基于单片机的自动门控制系统毕业设计

1、毕业设计基于单片机的自动门控制系统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。本设计主要应用单片机8051作为控制核心，直流电机、

2、热释电型红外传感 器等相结合的系统。它充分发挥了单片机的性能，其优点硬件电路简单，软件功 能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。关键词：自动门；单片机；控制；热释电红外传感器目录1绪论31.1自动门发展历史31.2单片机的发展及89C51系列的运用31.3红外探测技术的发展42系统总体方案52.1系统总体规划52.2器件介绍52.2.1单片机52.2.2热释电红外传感器113硬件设计133.1基本单片机系统133.2红外检测电路133.2.1放大信号电路143.3电动机电路164控制系统软件设计174.1主程序设计174.1.1主程序流程图174.1.2主程序174

3、.2调试194.2.1硬件调试194.2.2软件调试204.2.3调试中出现的问题205总结与展望21致谢22参考文献23附录I总电路图24附录II程序25附录III实物图错误!未定义书签。1绪论1.1自动门发展历史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。自动门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

4、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 在电气控制技术己经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。例如: 各种用可识别控制的自动专用门，如：感应自动门（红外感应，微波感应，触摸 感应，脚踏感应）、刷卡自动门等。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，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以

5、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。门的高级形式-自动门起源在欧美，迅速发展 至今天，己经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。1.2单片机的发展及89C51系列的运用担任本设计处理部分的是89c52单片机（89C51系列）.目前单片机渗透到 我们生活的各个领域，儿乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装 置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的 实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系 统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以

6、及程控玩具、电子宠物等等，这 些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及 各种智能机械了。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功 能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其 MCS -51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许 多著名IC制造厂商，如Philips. NEC、Atmel. AMD、华邦等，这些公司都在2系统总体方案本章围绕系统的总体设计，介绍系统组成框图、主控芯片单片机的内部硬件 资源及其接口技术、整个自动门系统所用到的其它ic的介绍。2.1系统总体规划本系统主要

7、由单片机及其外围电路、红外检测电路、直流电机控制电路等组 成。正常工作时,单片机循环检测红外检测电路输出信号，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 式。如门在的控制方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。其原理方框图如2-1所示。图2-1原理方框图2.2器件介绍2.2.1单片机单片机处理模块部分选用的芯片为89C52RC,属于89C51RC系列。选用STC 单片机的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用，硬件无需改动。使产 品更小，更轻，功耗更低用STC提供的专用工具可很容易的将2进制代码、16进 制代码下载进STC相

8、关的单片机。匸EZldldbJ叵 LJLItllzOLIZLJLIiCIEZLlELCI叵T2PI.0T2EXP1P12 P13PJ.4?!.5 PMP1.7 RST 5UDP3Q 1XDP5InT,4P05ro.6P0.7EA.P4 6ALEP”PSEVP4 4P2 7 AI5P2.6AI4P2 S AllF24AI2P2 3 AllP2 2 AIOP2.1lX9P2IEA8Fl Fl Fl E Fl Fl Pl Fl Fl Fl Fl Fl Fl Fl Fl Fl Fl Fl 寻图2-2 89C52RC引脚图如图2-2为89C52RC的引脚图；各引脚功能如表2-1。表2-189C52RC引

9、脚功能管脚管脚编号说明LQFP14PDIP40PLCC44PO. 0 PO. 737-3039-324336PO:POI既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使 用。半P0口作为输入/输出口时.P0是一个8位准双向口.上电复 位后处干开漏模式。P0门内部无上拉电阻.所以作I/O口必须外接 10K-1. 7K的上拉电阻。半P0作为地址/数据复用总线使用时.是 低8位地址线A0、A7数拯线的0057,此时无需外接上拉电 阻。P 1. 0/T24019P 1. 0标准 1/0口 PORT 0T2定时器/计数器2的外部输入Pl. 1/T2EX4123P 标准 1/0口 PORT 1T2EX定

10、时器/计数器2捕捉/重装方式的触发控制P 1.24234标准I/O 口 PORT 2P 1. 34345标准 1/0口 PORT 3P 1.44456标准 1/0口 PORT 4P 1. 5167标准 1/0口 PORT 5P 1. 6278标准 1/0口 PORT 6P 1. 7389标准 1/0口 PORT 7P2. 0 P2. 718-2521 -2824-3Port2: P2C 位地址总幻 个8位准双3内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8 2使用(A8 A 5)a当P2口作为输入/输出口时,P2是一 旬口。P3. 0/RxD51011P3.0标准 1/0口 P0RT30R

11、xD串口 1数据接收端P3 1 /TxD7113P3.1标准 1/0口 P0RT3E1TxD串口 1数据发送端P3.2/INTO81214P3.2标准 1/0口 P0RT3E2IXTO外部中断0,下降沿中断或低电平中断P3. 3/INT91315P33标准 1/0口 P0RT3E3IXT外部中断1,下降沿中断或低电平中断续表2-1 89C52RC引脚功能引脚功能P3 4/T0101416P34标准I/O口 P0RT3E4TO定时器/计数器0的外部输入P3. 5/T1517P3.5标准I/O口 P0RT3E5T1定时器/计数器1的外部输入P3 6/WR121618P3.6标准I/O口 P0RT3

