了现场,缓冲单元、工作寄存器是否发生冲突,标志位的建立和清除是否有误,堆栈区是否有溢出,输入设备的状态是否正常等等,若用者系统是在开发机的监控程序下运行时,还要考虑用者缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。 在软件调试全部完成后，通过keil软件生成.hex文件，通过下载器下载到51单片机中，给单片机加上电源就可以运行了。4.2 仿真软件介绍和调试由于设计是用C51系列的单片机，所以可以用Proteus很方便的仿真。Proteus是世界上著名的仿真软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC、8086和MSP430等，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。所以在硬件和软件都能实现的条件下，利用Proteus和keil软件相联合进行仿真，通过在连接硬件和软件的基础上，验证所要设计的功能，最后终于实现带有门禁系统的自动门的功能。在实际的仿真电路设计中，我出现了很多错误，有硬件电路的不完善，软件程序的逻辑问题等。比如在硬件上，由于不熟悉单片机的上拉电阻和电压，在矩阵键盘上盲目的加了上拉电阻和电源，发现单片机无法采集信号，通过结合程序和硬件分析，发觉这个上拉电阻并不需要。在仿真软件元器件的摆放上也要一丝不苟，由于对元器件名称缩写的不熟悉，导致数码管共阴共阳选错，虽然自己理所当然的认为正确了，到那时在仿真是总是出现乱码无法查出原因，花费了好多时间，走了好多弯路以后才找出这个基本的问题。Proteus仿真图如下图所示：此图4.1是仿真外面的人员进入内部，输入密码的开门系统，电机反转开门，一段时间后正转关门。门常开系统是将门打开后不关闭，处于常开的状态，仿真效果图与门开系统类似，但是无法再进行红外触发。旁边是电机转动电平上升的示意图。 图 4.1 Proteus仿真图下图4.2是门常闭状态下的仿真图，它是将门常闭，相当于锁门，数码管上显示“CLOE”旁边是电机转动电平上升的示意图。图 4.2 Proteus仿真图图4.3是红外装置感应到人体仿真图，红外装置用方波脉冲代替，这样电机就会启动，因为电机一直处于全速运转，所以一直是高电平。图 4.3 Proteus仿真图图4.4是清除门常开和常闭状态的仿真效果，这就是门常开常闭后的开门密码，输入密码后，自动门恢复常态，正常开合门。 图 4.4 Proteus仿真图4.3 本章小结仿真在单片机的设计中至关重要，它既是对硬件电路的检测，也是对软件系统的直观反应，对于硬件系统，如果有电阻或者电容设计错误，我们可以从仿真图端口上直接看出高低电平，而不用去用万用表测量它，从而方便对电路进行改进。仿真对于软件的作用还在硬件之上，我们的程序设计中总是会出现一些细小的我们平时设计中忽略的错误，从仿真中可以一眼看出程序设计时的逻辑问题，对于端口的状态更是直观明了。可以通过仿真观察错误，不断的修改程序中的瑕疵。5 硬件搭建与实现硬件的搭建是对设计总体的检测，在仿真的基础上真正实现自动门的开合，在硬件的搭建过程中总是会有一系列的问题，这就需要我们反复检查和调试，有时甚至是设计上有问题，那就需要重新制作，只有实践才是检验真理的唯一标准。5.1 PCB制作 (1)打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。 (2)裁剪覆铜板,用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。 (3)预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。 (4)转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！ (5)腐蚀线路板,回流焊机。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！ (6)线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。 (7)线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。(8)接电子元件。焊接完板上的电子元件。5.2 硬件调试在将PCB板制作好，焊接上各个元器件，然后按照电路原理图通过跳线连接各个功能模块。将电源设置成5V,连接好正负极，在检查并检查线路是否连接正确。确认无误后，打开电源，测试各个功能模块的功能，首先是热释电红外传感器的灵敏度，当有人靠近，或用手捂住热释电红外传感器，门能自动的打开，当人走后一段时间再没人走过，门就自动合上了。