车库门自动开闭控制系统设计要点

摘 要现在的车库门关闭基本上都采用了现代电子设备和识别技术，减少了人工管理工作，实现了车库门禁的半自动化管理。在本课题中，单片机、继电器，PT2272模块和315M无线模块组成的主控制器。PT2272 电源端一般会断开，若想打开车库门，可以按下遥控器开关，编码器PT2272将地址和数据通过无线发射模块发射。同时无线接收器的输出端接解码器的输入端。在这个时候，车库门自动关闭就可以形象的实现。关键词：车库门； 单片机； 无线收发模块； 手动控制AbstractNow,the garage door closed basically using modern electronic devices and identification technologies, reducing labor management, to achieve a semi-automatic garage access control management. In this issue, microcontroller, relays, PT2272 wireless transmitter and receiver module 315M wireless receiver module consists of the master controller. Disconnect the power supply terminal PT2272 generally, if you want to open the garage door, you can press the remote control switches, encoders PT2272 address and transmit data through a wireless transmitter module. While the input of the decoder output termination wireless receiver. At this time, the garage door can be closed automatically realize the image.Keyword：Garage Door; SCM; Wireless transceiver module; Manual control目 录第一章 绪 论11.1 车库门研究现状11.2车库门研究意义11.3本设计的目的21.4 基本模块2第二章 设计系统的总体框架32.1 单片机设计32.1.1单片机的概述和用途32.1.2单片机的结构特点32.1.3单片机所有的引脚配置32.2 无线遥控52.2.1 无线遥控的概述52.2.2无线电遥控开关62.3 PT2262和PT2272编码解码芯片72.3.1 PT2262和PT2272芯片的原理72.3.2 PT2262和PT2272特征与运用9第三章 系统的软硬件设计93.1 主要电路图设计93.1.1单片机最小系统93.1.3继电器电路113.1.4晶振电路113.1.5复位电路123.2 软件设计和流程图123.3仿真和调试流程133.4系统调试的硬件问题143.5系统调试的软件问题15第四章 总 结16参考文献17致 谢18附 录19第一章 绪 论1.1 车库门研究现状 80 年代初，我国的对外开放与世界各国的交流渐渐多了起来，当时的工业产品展览会上就有瑞典的车库门而且是上滑道车库门，在那个年代，具有超前意识的企业开始研制车库门，当然在20 世纪80年代更多的还是卷帘门的市场占了80，虽然卷帘门的噪音高达60-80 分贝，但是卷帘门产品从结构上已经用上了弹簧钢带。二十年代后期，美国开放的超级市场，自动门开始被使用，在此影响下，出现了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，已经开始出现电气式，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。起初，在供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只能够进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率底下。在20世纪后期，伴随着科技的发展，单片机得到了很大的进步。在这时，过去的8 位单片机的技术也得到极大的发展，它们的处理能力比起之前的提高了很多。现代的单片机技术不仅可以在裸机环境下进行操作，而且一些专用的嵌入式操作系统，全系列的单片机上被观法呢推广。