基于单片机的自动门控制系统设计_

1第1页共38页南京理工大学毕业设计说明书论文作者王汇侨准考证号064912203048教学点南通职业大学专业机电一体化题目基于单片机的自动门控制系统设计指导者姓名专业技术职务评阅者姓名专业技术职务年月本科毕业设计说明（论文）2第2页共38页指导者评语指导者签字年月日本科毕业设计说明（论文）3第3页共38页毕业设计（论文）评语评阅者评语评阅者签字年月日答辩委员会（小组）评语答辩委员会（小组）负责人签字年月日本科毕业设计说明（论文）4第4页共38页本科毕业设计说明（论文）5第5页共38页毕业设计说明书（论文）中文摘要随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，自动门开始进入人们的日常生活，成为宾馆、超市、银行等现代建筑所必备之物，是建筑智能化水平的重要指标之一。它具有美观大方、防风、防尘、降低噪音等优点，同时方便了人们出入，也方便了管理，增强了安全。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。控制系统是自动门的心脏，也是衡量其设计制造水平的重要指标，同时自动门控制系统逐渐向大型化、复杂化和智能化的方向发展。本次设计是基于单片机的自动门控制系统，使用光电传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外光线能量变化，将其转化为电信号，传给单片机。交流电机作为门驱动装置。通过单片机控制交流电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。本课题主要实现光电线检测和基于AT89C52的单片机控制系统。关键词单片机；自动门；光电传感器；本科毕业设计说明（论文）6第6页共38页毕业设计说明书（论文）外文摘要TITLETHEAUTOMATICDOORCONTROLSYSTEMBASEDONSCMABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFTHESOCIETY,THEPROGRESSOFSCIENCEANDTECHNOLOGYANDTHEIMPROVINGOFPEOPLESLIVINGSTANDARD,AUTOMATICDOORSBEGINTOENTERPEOPLESDAILYLIVES,ASHOTELS,SUPERMARKETS,BANKSANDOTHERMODERNBUILDINGESSENTIALTHINGINTHEWORLD,ISONEOFTHEIMPORTANTINDICATORSOFTHELEVELOFINTELLIGENTBUILDINGITHASBEAUTIFULANDEASY,WINDPROOF,DUSTPROOFANDREDUCENOISE,CONVENIENCETOPEOPLEINANDOUT,ANDATTHESAMETIMEALSOCONVENIENTFORMANAGEMENT,TOENHANCETHESECURITYITSPRACTICABILITYISSTRONG,THEFUNCTIONISALLREADY,TECHNOLOGYADVANCED,MAKEPEOPLEBELLIFEIEVEITSTHERESULTOFSCIENTIFICANDTECHNOLOGICALPROGRESSITISMORETOUNDERSTANDPEOPLE,THEDEVELOPMENTOFTHEDIGITALERAWILLCHANGEHUMAN,WILLSPEEDUPTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGYISTHEHEARTOFTHEAUTOMATICDOORCONTROLSYSTEM,ANDMEASUREITSDESIGNANDMANUFACTURELEVELOFIMPORTANTINDICATORS,AUTOMATICDOORCONTROLATTHESAMETIMEKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERAUTOMATICDOORPHOTOELECTRICSENSOR本科毕业设计说明（论文）7第7页共38页目录1绪论911课题研究的可行性912自动门的发展历史913电机自动控制系统的应用和发展1014课题研究的要求1115课题研究的目的和意义1116基本思路122系统硬件设计1321设计电路的框图和原理（原理图见附录）1322单片机介绍14222AT89C52工作原理16223AT89C52的数据存储1823光电传感器介绍1924BISS0001芯片介绍20241BISS0001的内部结构及特点20242BISS001管脚图及管脚说明21243BISS0001工作原理2225步进电机23251步进电动机的特点24252驱动控制系统的组成24253斩波驱动253系统软件设计及调试2631系统软件结构2632各部分程序流程设计（见附录）2633调试2634门行程检测及故障检测27总结与展望28参考文献29附录设计电路原理图30附录信号流程说明31附录程序源代码33本科毕业设计说明（论文）8第8页共38页1绪论11课题研究的可行性在科技化、信息化程度越来越高的今天，单片机的应用领域随之越来越广，成为人们生活不可或缺的一部分。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，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。本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机、传感器为核心的系统。12自动门的发展历史门和人类文明是孪生的，它伴随着人类发展而跃动。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。中国早在十多年前开始引进欧洲自动门，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。自动门一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。