智能车库门控制系统.doc

精品资料 毕业设计毕业设计 论论文 文 题题 目 目 智能智能车库门车库门控制系控制系统统 学学 院 院 专业专业班班级级 指指导导教教师师 职职称 称 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 精品资料 摘 要 随着汽车行业和社会经济的迅速发展 人类对于汽车的依赖性越来越强 当 然 越来越多的私家车的出现 就需要涉及车库门的问题 针对车库门目前的发 展现状 我们结合了 AT89S51 单片机和 PT2262 PT2272 的无线收发功能 在之 前的普通车库门控制的基础上 又添加了红外发射 接收电路以及防盗报警电路 等等 从而设计出一种智能车库门控制系统 此系统具有结构非常简单 可靠性 高 价格低廉等诸多优点 本篇智能车库门控制系统的门控装置 它的显著特征就在车库内和车库外 设置有主控制器和在车辆内安装的密码标识器 主控制器是由单片机 解码器 315M 无线接收器以及红外对管组成 密码标识器又是由编码器及无线发射器组 成 PT2272 及 PT2262 的地址和数据状态是一模一样的 而 PT2262 的电源端平 时是断开的 如果快到车库门的时候按下按钮通电 则编码器 PT2262 就会将数 据和地址发射出去借助于无线发射模块 与此同时 无线接收器输出端和解码器 的输入端相连接 解码器输出端 VT 和单片机相接 如果数据完全准确那么车库 中的单片机就会自动启动电机打开车库门 而红外对管此时感应次数计数 汽车 离开车库门之后门就会自动下降 关键词 单片机 红外对管 无线接收模块 PT2272 PT2262 ABSTRACT With the rapid development of the automobile industry and the social economy the dependence on the automobile is more and more strong of course the emergence of 精品资料 more and more private cars you need to problems involving the garage door in view of the current development status of the garage door we combine the AT89S51 and PT2262 PT2272 wireless transceiver function prior to the ordinary garage door control based on and add the infrared emitting and receiving circuit and the anti theft alarm circuit and so on To design a kind of intelligent garage door control system the structure of this system is very simple high reliability low price and many other advantages The intelligent garage door control system of gating device Its obvious characteristic is in the garage and the garage set main controller and installed in the vehicle code identifier the main controller is by the microcontroller decoder 315m wireless receiver and infrared to pipe and password identification device is composed of encoder and the wireless transmitter PT2262 and PT2272 address and data state is exactly the same and a power supply terminal of the PT2262 is usually broken if approaching the garage door when press the button energized encoder PT2262 will will address data and transmitted by wireless transmitting module At the same time wireless receiver output end and the decoder is connected to the input