这个测试结束后就测试自动门的门开系统、常开常闭系统和取消常开常闭系统。当常开系统打开时，门一直处于打开的状态，无论是红外感应还是门开系统都无法改变这个状态，只有输入取消常开常闭系统的密码才能恢复初始状态。同理，常闭系统打开后，门一直处于关闭的状态，相当于锁门，要输入取消系统的密码才能恢复初始状态。关于电机驱动，主要是利益L298N芯片进行正转和反转控制，单片机通过控制线控制电机。将所有的元器件都组装完成后就变成了图5.1所示的自动门装置实物图：图5.1 自动门装置实物图5.3 本章小结硬件的制作和调试是最后一步，也是是否成功的关键一步，我在制作过程中由于PCB线路的粗细问题，和焊盘的大小问题出现了很多虚焊，导致电路板制作不稳定，对于硬件的调试，我的心得就是要耐心细心，需要不断的验证，这样电路硬件的制作才会比较完善。总结本次设计是“基于单片机的自动门开合控制系统设计”，在50多天的学习设计下,我的毕业设计全部完成，在毕设时，先是对毕设要求进行分析，确定需要在本次设计中完成哪些功能，然后分析整理。接着是收集资料，通过图书馆、网络搜集相关学术论文、核心期刊、专业书籍等，比较好的是图书馆中相对应功能方面的书籍，这样针对性强，有利于单片机相对功能的制作。在收集了需要的学习资料后，我先是仔细认真的学习了单片机原理和应用，对单片机的基本知识有了较完整的认识，然后我就结合这些知识设计原理图，先是设计了电路的LED显示和键盘机构，这个比较基础，可惜由于基础知识不够牢固，在程序的应用中还是有出错。主要是键盘需要不需要上拉电阻的问题。然后我设计了驱动系统，这个主要是芯片的应用，结合单片机控制线就可以控制电机的正反转，然后就是热释电红外线系统，这个比较关键是需要调节红外的灵敏度，如果灵敏度过高，可能会不停的触发中断。在这次的毕设中，我充分的认识到了自己的不足，知识面还不够全面，单片机方面的知识很薄弱，在设计方案时对于总体模块的把握还不够，习惯于用跳线，这让我出现了很多问题，在调试单片机的时候出现了各种问题，有程序的，有硬件的，当时有内心的挣扎，主要是发现不了原因，就直接想换一个方案好了，但是在经过自己耐心的分析调试后，终于把问题一点一点的解决了，这里很关键的是需要PROTEUS等仿真软件的仿真调试，出现问题是能通过看端口状态来解决的，最重要的是可以通过仿真将程序和硬件结合起来，所以无形中把真正的实践中会出现的问题解决了，不然在具体的硬件测试中会更加复杂。最后毕业设计中让我学到了很多，收获了很多。做任何事情要有好的态度和心态，首先我明白了做学问要认认真真，对于出现的任何问题和偏差都不能忽视，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，半途而废，只要坚持下去就可以找到方法，来解决问题的。其次在工作中要学会与人合作，认真听取别人的意见，这样做起事情来才可以事倍功半。 谢 辞寒暑间，大学已是四年，大学的四年是我人生的转折点，没有了太多的课程压力，可以自由的发挥我自己的兴趣爱好，四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰富的知识，更是重要的阅读，在实践中所培养的思维方式、表达能力、自学能力和广阔视野。我很荣幸这几年来我遇到了很多良师师益友，在学习，生活，工作上都给予了我许许多多难以忘怀的关怀和帮助，让我在人生道路有所成长。感恩之情无法用语言来表达，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。在此文即将结束之际，我衷心的感谢在此过程中帮助过我的每个人，在这里请接收我最诚挚的谢意！由于时间仓促、自身能力等原因，文章错误疏漏之处在所难免，恳请各位老师斧正。参考文献1 刘刚. Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计(第2版)M. 北京：电子工业出版社, 2011, 1.2 李秀霞.Protel DXP 2004 SP2电路设计与仿真教程(第2版)M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2010, 8.3 王冬. Protel DXP 2004应用100例M. 北京：电子工业出版社, 2011, 1.4 Liu Dan, Wang Yufeng. Digital Speed Measurement System in the Rubber Production Domain J. 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