现如今，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。本科毕业设计说明（论文）9第9页共38页13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。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大与调整后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。目前，伺服技术正朝着交流化、数字化的方向迅速发展。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，使本科毕业设计说明（论文）10第10页共38页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。交流电动机采用正弦脉宽调制方式进行变额调速是比较理想的，但若要用普通的模拟电路或数字电路完成这任务，电器相当复杂用微机控制就简单多了。若要进一步调节精度及动态性能，可采用矢量控制方案，它的调速性能将与直流电动机相当。但矢量控制比较复杂，用传统的模拟电路或数字电路根难做到，而应用微机控制。则能方便的实现。目前，广泛应用于数控机床等自动化设备的数控位置伺服系统，其中电动机都是由微机控制的。为了提高性能在先进的数控交流伺服系统中，已采用高速数字信号处理芯片DIGITALSIGNALPROCESSOR简称DSP，指令执行速度达到每秒数百兆以上，且具有适合于矩阵运算的指令。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。根据给定的要求驶控制规律，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、显不、记录等。14课题研究的要求（1）掌握各种元器件的原理及其在电路中的作用，并会绘制出电路原理图。（2）查看相关资料，了解有关自动门设计的一些必要的知识。（3）复习所学的知识，联系实际，想好设计方案等等。本科毕业设计说明（论文）11第11页共38页15课题研究的目的和意义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光电线，当人走近自动门时，光电线感应到人的存在，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。16基本思路1、首先有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门不远的时候，安装在门上侧的光电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、而无人时则关门延迟,当光电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11人体信号光学系统（菲涅尔透镜）光电传感器信号处理自动门控制电路图11设计总结构图本科毕业设计说明（论文）12第12页共38页2系统硬件设计21设计电路的框图和原理（原理图见附录）光电自动门控制系统主要由AT89C52单片机及其外围电路、光电检测电路，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。单片机循环检测光电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21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单片机AT89C52EPROM故障显示报警控制方式切换SRAM光电线检测门行程检测故障检测图21自动门控制系统硬件图步进电机控制电路本科毕业设计说明（论文）13第13页共38页工作范围时，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。22单片机介绍单片微型计算机简称单片机，单片机又称单片微控制器，是典型的嵌入式微控制器，英文缩写为MCU。它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。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。AT89C52是一种低电压，高性能CMOS8位单片机。片内含8KBYTES可反复擦写的FLASH只读程序储存器和256BYTES随机储存数据储存器，器件采用ATMEL公司的高密度、本科毕业设计说明（论文）14第14页共38页非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。图22AT89C52引脚图本科毕业设计说明（论文）15第15页共38页221AT89C52简介1、兼容MCS51指令系统2、8KB可反复擦写大于1000次）FLASHROM；3、32个双向I/O口；4、256X8BIT内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率024MHZ；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求222AT89C52工作原理AT89C52为8位通用微处理器采用标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，光电遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。P0口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口本科毕业设计说明（论文）16第16页共38页用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。