terminal decoder output end of VT and MCU is connected if the data is completely accurate so garage in SCM will automatically starts the motor open the garage door and infrared tube at this point counts of induction the car left the garage door after door will automatically decrease Key words SCM infrared wireless receiving module PT2272 PT2262 精品资料 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 车库门研究现状 1 1 2 车库门研究意义 2 第二章 方案论证 4 2 1 设计任务及基本要求 4 2 1 1 系统的基本设计要求 4 2 1 2 主要功能及技术指标 4 2 2 结构示意图 5 2 3 硬件的选择方案 5 2 2 1 微控制器的选择方案 5 2 2 2 传感器的选择方案 6 2 2 3 电机的选择方案 7 2 2 4 电机驱动方案 7 第三章 系统硬件设计 8 3 1 单片机最小系统电路 8 3 1 1 AT89S51 主要功能列举 8 3 1 2 AT89S51 各引脚功能介绍 9 3 2 无线遥控模块 PT2262 PT2272 控制电路图 12 3 2 1 无线遥控模块构成 12 精品资料 3 2 2 编码解码芯片 PT2262 PT2272 14 3 3 直流稳压电路图 15 3 4 光耦隔离驱动继电器 16 3 4 1 光耦的工作原理 16 3 4 2 光耦的优点 16 3 4 3 光耦的种类 16 3 5 红外发射接收对管 17 3 6 限位开关 18 第四章 系统程序设计 19 4 2 程序流程图 19 4 1 电机正反转程序 21 结论 23 致谢 24 参考文献 25 附录一 车库门自动控制原理图 26 附录二 系统源程序 28 精品资料 1 绪论 1 1 车库门研究现状 从第一辆汽车诞生以来 车库门的发展就随之不断产生和更新 根据公安部 门交通局的调查统计显示 到 2006 年底 我国的汽车已经达到 2420 万两 相比 于 2005 年 增加了有 279 万两 其增长率为 13 然而汽车逐年的快速增长趋势 势必会让 停车难 这一问题越来越严重 就拿长春市的情况来说 截止到 2006 年年底 长春市已经拥有了 150 万辆 机动车辆 其中有 80 万辆是汽车 但是 目前统计全市的各种停车场停车位总共 大约 49 万个 就这种情况也不能抵挡长春市的机动车辆数量每年在以 7 万辆的 数目惊人的增长 针对当下的汽车发展状况 停车位的发展现状以及发展速度已经远远不能 精品资料 满足汽车增加的需求 对于快速发展的中国各大城市 随着城市经济的迅速发展 及汽车产业的发展 停车难这一问题也日益变得严重 据有关资料统计 全国包 括 36 个大中型城市的停车位的满足率低于 20 那也就预示着 当下 我国城市 中基本上是每五辆机动车中只有一个停车位 国内私家车的数量迅速增加 给城市道路交通带来了严重的负担 各个大城 市每天的上下班高峰期堵车已经成为了公路上一道亮丽的风景线 私家车的停 放问题也逐渐变成了一个大问题 我国目前大城市中的土地本来就比较紧缺 停 车位又少 所以停车位的价格非常的贵 因此 为了解决大城市中的停车难的问 题 必要的一个出路就是家用车库 我们国家的私家车库的发展历史虽然已有近 几十年了 但是依然处在初级的水平 还是最原始的简单使用阶段 它的整体设 计水平 使用价值和经济价值还有待我们进一步的提高的完善 所以说 私家车 库设计方案的优化对于社会和人类的发展具有重大的实际意义 1 2 车库门研究意义 随着科学技术的不断提高 人类的日常生活和平时的生产活动都追求自动 化和智能化 这样不仅节省了人力资源 并且在一定程度上还提高了生产效率 同时 更进一步促使生产力得到快速发展 使人们的生活更加丰富多彩 近 20 年以来 我国城市的建设速度发展越来越快 城市交通方面的需求量 也是只增不减 城市里人口相对比较集中 不管是私家车还是其他机动车辆都满 足不了正常的停放 其中 公交车的需求量特别大 故而 市民们最关注的问题 还是车辆停放问题 私家车的数目与日俱增 人们谈论的最多的话题当然是车库了 各个小区里 的车库 原来是没惹要的被丢弃的 而现在 慢慢的成为了紧缺产品 大家都争 精品资料 着抢着要 所以价格自然是不断创新了 买车 买房 买车库必不可少的 车库门 存在的诸多问题怎么办 卷闸门特别容易坏 防盗性能低下 噪声太大 铁门及 其容易生锈 还需要手动开关铁门 特别的麻烦 平时的话还好 但是如果碰到 大热天或者雨雪天气 经过这样一番折腾 