如今，单片机可以用在仪器仪表测量、家用电器的使用、医用设备处置、航空航天实验、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，通信接口广泛的用在现代单片机上，计算机你与它可以自如的互通，现在的通讯设备，具有智能控制的功能，在手机、电话、小型交换机、尤其用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。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。1.2车库门研究意义我们身处一个21世纪科技进步的时代，自从中国成为世界第二经济体之后，中国人的生活水平，生活质量确实有了很大的提高，汽车成为从一开始的奢侈品变成家家户户都能买得起的交通工具。人们不仅追求精神文化，同时也开始越来越注重物质享受，汽车也因此开始逐渐步入中国普通家庭。今天，消费观念改变迅速，开汽车的不都是有钱人的时代了，如果你还觉得有钱人才能开车，那么你就可能对这个世界认知太少了。根据中国汽车工业协会的最新数据统计，截止2011年中国私人汽车拥有量已经跃居世界第二，仅次美国第一。在我国，平均9.5 个家庭就有一辆汽车，要知道，中国人口庞大，基数之多。如果只计算东部沿海省份的话，那这个比例将会超过美国等西方发达国家。汽车作为生活中必不可少的交通工具，对人们生活的帮助，对适应现代社会的快节奏有着建设性的作用，但是汽车的停放与安全也会慢慢对人们的生活产生压力。在这种环境下，自动车库门就会慢慢被人们所熟知和使用。对于车库门的历史，起源于世界第一次科技革命。在相关数据的统计显示下，2012 上半年，全国机动车保有量增加826 万辆，增长3.67。全国8 个省的机动车保有量超过1000 万辆，其中山东省和广东省机动车保有量超过2000 万辆。在很多城市中，经济发展之快，物质的增长，汽车的停泊越发紧张。根据有关数据统计，在全国大多大中城市中，停车位满足率不足五分之一，我国现状城市中，机动车已于停车位严重失衡。我国私家车越来越多，用量越来越大，从而是我国的交通运输显得很拥挤，在每天的下班高峰期，道路会被汽车塞得水泄不通。私家车的停放在人们的生活中越来越明显。在我国许多地区中，土地资源紧张，停车库位特别的紧缺，停车的费用又居高不下，对于我们遇到的这些问题，家用车库便接踵而来。当前，车库门发展经历了半个多世纪，但停车功能仍很落后许多发达中国家，发展需要很长时间，它的设计水平落后、实用价值不高。因此，设计车库门自动控制具有很重要的现实意义。1.3本设计的目的（1）制作解决相应的实际问题，巩固和运用在单片机技术中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。 （2）设计一个具有特定功能的自动车库门。该车进入车库门时（进门或出门）开门，关门中途来人，立即开门。1.4 基本模块（1） 单片机最小系统电路部分 （2）复位电路模块 （3）晶振电路模块（4）无线遥控部分（5）继电器部分第二章 设计系统的总体框架2.1 单片机设计2.1.1单片机的概述和用途 单片机又叫单片微型计算机。它是把组成微型计算机的各功能部件:中央处理器CPU，随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，I/O接口电路，定时/计数器，以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。 单片机在生活中关系到我们的各个方面，单片机充斥着我们的生活。小到电话，玩具，手机，各类刷卡机，电脑键盘，彩电，冰箱，空调，电磁炉，大到汽车，工业自动控制，机器人，导弹导航装置，甚至是美国的火星车，单片机里，一个或者多个都含有这些设备 。单片机的数量与PC机的数量不同。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一大批软硬件工程师。2.1.2单片机的结构特点 一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储-内存）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片机。 MCS-51系列单片机的工作寄存器区每组包含8个寄存器，可被分为4组，这与微机CPU中的通用寄存器差不多。不仅如此， 51系列单片机还的21个特殊功能寄存器。