与AT89C51不同之处是，P10和P11还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P10/T2）和输入（P11/T2EX），P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG本科毕业设计说明（论文）17第17页共38页当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。223AT89C52的数据存储AT89C52有256个字节的内部RAM，80HFFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻本科毕业设计说明（论文）18第18页共38页址方式则为访问特殊功能寄存器。例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2口）地址单元。MOV0A0H，DATA间接寻址指令访问高128字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H，而不是P2口（0A0H）。MOVR0，DATA堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128位数据RAM亦可作为堆栈区使用。定时器0和定时器1AT89C52的定时器0和定时器1的工作方式与AT89C51相同。23光电传感器介绍光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（光电、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管LED、激光二极管及光电发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。本科毕业设计说明（论文）19第19页共38页光电开关传感器图24BISS0001芯片介绍BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以光电传感器和少量外接元器件构成被动式的光电开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。它不仅能和光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。1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。2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。3脚（RX）和4脚（CX）为输出定时控制器T，的外接元件端，定时时间为TX50103RXCX。5脚（RI）和6脚CI）为锁定时间控制器I的外接元件，锁定时间TI24RICI。7脚（VSS）为电源正端。8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。9脚（VC）为触发禁止端，当VCVR时禁止触发；当VCVR时，允许触发，VR02VDD10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。11脚（VDD）为电源正、负端。12脚（OUT2）为第二级运放的输出端13脚（IN2）为第二级运放的反相输人端。14脚（IN1）第一运放的同相输入端。15净（IN1）第一运放的反相输入端。16脚（OUT1）为第一运放的输出端。本科毕业设计说明（论文）20第20页共38页241BISS0001的内部结构及特点运算放大器OPL将光电传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器012进行第二级放大，再经由电压比较器COPL和ODP2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。BISS0001的特点CMOS工艺，公耗低数模混合具有独立的高输入阻抗运算放大器内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰内设延迟时间定时器和封锁时间定时器采用16脚DIP封装内置参考电源工作电压范围宽（3V5V242BISS001管脚图及管脚说明图23BISS001管脚图表21BISS0001管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触。2VO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使VO输出从低电平跳变到高电平时视为本科毕业设计说明（论文）21第21页共38页O有效触发。在输出延迟时间TX之外和无VS的上跳变时，VO保持低电平状态。3RR1输出延迟时间TX的调节端4RC1输出延迟时间TX的调节端5RC2触发封锁时间TI的调节端6RR2触发封锁时间TI的调节端7VSS工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VCVR时允许触发10IB运算放大器偏置电流设置端11VDD工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132INI第二级运算放大器的反相输入端141INI第一级运算放大器的同相输入端151INI第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端243BISS0001工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。当光电传感器接收到人体光电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（正向脉本科毕业设计说明（论文）22第22页共38页冲信号）。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。电源变压器为5W/15V，E为12V免维护蓄电池，供停电使用。S1为锁控电源开关，可根据需要安装在适当处所，用来接通工作电源，无必要时可取消设置。SCR采用1A的单向可控硅。HFC9301为软封装发声电路，发声为“嘀、嘀”声。电路的调试主要是主机与各分机之间的统调。