都已经筋疲力尽了 哪还有乐趣驾车 出去 在这种情况下 智能车库门就诞生了 一栋房子盖的再漂亮 没有一套坚实实用的支架支撑起来 并没有什么用处 车库门做的再坚固好看 没有一个高质量高标准的开门机来辅助他 不但会黯然 失色而且还会降低车库门的使用寿命得不偿失 所以 有很多人在选择车库门的 开门机时就会格外谨慎小心 在十几年前 遥控车库门流传入我国 现在据统计 全国大概有开门机生产厂家 50 多家 我们国家虽然能独立生产开门机 但是总 体上技术还是不够成熟 伴随着车库门市场的不断发展 进口车库门由于其高质 量且技术先进高端而出现了供不应求的状态 就像许多大公司 需要提前一两个 星期预定才可以 目前 由于车库门开门机的启动情况没有相关的技术标准来约束鞭策 各大 厂家的开门机都是按照他们各自的企业要求进行生产 对于各项技术指标和测 量方法都是不一样的 就像提升力等参数差别太大 就会造成市场上的混乱 给 用户的选择和维修带来一定的麻烦 更加不利于该行业的未来发展方向 所以 我们国家现在十分有必要制定一个技术标准 必须明确制定车库门开门机主要 的几个技术指标和测试方法 合理的引导市场公平有序竞争 促进行业稳定的发 展 目前车库门的开门机的发展方向如下 1 多功能和智能化 以后的车库门开门机还会不断的提高其智能化程度 比 精品资料 如开关门行程位置的自动检测 智能适应门体阻力的改变 以此来保持车库门能 有较高的遇障保护灵敏度等等 此外 还可能会增加新的其他功能像和住宅安全 防护系统结合在一起使用等 2 免维护 采用尽可能多的措施 尽量减少使用过程中不必要的维护工作 3 多样化 将会根据客户群体的不同 设计出各式各样的不同外形和功能的 高质量产品 满足客户的不同需求 服务客户 4 高安全性 客户对于产品首要关注的问题就是安全性 所以说安全性也是 非常重要的而且是最基本的指标要求 精品资料 第二章 方案论证 2 1 设计任务及基本要求 2 1 1 系统的基本设计要求 本次设计要求我们实现智能车库门的控制系统 具体要求如下所述 1 汽车行驶到车库门前面 车上面的传感器接收到特定信号 同时向车库门 发出开门的信号 2 车库门接收到开门信号之后 车库门会自动打开 与此同时开门指示灯会 变亮 当车库门完全打开时 开门指示灯自动灭掉 门就会停止运行 3 车入库之后 车位传感器自动检测到车停到正确的位置 而且门口的红外 传感器检测到车主离开车库之后 会给车库门发出一个关门信号 经过一段时间 的延时 车库门就自动关闭 而在此时 关门指示灯变亮 4 车库门完全关闭后 关门指示灯灭 门也就停止运行 5 当自动开关门出现故障的时候 可以进行手动操作开关车库门 2 1 2 主要功能及技术指标 1 所使用电源 180 240 50 60Hz 2 最大负载 120w 3 控制器本身所消耗的功率 5W 4 控制方式 无线遥控 频率为 315MHz 433MHz 选用编码加密控制方式 信号转换的时间 1 0 5S 自动停机 包括有限位停机及 35S 5 报警控制 输出 控制器的报警探头可以提供两个直流电源即 5V 或 12V 精品资料 输入 报警器的输出是继电器的接触点 报警器的探头 可以使用光电对射 红外线热释 多普勒雷达探测 声波震动 电磁 感应等等类型 车库门开关时会自动解除报警功能 探头所检测到的距离应不小 于 6 7m 2 2 结构示意图 图图 2 1 车库门车库门自自动动控制控制 2 3 硬件的选择方案 2 2 1 微控制器的选择方案 方案一 单片机 AT89S51 是美国 ATMEL 公司的产品 功耗低 性能高的 CMOS 8 位单片机 单片机内含有 4K bytes 的系统可编程 Flash 可读的程序存储器 该元器件是 ATMEL 公司采用他们的高密度和非易失性的存储技术生产出来的 其兼容了 8051 标准指令系统和引脚 Flash 程序存储器 不但可以在线编程 ISP 而且可以 采用传统方法编程以及存在于单片机中的通用的 8 位微处理器 ATMEL 公司是 非常强大的 价格低廉的单片机 AT89S51 可以为我们带来高性价比的应用环境 也能灵活的应用在各种各样的控制领域 电源限位开关输入 电机控制电路 复位电路 报警输出 单片机 AT89S51 无线接收模块 红外发射 接 收 精品资料 方案二 PLC 利用 PLC 控制车库门 可以避免大量的电子元器件 同时它的连线也会减 少 并且 它的系统一旦出现故障 则维修简便 维修所花时间较短 PLC 设计采 用的是具有一系列可靠性的设计方法来实施的 PLC 的操作也很简单 其包括程 序的输入和更改两种操作 程序输入可以直接连接显示 可以直接依据所需的地 址编码或者接入点的号来搜索或者程序寻找来实现更改程序的操作 最后再进 行更改 PLC 所使用的编程语言有很多 如梯形图 功能表图 布尔助记符 语言 描述编程语言及功能模块 其多样性的编程方法使得技术简便 应用广泛而且拓 展面比较广 因此 单片机和 PLC 二者的综合比较来看 还是单片机的性价比相对较高 