对于 MCS-51系列单片机的工作而言，熟知特殊功能寄存器SFR的工作尤其重要。单片机系统的功能与SFR有着密不可分的关系。在程序操控之下，各个通道都具备第二功能，这更有利于发挥引脚的作用。SFR与定时器、串行口、中断也密切相关，所以单片机可以一在个芯片上把他们放在一个电路上。程序存储器和数据存储器，他们有不同的地址，不同的寻址方式，不同的地址指针，程序存储器与PC有关，数据指针DPTR与数据存储器有关。2.1.3单片机所有的引脚配置在单片机中，有40个引脚，被系统的分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。采用40Pin封装的双列直接DIP结构。对于CMOS单片机不仅采用DIP形式外，还采用方形封装工艺。图2-1是MCS-51中AT89S51的引脚图。图2-1 AT89S51的引脚图 在单片机引脚中，主电源有2条引脚组成，外接晶体同样有2条引脚组成，另外还有控制电源复用引脚RST/ VPD、ALE、和VPP等，输入/输出引脚有32条。在本设计中对于这些引脚分别进行说明和讲解。（1）VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； (3) 时钟电路:TAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端与输出端。 (4)控制线:控制线共有4根 ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在VCC掉电情况下，接备用电源。 EA/VPP:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 VPP功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。（5)I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口，它们分别是P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 三态双向口在I/O口中是P0，它有8个TTL。准双向口被划分为P1、P2、P3口。4个TTL电路作为它的负载能力。 表2-1 P3口各引脚的定义 口线 第二功能P 3.0 RXD (接收 数据)P 3.1 TXD (发送数据）P 3.2 INT0 (外部中断 0)P 3.3 INT1 (外部中断1) P 3.4 T0 (定时器0）P 3.5 T1 (定时器1）P 3.6 WR (外部数据存储器“写”）P 3.7 RD (外部数据存储器“读 ”）2.2 无线遥控2.2.1 无线遥控的概述无线遥控可以实现对所需要目标的远程控制，在重工业、科研、家庭使用等广泛使用，给人们带来了诸多便利。红外遥控和无线电遥控是人们运用最多的两种。他们都具备的优点在于安装成本低，无需布线、不用地下工程、没有电缆槽，性价比高。 图2 - 5 无线遥控示意图红外遥控，是对以红外线为介质对事物进行控制，它有两个模块，接收模块和发射模块。红外发送二极管构成了红外遥控的发送部分。红外的接收二极管，构成了红外遥控的接收部分。在现实生活中，电视机是红外遥控技术的最主要的体现。灵敏，便捷的特点方便了我们的生活。不可穿透障碍物，远距离不能实现控制等缺。无线电遥控，是对电信号实现控制。它有两个模块，第一个是发送模块，主要的发送方式是遥控器。第二个是接收模块，主要的发送方式是超外差的接收方法，与收音机的接收方式相同。它的基本原理是，本振荡产生的信号与接收的信号经过混频，得到一种中频信号，对中频信号放大处理，经过检波电路进行检波，最后进行解调，最后得到了一个数据信号。对于这种方式而言，有较高的灵敏度，抗干扰能力强。在本设计中，我选用的是无线电遥控器。2.2.2无线电遥控开关如今，无线电遥控技术快速发展，十几年的发展取得了长远的进步。然而自从有了无线电开关以后，无线遥控技术有了质的飞跃，在我们的生活中体现在方方面面。无线电遥控开关的出现，便利了人们的生活。传输的实时性是它的一个主要的特点。正因如此，无线电遥控开关在国家中各个方面也发挥着重要的作用。在农业方面，农业的自动化是它的最主要的体现。随着人们的生活水平的不断提高，人们对科学技术的需求就会越来越强烈。先进的科学技术能够解决农民的生活需要，提高农民的收入。同时好的技术能够节约成本，减少不必要的劳动力。通过对无线遥控开关的控制，可以保证农业生产的自动化。在国防方面，在国防建设中的重要作用。