将发射电路和接收电路组装好后，先将发射机中C10的调至适当位置后固定不动，接着调整接收机中的C1，使接收机能收到发射机发出的信号。若为“一对多”或“多对一”报警系统，应先将主机“一”（可以是发射机，也可以是接收机）调好固定，然后调整各分机，使其与主机统调。BISS0001应用线路图如25所示。图24BISS0001的光电开关应用电路图上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号VS。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间TX由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间TI由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选01U。在BISS0001的内电路中，运放A是一个独立的放大器，由它放大后输出的信号电压通过25步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲当步进驱动器接本科毕业设计说明（论文）23第23页共38页收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。近30年来数字技术、计算机技术和水磁材料的迅速发展。推动厂步进电动机的发展，为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。251步进电动机的特点1步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比具有良好的跟随型。以由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭外数控系统。2步进电动机的动态响应快。易于起停、正反转及变速。3速度可在相当宽的范围内平滑调节。低速下仍能保证获很大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。4步进电动机只能通过脉冲电源供电才能远行。它不能直接使用交流电源和直流电源5步进电动机存在振荡和失步现象必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。6步进电动机自身的噪音和振动较大带惯性负载的能力较差。252驱动控制系统的组成使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如图26所示步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下1反应式步进电动机控制换相顺序步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行。通常我们把通电换相这过程称为脉冲分配。三相六拍步进电机工作方式通电换相的正序是AABBBCCCA；反序为ACACBCBAB；共有八个通电状态P1口输出控制信号，0表示绕子通电，表示绕子断电，则可以用六个字来表示六个通电状态。这六个字表示如下表信号分配脉冲信号负载步进电机功率放大图25驱动控制系统方框图本科毕业设计说明（论文）24第24页共38页表22通电状态真值表通电状态P12CP11BP10A控制字2控制电路模型如27图所示253斩波驱动下面讲的是斩波恒流驱动的原理图。T1是一个高频开关管。T2开关管的发射极接一只小电阻只，电动机绕组的电流经这个电阻到地，所以这个电阻是电流取样电阻。比较器的一端接给定电压UC，另一端接取样电阻上的压降，当取样电压为0时，比较器输出高电平。当控制脉冲UI为低电平时T1和T2两个开关管均截止；当U1为高电平时，T1和T2两个开关管均导通，电源向绕组供电。由于绕组电感的作用，只上的电压逐渐升高，当超过给定电压UC的值时,比较器输出低电平，使与门输出低电平、TL截止，电源被切断；当取样电阻上的电压小于给定电压时，比较器输出高电乎，与门也输出高电平，T1又导通，电源又开始向绕组供电。这样反复循环，直到UI为低电平。A11006HAB10008HB10109HBC00101HC01103HCA01002HP10P11P128051系列单片机A相驱动A相驱动A相驱动图26控制电路模型本科毕业设计说明（论文）25第25页共38页3系统软件设计及调试31系统软件结构整个系统软件主要由主程序、开门子程序、关门子程序、T0中断服务程序、T1中断服务程序、外部中断服务子程序组成。主程序主要是完成系统进行初始化、中断设置等功能。程序设计中设置了一个外部中断0，它保证光电自动门能够在无人操控情况下自动运行，主要功能是当检测到有人出入门时，启动电机，从而实现自动开关门的目的。32各部分程序流程设计（见附录）在开门过程中首先进行门状态检测，根据所检测到的信号判断自动门上次停机所处位置。根据检测结果确定门此刻应运行方式，如检测出门是半开状态，门直接转入加速开门的过程。如检测出门是全开状态，门转入延时开门过程。如检测出门是全关状态，那么在检测到有人出人时，门会缓慢打开，之后加速运行，接着减速运行，最后电机停止运转，门由于惯性缓慢关闭。自动门开门后暂停一段时间，然后关门。关门是开门的一个反过程，它经过慢速运行、加速运行、减速运行、惯性运动直至停止这几个过程。在自动门关闭过程中当系统接收到由光电线传感器电路发出的有人出入的信号时，门会重新打开。与开门情况不同的是当在关门过程中检测到故障信号时门会朝反方向运动，将门打开，这样可以排除因自动门遇到障碍物或人身体而产生故障信号使整个系统停止工作的可能。为了运行过程可靠，在以不同速度运行过程中，对运行时间做了安全设置，当在开门状态下检测到运行时间超过安全时问或系统出现故障时，程序转人故障处理程序。33调试调试为了确保该门控系统的安全高效运行必须满足下列条件1大门的结构必须适合于自动控制特别要注意滚轮的直径必须与需要控制的大门重量相匹配其尺寸和重量符合有关技术规范之规定。2确保大门在滑动过程中不发生倾斜。3确保大门活动平稳准确在整个移动过程中不出现任何不正常的摩擦现象。4确保地面条件稳固避免固定基座的膨胀螺丝发生摇晃。