可以采用在线编程等诸多优点 选用方案一 2 2 2 传感器的方案选择 方案一 无线通信芯片 MC2833 和 MC3363 芯片 MC2833 内置有可变电抗 器 输入信号放大器 射频振荡器和功率放大电路 MC3363 内置有 2 个混频器 高频放大器 振荡器 解调器 中频限幅放大器 幅度比较器和音频前置放大电 器等电路 要完成短消息通信和语言通信只需要很少的一部分外围器件 也让整 个系统的稳定性得到提高 方案二 PT2272 和 PT2262 的发射部分组成是由编码芯片 按键 功率放大 电路和 315M 调制器等 他是由无线信号来接收电路的解码芯片来构成的 按键 状态的输出端为 D0 D1 D2 D3 当其中任何一个按键按下之后 对应的数据输 出端口就会自动输出高电平 要想驱动继电器只需要在这几个端口上增加一级 放大电路就可以 利用三极管来控制负载遥控开关 也能直接与单片机的 I O 引 精品资料 脚相连 数据端口的状态用单片机来采集 最后再对外部进行控制 因此 二者权衡之下 PT2272 PT2262 比较简单一些 当做简单遥控来做更 加适合 选用方案二 2 2 3 电机的选择方案 方案一 直流电机 利用国际高技术要求制造的减速电机 科技含量非常的高 可以节省很多空 间 承受过载力强 耐用可靠 能耗低 功率可达到 95KW 以上 性能好 振动小 减速机的效率一般超过 95 噪音低 节能高 箱体是刚性铸铁 齿轮外表经高 频热处理 精密加工 保证了定位精度 这些特点综合组成配置了各类电机 实 现了机电一体化 产品的使用特质量特征得了一定的保证 方案二 交流电机 体积庞大 笨重 移动不方便 消耗大 电费多 一般情况下只能焊接酸性的 焊条 422 调节电流不方便 必须用力摇手柄 供电是单相的 所以电网不太平衡 其他设备的工作会受到严重影响 故而 综上的两个比较 我们选择方案一 2 2 4 电机驱动方案 方案一 光耦合器优点 抗干扰能力强 信号单向传输 工作稳定 输入输出 端整个实现了电气隔离 无触点 输出信号不会影响输入端的信号 传输效率高 使用寿命长 70 年代光耦合器才发展起来的 目前早已经广泛应用在电平转换 电气绝缘 驱动电路 极间耦合 斩波器 开关电路 信号隔离 多谐振荡器 脉 冲放大电路 极间隔离 远距离数字信号传输 数字仪表 固态继电器 SSR 脉 精品资料 冲放大 仪器仪表 微机接口及通信设备中 单片机的开关电源里 采用线性光 耦合器来组成光耦反馈电路 占空比的改变是要通过调节控制端电流 以此来达 到精确稳压的目的 方案二 在 MOS 的导通压降之下 其导通电阻较小 驱动电路简单 栅极的 驱动不用电流 消耗小 热阻特性好 自身带有保护二极管 大功率并联适合 但 是缺点是价格昂贵 开关速度也不高 方案三 三极管的开关速度比较高 大型三极管的 Ic 集电极 可以设计的非 常大 但是缺点就是驱动复杂 损耗太大 所以 综合比较采用方案一更加合理 精品资料 第三章 系统硬件设计 3 1 单片机最小系统电路 单片机 AT89S51 是 ATMEL 公司生产的 8051 相容单芯片 是可电器烧录清 洗的 它内部程序的代码容量大小为 4KB 3 1 1 AT89S51 的主要功能如下 1 一般是控制应用的 8 位芯片 2 芯片内部具有时钟振荡器 3 内部 ROM 程序存储器 是 4KB 4 内部 RAM 数据存储器 是 128B 5 外部数据存储器可以扩展到 64KB 6 外部数据存储器可以扩展至 64KB 7 5 个中断源 8 具有 32 条双向输入线和输出线 每一条都可以单独做 I O 口的控制 9 独立的 16 位定时器两组 10 全双工串行通信端口 1 个 11 8751 和 8752 芯片都具有保密功能 12 单芯片可以提供位逻辑运算指令 精品资料 3 1 2 AT89S51 各引脚功能的介绍 图图 3 1 AT89S51 单单片机片机 VCC AT89S51 接 5V 电源正端输入 VSS 源地端 XTAL1 单芯片系统时钟反相放大器输入端 XTAL2 系统时钟反相放大器输出端 一般情况下 在设计时 只需要在 XTAL1 和 XTAL2 上面接上石英震荡器就可以动作了 除此之外 还可以在地和两引脚 之间加入一个 20PF 的小电容 这样可以使系统更加稳定 也能避免因噪声干扰 而死机的情况 RESET AT89S51 的重置引脚 在高电平下发挥作用 如果要进行重置 就需要 精品资料 将这个引脚的电平改为高电平并且保证两个机器周期以上的时间 这样才能保 证系统重置的各项动作顺利完成 将内部特殊功能寄存器里边的内容全部设置 成已知的状态 而且从地址 0000H 处开始读取程序代码来执行程序 EA Vpp EA External Access 意思是存取外部程序代码 低电平有效 意思就是 当这个引脚接低电平时 系统会读取外部程序代码 存储于外部的 EPROM 执行 程序 ALE PROG Address Latch Enable 的缩写是 ALE 