12、6WRH外部数拯存储器写脉冲P3 7/RD131719P3.7标准I/O口 P0RT3E7RD#外部数拯存储器读脉冲P1.01723P4.0标准I/O口 P0RT4E0PI. 12834PI. 1标准I/O口 P0RT4E1PI. 2/INT3#391PI. 2标准I/O口 P0RT4E2IXT3#外部中断3.下降沿中断或低电平中断Pl. 3/INT2#612P43标准I/O口 P0RT4E3IXT3#外部中断2.下降沿中断或低电平中断PI. 4/PSEN#262932P4.4标准I/O口 PORT4E4PSEN#外部程序存储器选通信号输出引脚P45/ALE273033P4.5标准I/O口 P

13、0RT4E5ALE地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚PI. 6/EA#293135P4.6标准I/O口 P0RT46EA#内外存储器选引脚RST4910RST复位脚XTAL1151921内部时钟电路反相放大器输入端.接外部晶振的一个引 脚。当宜接使用外部时钟源时.此引脚是外部时钟源的输 入端。XTAL2141820内部时钟电路反相放大器的输出端.接外部晶振的另一 端。当宜接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时 XTAL2实际将XTAL1输入的时钟进行输出。VCC384044电源正极Gnd162022电源负极.接地1时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚

14、RXD和 TXD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。内部方式的时钟电路如图2-3(a)所示，在RXD和TXD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。外部方式的时钟电路如图2-3 (b)所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般釆用频率低于12MHz 的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2, 供单片机使用。5V(a)

15、内部方式时钟电路OCT!XTAL2XTALI外部方式时钟电路图2-3时钟电路2复位及复位电路A复位操作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 些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCONOOHACCOOHTLOOOHPSWOOHTHOOOHSP07HTL1OOHDPTR0000HTH1OOHP0-P3FF

16、HSCONOOHIPXXOOOOOOBSBUF不定IEOXOOOOOOBPCONOXXXOOOOBTMODOOHB复位信号及其产生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逻辑如图2-4所示RST/VrdVocVss图2-4复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至 施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器 的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号

17、。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电來实现的，其电路如图2-5(a) 所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位, 即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复 位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图2-5 (b)所示；而按键脉冲 复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲來实现的。其电路如图2-5 (c)所示：C +22fF=F(a)上电复位mi gRST/VidVss2&05L验RST/VpnVss(b)按键电平复位RESCT8051 gRST/Vpp

18、Vs(C)按键脉冲复位图2-5复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路釆用图2-5 (b)上电复位方式。2.2.2热释电红外传感器热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不 同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电 系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钮酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极 化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工 艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接 触式检测出物体放出的红外线能量变化并

19、将其转换为电信号输出。热释电红外 传感器在结构上引入场效应管的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该电阻阻抗高达 104M Q ,故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器 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。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红 外线，被动

20、式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作 的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应 源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发 生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生信图2-6是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。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

21、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. 220 P mo为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗 口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过 外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。3硬件设计3.1基本单片机系统这是自动门系统的控制核心，一般情况下以单片机片内的基本硬件资源为 主,，有必要时再扩展部分外部器件在本设计中需要完成的控制比较简单，以 单片机片内的基本硬件资源完全可以实现，因此不需扩展。其单片机电路图如 图 3-1。VC

22、CC1522uR5TEAVPP P!EN*EVCCPC.QADO PCI ADIP22AKPC3.W3PC4AD4PC5 AD5PC6.W5PXAT40203INT1P1.O/T2P11T2EXP1.2PLSP14Pl-5Pl.6P17P2OASVJSp pP21 A9P2.2.A1OP：5 A：1P：.4.A；2P2.5 A：3P2.6A14P： A：5图3-1单片机电路图3.2红外检测电路红外检测电路主要由热释电红外传感器和检测放大电路组成，核心元件是 热释电红外传感器，它能以非接触形式检测人体辐射出的红外线能量变化，并将 此变化转化为电压信号输出。不需要红外线和电磁波发射源以及各种主动接

23、触开 关由于敏感元件的输出电压极微弱且其阻抗很高，故在传感器内部设有场效应 管及偏置厚膜电阻，从而构成信号放大及阻抗变换电路，一般热释电红外传感器 自身的接收灵敏度较低，检测距离仅2m左右。当有人靠近自动门时，被热释电红 外传感器接收下來，并将其转换成信号，经检测放大电路内部放大等处理后输出 给单片机。其热电释红外检测电路如图32所示。-tCZ3-1C10T如wit图32热电释红外检测电路3.2.1放大信号电路LM324是四运放集成电路，它釆用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图 如图3-3所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外， 四组运放相互独立。每一组运算放大器可