本科毕业设计说明（论文）26第26页共38页5认真检查上方导轨和行程限位的机械挡块是否安装到位。34门行程检测及故障检测门行程检测电路通过检测门行程开关的闭合情况来发送不同的信号，使电机改变转速，进而控制门运行的速度以提高运作效率，为了保护门不受到损害和保证门运行效率，在门行程检测电路中设置了四个行程开关。它们分别代表开门极限、行程极限1、行程极限2、关门极限。门在开启过程中，分别经过慢速、加速、减速和停止四个过程，门的关闭过程则与上述过程相反。门运行到极限位置时，限位开关动作，单片机根据接收到响应的信号，改变电机运行速度。在故障检测电路中，配置了温度和速度传感器，用来监测电机的工作情况，从而实现电机过热保护和门运行障碍保护，同时还设置了电压监控电路，用于检测系统异常情况。检测电路首先将检测到的信号转换成电压，然后经单片机内部的户以转换器变成数字信号，单片机定期读取数据，一旦发现数据异常，即马上采取相应的紧急措施，向系统发出故障信号，系统停止工作，向故障显示电路发出指令，发出报警信号并显示故障类型。本科毕业设计说明（论文）27第27页共38页总结与展望本次毕业设计断断续续经历了2个多月，我从中学到了许多。从最开始的资料的收集，购买元器件，中间的电路板的焊接，程序的设计，到最好的调试和再调试。这些都使我学到了好多，成长了好多。通过查找各种资料，我更加熟练的运用所学过的信息检索方法。也懂得了耐心的重要性,焊接电路培养了我的细心，调试过程挑战了我的坚持能力，打磨了我的性格。这次经历不仅仅扩充了我的知识面，培养了动手能力，还教会了我怎样做好一件事的方法。毕业设计的过程带给我的是对所学知识的复习，是对新知识的拓展是对遇到各种困难的坚持，也是对坚持就是胜利这种信仰的肯定。虽然在这中间走过许多歪路，遇到很多失败，但是最终带给我是成功，是胜利的微笑。在大学毕业走向社会的这个过度过程,它使我受益匪浅。设计硬件之前，要首先收集好有关的基础性资料，应备有良好的应用类参考书和专业类参考书。对于有关的科技期刊和专利文献，也要经常阅读以便了解最新的发展情况，借鉴现成的经验，避免重复劳动。在设计中，要充分了解所用芯片的使用条件及输入输出的特性，这样才能避免因使用错误而多走弯路。电路设计部分应该有的精神就是广集资料。只凭借自己头脑中的知识是远远不够的。哪里出现了问题，就要翻书本，或上网查资料。当然也要开动自己的脑筋怎样使系统电路更完美。例如我的设计题目是基于单片机的自动门控制系统设计。本设计程序以汇编语言语言编写，易于读写、易于调试和修改，同时汇编语言用来编制系统软件和过程控制软件，其目标程序占用内存空间少，运行速度快。本次设计为单片机的自动门控制系统,主要应用单片机8052作为控制核心，直流电机、光电传感器等相结合的系统。这个系统软硬件设计简单，易于开发，严格控制各种元件的采购成本，所以价格低廉，安全可靠，操作方便。随着生活水平的提高，人民生活方便，施工安全，环保成为一个更加关注改善。自动门系列产品只是为了满足这种需求，从一定程度上的用户。所以在未来的日子里，自动门产品将更加的普及，家家户户使用自动门的景象将为时不远。本科毕业设计说明（论文）28第28页共38页参考文献1马争、汪亚南微计算机与单片机原理及应用M高等教育出版社，20092林立、张俊亮、曹旭东、刘得军单片机原理及应用M电子工业出版社，20093肖俊峰、郑小琴一种光电线自动门单片机控制系统J门窗,2008104吴英才、林华清光电传感器在防盗系统中的应用J传感器技术,200271211245于洋、葛斌、苏晓鹭基于单片机技术的自动门智能控制系统J计算机系统应用,2008415186RDYE,“VISUALOBJECTORIENTATEDPROGRAMMING,”DRDOBBSMACINTOSHJOURNAL,SEPT1ST19917廖常初FX系列PLC编程及应用M机械工业出版社，200548李俊秀可编程控制器应用技术M化学工业出版社，200879周波等可编程序控制器原理与应用M国防工业出版社，200810王丰,栾学德单片机原理与应用技术M北京北京航空航天大学出版社,200711沙占友,王彦朋,孟志永单片机外围电路设计M北京电子工业出版社,200412AT89C51DATASHEEPPHILIPSSEMICONDUCTORS1999DEC13YANGY,YIJ,WOO,YY,ANDKIMBOPTIMUMDESIGNFORLINEARITYANDEFFICIENCYOFMICROWAVEDOHERTYAMPLIFIERUSINGANEWLOADMATCHINGTECHNIQUE,MICROWJ,2001,44,12,PP203614VIZIMULLER,PRFDESIGNGUIDESYSTEMS,CIRCUITS,ANDEQUATIONSARTECHHOUSE,BOSTON,MA,19956RDYE,“VISUALOBJECTORIENTATEDPROGRAMMING,”DRDOBBSMACINTOSHJOURNAL,SEPT1ST199115黄立培电动机控制M北京清华大学出版社,200316黄锦安,钱建平,马鑫金电工技术基础M北京电子工业出版社,2007本科毕业设计说明（论文）29第29页共38页附录设计电路原理图本科毕业设计说明（论文）30第30页共38页附录信号流程说明各部分程序设计光电自动门运行状态分为慢速开门、加速开门、减速开门、延时开门、慢速关门、加速关门、减速关门几个部分。在开门过程中首先进行门状态检测，根据所检测到的信号判断自动门上次停机所处位置。根据检测结果确定门此刻应运行方式，如检测出门是半开状态，门直接转入加速开门的过程。如检测出门是全开状态，门转入延时开门过程。如检测出门是全关状态，那么在检测到有人出人时，门会缓慢打开，之后加速运行，接着减速运行，最后电机停止运转，门由于惯性缓慢关闭。自动门开门后暂停一段时间，然后关门。关门是开门的一个反过程，它经过慢速运行、加速运行、减速运行、惯性运动直至停止这几个过程。在自动门关闭过程中当系统接收到由光电线传感器电路发出的有人出入的信号时，门会重新打开。与开门情况不同的是当在关门过程中检测到故障信号时门会朝反方向运动，将门打开，这样可以排除因自动门遇到障碍物或人身体而产生故障信号使整个系统停止工作的可能。本科毕业设计说明（论文）31第31页共