意思是地址锁存器启用 信号 单片机 AT89S51 可以使用此引脚触发片外的 8 位锁存器 74LS373 将 0 端口地址总线 即 A0 A7 锁入锁存器 由于 AT89S51 是以全多功的方式输出地 址及数据的 PSEN PSEN 是英文 Program Store Enable 缩写 表示为程序存储启用 当 EA 0 时 即 8051 的工作模式设置成为读取外部程序代码时 此时就会发送这个 信号来获取程序代码 一般情况下 这个引脚是接在 EPROM 的 OE 脚上的 PROT0 P0 0 P0 7 0 端口是一个 8 位的开路基极 Open Drain 双向输入输出端 口 一共有 8 位 P0 0 表示第 0 位 P0 1 表示第 1 位 P0 2 表示第 2 位 以此类推 PORT2 P2 0 P2 7 端口 2 的内部具有可以提升电路的双向的 I O 口 每个引脚 都可以驱动 4 个 LS 的 TTL 负载 如果将端口 2 的输出设置为高电平 此时这个 端口就可以被用作输入端口 PORT1 P1 0 P1 7 端口 1 的内部也具有可以提升电路的双向的 I O 口 它的输 出缓存器能够推动 4 个 LS 的 TTL 负载 同样的 如果将端口 1 的输出设置成高 电平时 这个端口也能被用作输入端来使用 即由此端口来输入数据 但是若使 用 8052 或者是 8032 P1 0 可以当成定时器 2 的外部脉冲输入引脚 P1 1 也能有 精品资料 T2EX 的功能 能用做外部中断的输入的触发引脚位 PORT3 P3 0 P3 7 端口 3 的内部也具有可以提升电路的双向的 I O 口 它的输 出缓存器能够推动 4 个 TTL 负载 同时还具有其他额外的特殊功能 其中包括 串行通信 计时计数控制 外部中断控制及外部的数据存储器的写入或者读取等 控制功能 引脚分配如下所示 P3 0 RXD 串行通信输入 P3 1 TXD 串行通信输出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 P3 4 T0 计时计数器 0 输入 P3 5 T1 计时计数器 1 输入 P3 6 WR 外部数据存储器的写入信号 P3 7 RD 外部数据存储器的读取信号 智能车库门自动关闭系统的设计是基于单片机最小系统上实现的 在此 该 模块是起到控制输出 数据的采集处理等作用 在单片机最小系统上进行系统设 计 这样能让电路的控制变得简单 后面的编程设计也会更加的方便 单片机最 小系统如图 3 2 所示 精品资料 图图 3 2 最小系最小系统电统电路路图图 3 2 无线遥控模块 PT2262 PT2272 控制电路图 所谓的无线电遥控 是采用无线电波的形式对被控制对象来进行远距离的 操作控制 在工业控制 家电邻域以及航空航天邻域应用都比较广泛 3 2 1 无线遥控模块的构成 由发射和接收两个部分组成 发射部分 编码芯片 按键 315M 调制器等 精品资料 图图 3 3 发发射模射模块块 接收部分 解码芯片 无线信号接收电路 图图 3 4 接收模接收模块块 按键的输出端状态为 D0 D1 D2 D3 当任意一个按键按下之后 对应的端 口就会输出一个高电平 这几个端口加一级放大电路就能够驱动继电器以及功 率三极管 来实现负载遥控开关的控制 当然也能直接连在单片机的 I O 引脚上 面 单片机通过采集数据端口的状态来对外部进行控制 3 2 2 编解码芯片 PT2262 PT2272 PT2262 PT2272 是一对带有数据编码功能和带有地址的无线遥控收发芯片 发射芯片 PT2262 TR 将编码器 载波振荡器以及发射单元集于一身 使得发射电 路变得很简单 接收芯片 PT2272 数据的输出位依据其后缀的不同而不同 数据输出有两种 方式 锁存 和 暂存 用户使用起来方便 后缀是 M 的是 暂存型 后缀是 l 的是 锁存型 它幽游白不同的数据输出分为 0 2 4 6 比如 PT2272 M4 表 示的是数据输出是 4 位的暂存型无线遥控接收芯片 精品资料 在一般的使用中 我们通常采用 4 位数据码和 8 位地址码 此时解码芯片 PT2272 和编码芯片 PT2262 的 1 8 引脚是地址设定脚 有悬空 接正电源 接地 三种状态可供选择 其地址编码不重复度有 3 8 6561 组 而只有发射端 PT2262 与接收端 PT2272 有完全相同的地址编码 才可以配对使用 生产厂家为了便于 对遥控模块的管理 在出厂时遥控模块 PT2272 和 PT2262 的八位地址编码一端 都是悬空的 这样可以便于用户自己根据需要选择各种编码状态 如果想要改变 地址编码 只需将 PT2272 和 PT2262 的第 1 8 号引脚设置成一样的就可以 比如 给接收机的 PT2272 的 2 号引脚接地 第 3 号引脚接正电源 剩下的引脚都 悬空就可以实现配对接收 地址的跳线设置见图 7 用户也可以在 PCB 板上直接 把地址引脚 即 PCB 板中间 8 个过孔焊盘 和 L 