现代信息化条件下的战争中的通信指挥、武器制导、雷达侦测、遥控遥测等依赖于无线电遥控技术的正常使用，无线电遥控技术开关已成为打赢信息化条件下的战争的关键。同时，无线电开关也有利于节约资源，减少了不必要的连线。在气象方面无线电频是气象卫星、天气雷达、探空雷达、风廓线雷达等现代化气象观测设备和以卫星通信为主、以短波和超短波通信为辅的气象无线电通信网络的基础性资源，为获取及传输气象观测资料，迅速有效的发布气象灾害预警信息提供了保证，为防御气象灾害，避免或减轻气象灾害造成的损失，保障人民生命财产安全作出了重要贡献。本设计中运用的无线电遥控开关如图所示 图2 - 6无线电遥控开关2.3 PT2262和PT2272编码解码芯片2.3.1 PT2262和PT2272芯片的原理PT2262/PT2272芯片，具有低功耗低价位的特点。如果实现编解码电路，2262/2272可以把12位的地址端管脚分别设置为，悬空,1,0。可以将地址码任意搭配。当把17脚串行起来时，就可以输出地址码和数据码，因此就可以实现无线遥控发射。 地址码，数据码，同步码构成了编码芯片PT2262编码芯片，也就能够组成一个完整的码字。在我们能够接收到信号后，高电平就会出现，当然高电平也显现在其它数据脚里。当我们一直按住按键不放的时候，编码芯片就会一直不断发出来。当我们不按下按键，PT2262就不会接通电源，低电平为0的17 引脚，315MHz无线发射电路就停止运行。当我们按键按下按键，PT2262可以接通，进行工作，在17脚有着串行数据信号，要想使高频信号运行，17脚必须为高电平；因为17脚设为低电平的时候，315MHz的无线发射电路就会停止运行，所以高频发射电路与PT2262的17脚输出的数字信号有着密不可分的关系。 图2 -7 PT2262外观图和测试图 在现实应用中，可适当的变动外接振荡电阻，阻值与振荡频率成反比，如果编码的宽度大，那么发码一帧的时间就会越多.PT2272 引脚图：图2- 8 PT2272外形图及测试应用图 PT2272解码芯片有各种各样的后缀，因此有各种各样的功能，种类有L4/M4/L6/M6几个，锁存输出表示L，数据接收与电平状态一一对应，随着遥控数据的变化而变化。M便是非锁存输出，当数据脚输出是瞬时电平时候，它与发射端是相互对应的。对于数字6和4表示并行的控制通道，在采用4路并行数据时，是8位的地址编码，在采用6路的并行数据时，是6位的地址编码。PT2262和PT2272芯片地址码设定修改在我们的现实生活中，数据码地址一般有8位和4位，编码电路PT2262和解码PT2272的第1到8脚，可以为地址设定脚。悬空、接正电源、接地是它的三种不同的状态，所以，地址编码有6561组不同组合。如果发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码一致的话，才能配对使用。为了方便生产，遥控模块的生产厂家可把模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，用户能够根据自己的习惯可以选择各种编码状态；当然，用户还可以改变地址编码，把PT2262和PT2272的18脚设置相同便可以实现。用户可以想要驱动继电器，只要把这些信号加一级放大，便可以实现。当然，功率三极管等进行负载遥控开关操纵也可以在这实现。对于地址码一般情况下有一定的要求，比如在一个系统中，地址码不能异样；系统可以根据不同的的地址码给予区分。对于地址码，客户可以根据自己的需要来选取。2.3.2 PT2262和PT2272特征与运用特征：消耗很少、拥有较少的外部器件、RC振荡电阻。0V-15V它的工作电压范围宽。有数据共有6位、可承载种地址码。在我们生活中被广泛应用，如车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具等。第三章 系统的软硬件设计3.1 主要电路图设计3.1.1单片机最小系统车库门自动关闭系统的设计在最小系统中，控制其输出，能够进行数据采集处理和系统设计。在单片机最小系统上设计，有利于我们掌握单片机电路系统，更有利于我们的编程。对于我们完成车库门设计中起到举足轻重的作用。单片机最小系统电路图见图3-1。 图3-1 单片机最小系统电路示意图3.1.2 无线接收解码电路与无线发射编解码电路 车库门在使用过程中，当我们按下按钮的时候就会发射一个车库门打开信号，车库门打开入库就可以实现了。在车库门关闭时，我们可以按动按钮，一个关闭车库门信号就会被收到。编码芯片PT2272， 315MHz发射模块，来构建开闭信号发射电路。