24、用图3-3 (1)所示的符号來表示，它有5个引出脚，其 中“十”、为两个信号输入端，“V十”、“V-”为正、负电源端，“Vb” 为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vb的 信号与该输入端的相位相反；V1+ (十)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信 号与该输入端的相位相同。lm324引脚图见图3-3 (2)。(DLM324放大电路的符号(2 ) LM324引脚圜D 3-3 LM32-：放大电路当去掉运放的反馈电阻时，或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态)，理论 上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大，如LM324运放开环放大 倍数为lOOdB,既10

25、万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高 电平（V+）,就是低电平（V或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时， 运放输出低电平。图34中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻Rl、RK组成分 压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2组成分压电路，为运放A2 设定比较电平U2O输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间， 当UiUl时，运放A1输出高电平；当UivU2时，运放A2输出高电平。运放 Al、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点 亮。若选择U1U2,则当输入电压Ui越出U2, U1区间范围时，LED点亮，这 便

26、是一个电压双限指示器。若选择U2 U1,则当输入电压在U2, U1区间范 围时，LED点亮，这是一个窗口电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短 路、断路报警等。图3-4内部电路图“3.3电动机电路所选用的电动机为普通的直流电机，在单片机的控制下，可接一个电机驱动 芯片或者通过其他的一些原件可使电机转动。本文为了设计简单，采用其他方式 代替了电路驱动芯片。电动机电路图如图3-5所示。图35电动机电路图4控制系统软件设计本系统的软件设计面向硬件，选用c语言编程。最主要部分是单片机控制 电机转动（包括正转反转）和时间的延迟。4.1主程序设计4.1.1主程序

27、流程图图4-1主程序流程图4. 1.2主程序# iiicludesbit L=P1AO;接受传感器信号bit Flag;/标志位sbitR=PlA3;正转sbit D=P1A4;反转sbit LED=P1A7;/指示灯void Delay_lms(unsigned mt DATA)/1ms延时函数unsigned int x、y;foi(x=DATA;x0;x-) foi(y=110;y0;y-);显示L函数void Ld_DisplayQif(L=l)Delav_lms(700); if(L=l)Flag=l；if(Flag=l)R=l;D=0;Delay_lms(3000);Delay_

28、1 ms(4000);R=0;D=0;Delav_lms(2000);R=0;D=l;Delav_ 1 ms(3000);Delav_lms(4000);R=0;D=0;Flag=O；void main()L=D=R=0; LED=1;Delav_lms(6000);Delav_lms(6000);Delay_ 1 ms(5000);Delay_ 1 ms(5000);L=D=R=0; LED=0; while(l)L=D=R=0; LED=0;Ld_Displav();L=D=R=0; LED=0;/主函数延时，减少传感器误差;4.2调试4.2.1硬件调试首先，在Hotel中画出电路的原理图

29、，并绘制出PCB板接线图。接着根据 PCB板接线图实物的制作。在制作的过程中，事先根据元件的大小排版布局， 以单片机为中心，从简单.线路少的元件开始着手，围绕单片机把所有元件焊接完 毕最后，焊接完毕之后需要检查调试。首先通电观察电路板是否有异常，一般观察的是有无因接错产生短路而使电 路冒烟，发热过高而使电路发烫其至烧毁电路。如果出现异常现象，应立即关 断电源，待排除故障后再通电重新检测。在第一步检测完毕无异常后，再输入信 号，用万用表进行数据的检测。再与原始数据的对比，通过比较检查出出现错误 的部分，再进行修改调试，直到未发现漏洞。通过调试，确保硬件接线合理安全, 电路完整能够达到运行的标准。

30、4.2.2软件调试首先，并不是把编号的程序直接烧进单片机，而先用Keil C51编译器进行 调试。在使用Keil C51编译器时，对工程成功地进行编译（汇编）、连接以后， 在主菜单中打开“调试”栏，点击“开始/停止调试模式”，即可进入软件模拟 仿真调试状态，Keil C51内建了一个仿真CPU用來模拟执行程序，该仿真CPU 功能非常强大，可以在没有硬件和仿真器的情况下进行程序的调试，但是在时序 上，软件模拟仿真是达不到硬件的时序的。进入调试状态后，“调试”栏菜单项 中原來不能用的命令现在已经可以使用了。调试程序看是否能仿真，如果运行正 常再将在Keil C51编译器中调试好的程序烧写至单片机。

31、在接上电源时，观察整体电路是否按照预计设计的运作，电机是否正转，电 机是否反转等。可根据电路的运行情况推测出程序出错的部分，修改程序后再经 过Keil C51编译器调试后烧到单片机，反复检测直到能工作完全正常。4.2.3调试中出现的问题在调试的过程中，曾出现各种错误，包括硬件设备和软件程序。起初发现电 路焊接未焊接牢固，出现过因接线口松动而反应不灵敏的情况，软件程序也修改 了很多次才成功，最终在不断多次的调试后,电路板工作正常了。5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

32、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。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、热释电型红外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釆购成本，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。致谢大学四年的学习生活，过多的注重书面知识，在实际操作能力有限的情况下, 我也出现过许多问题。幸亏有老师的指导，同时同学的协助，最终能够完成毕业 设计，给几经波折的设计过程画上一个句号。我非常感谢我的指导老师对我的监督指导，老师不仅仅在设计方面给予引 导，在