低电平 或者 H 高电平 相连 以此来实现地址额设置 PT2272 和 PT2262 两个地址设置必须完全一样 只有当 两个的地址编码完全一样时 接收机所对应的输出端口 D0 D4 大约为 4V 的互 锁高电平控制信号 与此同时 VT 端也会输出有效高频解码信号 3 3 直流稳压电路图 直流稳压系统的组成包括有滤波器 整流器 高频滤波器和直流稳压器等 最常用的直流稳压电路见图 1 4 一般情况下 直流稳压电源用的大多为单桥式整流器 而直流常用电容滤波 电路图中 C1 是平滑滤波电容 经常用几百至几千微伏的电解电容 以此来减小 整流桥输出电压的脉动 C2 是高频滤波电容 一般采用 0 01 0 1uF 瓷片电容 用 来抑制浪涌尖峰 作为直流稳压元器件 目前最常用的是三端稳压器 78XX 以及 精品资料 79XX 系列芯片 此类稳压管使用方便 结构简单 负载稳定度是 15mV 有输出 短路保护和过电流 可以应用于计算机系统 三端稳压电源输出端经常接 C3 和 C4 两个电容 C3 的作用是负载匹配 多用几十甚至几百微安的电解电容 C4 的 作用主要是抗高频干扰 经常选用 0 01 0 1uF 的瓷片电容 采取分散独立供电的方式 可以增加直流电源系统的可靠性 系统的总电源 能够提供的只是非稳压直流电源 要进行稳压就得在各功能模块上接三端集成 稳压器 再配上合适的滤波电容 这样不但可以使各模块的供电质量得到提高 而且还能消除由于电源而形成的相互干扰 来提高供电的可靠性 此外 不是所有的计算机系统都用的是类似于图 3 5 的电源系统 在交流电 压波动范围较小的情况下 也可以省略交流稳压管 而在尖峰及浪涌电压较小的 情况下 电源变压器和隔离变压器可以合在一起使用 这样的话可以简化电源系 统结构 图图 3 5 直流直流稳压稳压系系统统 3 4 光耦隔离光耦隔离驱动继电驱动继电器器 OC 耦合器 是英文 Optial Coupler 的缩写 也被称之为光电隔离器 简称 精品资料 为光耦 该器件在开关电源电路当中最常见 3 4 1 光耦的工作原理光耦的工作原理 光耦传输电信号是以光为介质的 对于输入输出电信号具有较强的隔离效 果 因此 在各种电路当中都能够见到他的应用 当下 光耦已经变成用途最广 种类最多的光电元器件之一 光耦一般由光的发射 光的接收以及光的信号放大 这三个部分组成 输入的电信号可以驱动 LED 发光二极管 使 LED 发出特定 波长的光 光探测器接收到光之后就会产生光电流 再将光电流进行放大后输出 这一系列的步骤就可以达到电 光 电的相互转化 进而达到输入 输出和隔离的 效果 因为光耦的输入输出之间都是相互隔离的 而且电信号的传输的特点都是 具有单向性的 所以就具有比较好的抗干扰能力和电绝缘能力 3 4 2 光耦的光耦的优优点点 光偶的优点主要有 信号是单向传输 输入和输出端完全达到了电器隔离的 状态 输出信号不会影响输入端的信号 工作较稳定 抗干扰能力强大 使用寿 命长 无接触点 传输效率比较高 光耦是 70 年代发展起来的新型元器件 目前 早就十分广泛的应用在电平转换 电气绝缘 驱动电路 极间耦合 斩波器 开关 电路 信号隔离 多谐振荡器 脉冲放大电路 极间隔离 远距离信号传输 数字 仪表 SSR 固态继电器 仪器仪表 脉冲放大 微机接口以及通信设备中 一般 在单片机的开关电源当中 采用线性光耦可以组成光耦反馈电路 要改变占空比 只需要调节控制端的电流大小菊科有实现 以此来达到精密稳压的效果 3 4 3 光耦的种光耦的种类类 精品资料 光电耦合器可以划分为线性光耦和非线性光耦这两类 线性光耦电流的传输特性曲线是近似于一条直线的 而且在小信号下性能 比较高 可以按照线性特性来隔离控制 通常情况下采用的是 PC817A C 系列的 线性光耦 非线性光耦电流传输特性当然也是非线性的 这种光耦只适用于传输开关 信号 不适合传输模拟信号 最常用的非线性光耦是 4N 系列 开关电源里最常用的是线性光耦 倘若使用非线性光耦合器 就可能会造成 震荡波形变坏 更甚至引发寄生震荡 迫使数十到数百赫兹的低频振荡把数千赫 兹的振荡频率以此调制 这样产生的后果就会在图像画面上造成干扰 例如 VCD 彩电 DC 以及彩显等 并且 电源的带负载能力会下降 显示器 彩电等 开关电源维修时光耦合器损坏的话 就必须用线性光耦来替换 最常见的线性光 耦如下 4 脚的有 PC111 PC817A C TLP521 等 6 脚的有 PC817A C PC817A C TLP532 PC817A CPC714 PC817A CPS2031 等 一般的不适合用于开关电源的有 4N35 4N36 4N25 4N26 主要原因是这四种都 属于非线性光耦合器 精品资料 图 3 6 光耦隔离驱动 3 5 红红外外发发射接收射接收对对管管 3 5 1 红外线传感器原理 红外线又称红外光 它具有反射 折射 散射 干涉 吸收等性质 任何物质 只要它本身具有一定的温度 高于绝对零度 都能辐射红外线 红外线传感器测 