信号接收电路由解码芯片PT2272，315MHz接收模块组成。 图32无线发射编解码电路3.1.3继电器电路 继电器电路如35所示。足够强大的电流能够驱动继电器，所以要在前级接一个三极管，这样能够对电流起到放大作用。P3.0作为低电平使用时，三极管Q2就会导通，继电器吸合，直流电机就会转动，车库门就会随之打来。所以把P3.0脚设置低电平的时候，继电器的功能就能够实现。PNP三极管有利于单片机在复位时P0、P1、P2、P3会变成高电平，因为NPN型三极管，在复位时会让三极管导通，要在程序中进行软件调试，过程繁琐，不利于设计的实现。图33 继电器电路仿真3.1.4晶振电路晶振电路：单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。晶振电路就是时钟电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。 AT89S52有XTAL1 和 XTAL2两个引脚，XTAL1是单芯片系统时钟的反相放大器输入端，XTAL2是系统时钟的反相放大器输出端。通常在XTAL1 和 XTAL2引脚件加一个晶振和两个电容（约20PF左右），便可作为一个晶振电路。电容单片机晶振频率范围：0 33MHz。晶振电路连接方式为 图3-4 晶振电路 3.1.5复位电路单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始工作状态。手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。单片机有上电复位和手动上电复位两种，如果想系统复位，必须要让RST引脚保持两个机器周期以上的时间，正脉冲有效，宽度10ms。下图是上电复位电路及复位电路图：图3-5 复位电路3.2 软件设计和流程图 在设计软件中，包括主程序、子程序、T0中断、T1中断、外部中断等。主程序的作用能够促使系统初始化、中断设置等。如果外部中断为了0，电机就会运行，车库门的自动关闭便会实现。开始是否车库门开吗发送车库门关闭信号对信号进行解析发送车库门打开信号接收车库门关闭信号对信号进行解析接收车库门打开信号发光二级管闪烁，车库门关闭发光二极管灯不亮，车库门则打开结束 图36软件设计流程图3.3仿真和调试流程1.在电脑上安装Proteus仿真软件8.0，打开界面，更新元件库，按照上面原理图画出在此界面下的部分原理图，如下图所示：2.然后，debug-use romote debug monitor,直接连接到keil软件中，将程序下载到原理图中，点击start，开始运行，观察运行状况；3.在调试程序的时候要用的程序首先要在编写完成之后，在keil中编译成功，软件仿真正确后，再下载到图中调试；4.在调试过程中，如有结果不符合所预期的现象，要及时改变程序，直到达到预期结果则好，便是程序基本正常，当然前提是硬件没有出现任何错误。3.4系统调试的硬件问题 系统硬件调试的主要问题，我经常会出现在虚焊，漏焊方面。对于解决这些问题，首先，我先用万用表检测单片机各部分有没有问题。其次，用万用表检查接收模块是否出现问题。再次，用万用表检查数码管是否出现问题。最后，检查遥控器里各部分是否出现错误。图3-7 部分焊接问题1图3-8 部分焊接问题23.5系统调试的软件问题 在本设计中，串口调试问题我遇到的最多，串口的发送和串口的接收都会困扰着我。幸好有串口调试助手，方便了我检查是一个个的字节数据。因为传输的时候是不解释内容的，只有当你接收到数据之后，如何对这些二进制数据进行解析它就是什么数据。通过对这些的检查，更好的是我检查软件出现的问题。第四章 总 结 此篇论文设计了一种车库门自动开闭控制系统，然而由于人们对今后车库门禁的要求的不断提升，车库门车库门自动开闭控制系统也越来越受到了人们的喜爱，设计此论文对我们生活有很大用处。对于这篇论文我搜索了大量的资料，查阅了很多种书籍，通过收集资料，购买元器件，空闲的时候焊接电路板，查找与分析程序，经过调试验证。通过前期的准备与中后期的研究，我学到了好多，成长了好多。在比较与相关资料的参考时候，使自己的设计能达到所期望的结果。为了可以更好的完成任务，通过上网搜索，我认为，使用无线编解码芯片PT2262/PT2272 可以完成对车库门自动开闭控制系统设计。通过以上的设计我明白了查阅资料要广泛，对芯片的型号一定要严谨对待，在不懂的时候就要学会翻书和求教，在这段日子里，我不仅对相关知识极大地补充，也对自己处断能力提升有了很大帮助。对于我来言，过程与结果同等重要，当你整个设计做下来平平顺顺的