量时不与被测物体直接接触 因而不存在摩擦 并且有灵敏度高 响应快等优点 红外线传感器包括光学系统 检测元件和转换电路 光学系统按结构不同可 分为透射式和反射式两类 检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检 测元件 热敏元件应用最多的是热敏电阻 热敏电阻受到红外线辐射时温度升高 电阻发生变化 通过转换电路变成电信号输出 光电检测元件常用的是光敏元件 精品资料 通常由硫化铅 硒化铅 砷化铟 砷化锑 碲镉汞三元合金 锗及硅掺杂等材料制 成 红外线传感器常用于无接触温度测量 气体成分分析和无损探伤 在医学 军事 空间技术和环境工程等领域得到广泛应用 例如采用红外线传感器远距离 测量人体表面温度的热像图 可以发现温度异常的部位 及时对疾病进行诊断治 疗 见热像仪 利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视 可实现大 范围的天气预报 采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情 况等 3 5 2 红外线特点 人的眼睛能看到的可见光 若按波长排列 依次 从长到短 为红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 如图 3 7 所示 图 3 7 红外线光谱图 由图可见 红光的波长范围为 0 62 m 0 76 m 比红光波长还长的光叫红 外线 红外线的特点是不干扰其他电器设备工作 也不会影响周边环境 电路调 试简单 若对发射信号进行编码 可实现多路红外遥控功能 3 5 3 红外线传感器依动作的分类 1 将红外线一部份变换为热 藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之 热型 2 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因 PN 接合之光电动 精品资料 势效果的量子型 热型的现象俗称为焦热效应 其中最具代表性者有测辐射热器 Thermal Bolometer 热电堆 Thermopile 及热电 Pyroelectric 元件 热型及量子 型的一般特征如图 3 7 所示 在此仅就热型之热电型红外线传感器加以说明 也 叫热释红外线传感器 3 5 4 识别红外发射管与接收管的三种方法 人们习惯把红外线发射管和红外线接收管称为红外对管 红外对管的外形 与普通圆形的发光二极管类似 初接触红外对管者 较难区分发射管和接收管 本文介绍三种简便的识别方法 根据内部结构识别 红外对管的内部结构如左图 a b 所示 左图 是红外发射管 管芯中央凹 陷 类似聚光罩的形状 左图 是红外接收管 管芯中央的平台上有红外感光电 极 红外对管的两引脚 长 短 长引脚是正极 和普通发光管相同 图 3 8 红外对管结构图 用三用表测量识别 可用 型或其他型号指针式三用表的 电阻挡 测量红外对管的极间 精品资料 电阻 以判别红外对管 判据一 在红外对管的端部不受光线照射的条件下调换 表笔测量 发射管的正向电阻小 反向电阻大 且黑表笔接正极 长引脚 时 电 阻小的 是发射管 正反向电阻都很大的是接收管 判据二 黑表笔 接负极 短引脚 时电阻大的是发射管 电阻小并且三用表指针随着光线强弱变 化时 指针摆动的是接收管 注 黑表笔接正极 红表笔接负极时测量正向电阻 电阻大是指三用表指针基本不动 通电试验方法判别 用一只发光二极管和一只电阻与被测的对管串联如图 3 8 图中电阻起限流 作用 阻值取 发光二极管用来显示被测红外管的工作状态 用遥控器 电视机遥控器等 对着被测管按下遥控器的任意键 亮时 被测管 是红外接收管 不亮则是红外发射管 3 9 红外对管原理图 3 5 3 红外发射接收管认识 我们一般见到的红外遥控系统可以分为两个部分 一个是发射部分 另一个是接 收部分 发射部分的发射元器件是红外发光二极管 他所发出的是红外线而不是 可见光 精品资料 最常用的红外发光二极管所发出的红外线波长大约是 940nm 他的外观和普 通的 5mm 发光二极管相似 就是颜色的区别 通常有深蓝色 黑色和透明等三 种 断定红外发光二极管的好坏的方法和判定普通二极管的是一样的 一只红外 发光二极管的发射功率大概是 100mW 用专用仪器来测定红外发光二极管的发 光效率 但在业余条件下 只能靠平时积累的经验利用拉锯法来粗略判断 接收电路当中的红外接收管是一种光敏二极管 需要给红外接收管加上反向 偏压才能够使用 才能在正常工作下获得比较高的灵敏度 红外接收管通常情况 下有方形和圆形两种 因为红外发光二极管的发射功率比较小 红外接收管收的 信号太弱 所以为了提高增益 就需要在接收端增加一个放大电路 现在 不论 是正式的产品还是业余制作的 大部分都采用的是一体化接收头 如下面图 3 所 示 红外线一体化接收头是集红外接收 放大 比较器输出以及滤波等的模块 性能比较可靠 稳定 因此 有了一体化接收头 人们就不会再制作接收放大电 路 如此一来 红外接收电路不但简单并且可靠性也会大大提高 图 3 7 是两种比较常用的红外接收头的外形 都只有三只引脚 电源正极 VDD 电源负极 GND 以及数据的输出 OUT 因外形的不同接收头的引脚排 列也是不一样的 图 3 10 就是表示因为接收头的外型不同而造成的引脚的区别 精品资料 图 3 10 红外接收头 当有汽车进入车库时 红外就会阻断 此时计时器自动加 1 车辆停好之后 车主离开车库时 红外再一次 阻断 计数器再次加 1 然而当计数器为 2 的时候 车库门延时一段时间 就会自动落下 同样的道理 车在出库的时候 红外阻断 计数器加 1 计数器加到 2 的时候 车门继续延迟一段时间再落下 图 3 11 红外对管 3 6 限位开关限位开关 精品资料 车库门在上升的时候 下限位的开关是闭合的 等到上升到一定高度的时候 达到上限位开关 此时上限位开关开启 电机停止转动 同样的道理 车库门下 降的时候 上限位开关闭合 下降到触碰到下限位开关的时候 下限位开关自动 打开 电机就停止转动 这样就完全实现了开关门的过程 图 3 9 限位开关 章 4 章 系系统统程序程序设计设计 4 1 程序流程程序流程图图 精品资料 图 4 1 自动车库门示意图 开始等待信号 是否接到信号 如果没有接到信号 红外检测有信号 报警 否则继续等待 如果接到一定高度上限位开关打开 停止 门口红外感应 计数 器加 1 车是否到位 如果到位红外感应为 1 没有到位继续等待 人出来门口红 外继续感应 计数器加 1 延时 电机反转 车库门下降到一定高度 下限位开关 打开 电机停转 精品资料 4 2 电电机正反机正反转转程序程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit s1 P3 2 正转键 sbit s2 P3 3 反转键 uchar table 0 x10 0 x08 0 x04 0 x02 正转数组 uchar table1 0 x02 0 x04 0 x08 0 x10 反转数组 void delayus uint i 延时函数 while i void main uchar i flag while 1 按键扫描 if s1 0 精品资料 信号 车库门照明 电机正传 车库开门 车库门上升到 delayus 1000 if s1 0 while s1 flag 0 if s2 0 delayus 1000 if s2 0 while s2 flag 1 if flag 0 正转 for i 0 i 4 i P0 table1 i delayus 500 if flag 反转 for i 0 i 4 i P0 table i delayus 500 精品资料 章 5 章 结结 论论 从一开始确定这个题目的时候 我就在网上查阅了各种资料 对于智能车库 门控制系统的整体设计思路有了一定的了解 然后接下来就是自我准备阶段了 根据设计的要求 来进一步理清思路 查阅大量的相关文献 为后面做准备 首 先我明确了自己这个题目的实现是要靠单片机 还有就是车库门的开闭是需要 电动机的正反转来控制 加上限位开关还要控制电动机到达一定位置的停止工 作 以及这些功能的如何实现等都是汽车进出车库所必须具备的条件 其次 就 是车库门中的照明灯的设计 这些看似简单的容易实现的基本功能 但是在实现 的时候确是遇到了很多的麻烦 车库门打开之后 如果车库内光线太弱的话照明 灯也要打开 车完全入库之后 车库门自动关闭 这里 我一开始计划用两个压 力传感器在车库内外各装一个 当汽车靠近车库门时 碰到外面的传感器时自动 门没有任何动作 碰到室内压力传感器时门就自动关闭 车出库是是相反的 但 是 研究了好长时间 发现要实现起来 对我来说还是有点难度的 所以基于此 我又转换了个思路 重新确定了另一个可行性方案 就是在自动门下面放置一个 压力传感器 再加一个定时器 大约 30S 的时间 当汽车靠近车库门的时候 触 碰到压力传感器 此时 计时器开始工作 经过 30S 后收到信号 门开始自动打 开或关闭 这样做 也使程序大大的简化了 很好的避免的两个传感器交叉使用 带来的混乱 就在此时 又有新的问题出现 如果说车行驶到门口时突然停住了 定时五秒后门会开始自动关闭 这样就会出现一个致命的错误 同时 我也在网 上了解了一下压力传感器 其价格也是比较昂贵 所以说想要安装在私家车库当 中不太实际 费用太高 所以这一方案也只能放弃了 后来 经过上网查阅资料 以及老师的指导 最终确定了利用无线接收模块以及红外传感器来控制自动门 的开闭 而且在实现过程当中 感觉都很顺利 而且也能完全达到我的设计目标 精品资料 致致 谢谢 参参 考考 文文 献献 1 胡乾斌 李光斌 李玲等 单片微型计算机原理与应用 M 武汉 华中科技 大学出版社 2005 8 2 王永军 从玉珍 主编 数字逻辑与数字系统 M 北京 电子工业出