基于AVR单片机的门禁控制器的设计与实现

1、安防系统设计基于单片机的门禁控制器的设计与实现周斌陈伟海于守谦北京航空航天大学自动化学院，北京，【摘要】介绍了一种基于单片机控制的门禁控制系统的硬件和软件设计方法，该系统以直流电机为执行器；系统首先对光电编码器的脉冲信号进行采样，经单片机中算法处理后产生信号驱动直流电机，以此实现对控制门禁的开关时序和转速的调节控制；同时又有外连设备可供用户根据实际需要来改变系统参数，达到最合理配置；实验结果表明，该方法可以在生产中推广应用。【关键词】单片机门禁控制系统直流电机算法外连设备一、引言为适应现代进出口管理要求，门禁控制系统应能提供高可靠性和人性化的服务。单片机作为一种性价比很高的微控制器，其丰富的外

2、围接口和高处理速度使之成为许多工控及商用场合的首选单片机，也就成为了门禁控制系统的理想选择。而直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，直流调速技术已经广泛地应用于工业、航天领域的各个方面。对于速度控制有一定要求的门禁控制系统，直流电机就成了首选控制电机。二、控制系统硬件的实现、硬件系统结构单片机具有良好的集成性能，作为控制电路的核心在伺服控制系统中起到了至关重要的作用，基于控制性能和成本的考虑，在本设计中使用了性价比较高的公司的单片机。此单片机是一种高性能、低功耗的位微处理器，采用结构，拥有处理速度，最高可以工作在的晶振频率下，两个串行通信接口和外部总线系统等丰富的外围接口为系统的开发提供了方

3、便。图是该控制系统的结构框图。、系统的控制电路部分系统的控制器及外围电路电路图如图所示，其中外部时钟选择的无源晶振和两个滤波电容，来为系统提供的时钟信号；复位电路采用两级电容组成的积分型复位电路，提高了电复位的可靠性以及对电源电压波动的不敏感性；电机驱动部分的两路互相反向的控制信号由控制器的一路输出和经非逻辑门反向后生成。端口主要是作为通信接口，通过自制下载线与上位机通信，即可以下载上位机编译连接通过的文件，端口主要是作为接口外接液晶显示，以显示目前系统运行状态；端口和端口主要是作为电机的方向控制、调制信号、电流检测等输入输出口，用来实现电机调速和温度及过流报警等功能。、系统的采样部分系统的信

4、号采样部分由读卡单元、红外检测单元、温度检测保护单元、电流检测保护单元以及光电编码器等组成。其中，最重要的信号量是转速信号。图控制系统的结构框图安防系统设计况出现时在第一时间得到处理。其功能主要由运算放大器和比较器及一些分立器件来实现。、驱动执行模块最常用的直流调速技术是脉宽调制（）直流调速技术，它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低等特点。所以本系统采用调速。为了避免双极性可逆驱动电路带来的电流波动大、功率损耗大的缺点，尤其是存在开关管直通的危险，本驱动模块选择单极性驱动方式，即采用单极性可逆驱动电路。为了实现门禁动作的平稳和电机运行的安全，应该保）读卡、红外单元及极限开关读卡单元

5、和红外单元主要是检测行人的通过情况，配合极限开关来保证门禁按照正常的时序工作。门禁开关时序如图所示。证输出的力矩有以上，但是目前市场上满足此要求的电机或者在体积上或者在价位上都不理想；另一方面，该系统对于电机转速的要求不是很高。所以采用涡轮蜗杆通过降低转速的方法来提高力矩，使之满足要求。、外连设备模块为系统提供控制界面显示以及控制要求输入，主要由液晶显示和矩阵键盘组成，可以实时显示控制系统的状态，并接受用户对于控制参数的修改，从而满足系统控制界面清晰、人机互动方式灵活的要求。三、控制系统软件的实现、算法的设计及实现整个控制系统为工业级控制系统，控制对象是门禁的门扇，主要是门禁打开闭合的时序和速

6、度。由于有极限开关，这里不需要位置控制，但是为了实现更加人性化的）光电编码器在新的采样周期到来时，光电编码器测得的电机速度反馈信号通过接口反馈到单片机。单片机系统通过原先的缺省设置或者从外连设备获得电机给定速度。单片机系统根据给定的运动速度和速度的反馈信号相减，得出偏差，经过算法得出控制量。单片机再把控制量以的形式输出，经过驱动电路功率放大，驱动直流电机。）温度检测和电流检测单元温度检测和电流检测单元主要是保证系统在非正常情况下停止工作、断开电路以进行自我保护。其中温度保护主要是利用公司生产的芯片来实现。该芯片是单总线数字温度传感器，读出或写入的信息只需要一根口线，抗干扰性好，可靠性高。一旦超

7、过芯片允许的温度范围，立即通知并采取相应措施保证安全。电流检测主要是检测门禁电机过载或电路意外短路等情况，保证在以上情其中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。为了方便在计算机上编程实现，将式（）离散化得到：服务，即门扇的开关速度需要符合行人的习惯，就需要速度控制，也就要求系统采用一定的算法来实现平滑的速度曲线。理想的曲线是平滑的双曲线，但是对于该系统来说计算量较大而且实时性要求很高，同时又要增加不必要的成本，所以采用梯形速度曲线，并结合控制。控制器是一种线性控制器，根据实际输出值（）与给定值的差值（）（）（）对受控对象进行控制。其控制规律为：安防系统设计、实验结果及分析实验电机为德国

8、直流伺服电机，额定电枢电压，额定电流；编码器为公司的光电编码器，每转脉冲数为。实验结果表明，速度控制平稳，驱动器工作正常。从系统的阶越响应曲线可以看出，超调量小于，稳定时间为左右，稳态误差小于。系统具有较好的快速性和控制精度。并且在匀加速和匀减速过程中表现出了比较稳定的加速度值，速度曲线与理想曲线相当接近。五、结论本文主要针对门禁控制系统的应用设计了一种直流电机控制系统，利用公司的芯片通过控制直流电机实现了门禁系统的进出口的管理功能。通过实验验证，用该单片机控制的门禁控制系统可以达到预期的要求，同时根据门禁系统的特殊要求，设计并实现了手动模式和自动模式之间的切换，实现了门禁控制系统功能，达到了

9、较为理想的效果。其中，分别为比例、积分、微分系数。在电动机刚启动的时候，转速会比较低，基本偏差最大，单片机控制直流电机正转，平均输出电压增大，电机转速以加速升高；当转速达到规定转速范围时，单片机停止提高输出电压，同时算法不断调整电机转速，保证转速在规定的范围之内；在最后阶段，按实际试验总结的比例规律地减少的输出电压，使电机均匀减速，直至停止。、软件平台及设计本设计使用的单片机软件开发平台主要是环境中的集成开发环境，它是由一系列单片机开发工具组成的开发工具软件，主要特点是：它是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境，纯位的程序，支持长文件名，能直接产生格式文件的烧写文件和符合的调试文件，提供

10、了全部的库源代码，并且用户能够根据库源代码对提供的库函数进行剪裁和扩充。软件设计的主要思想是，在进入主程序后，首先对及相应的外围电路进行初始化，然后进入循环来等待中断输入。在此循环中，异常状况检测被定为具有最高优先级的任务，其次是外部设备的手动输入，最后是一般的外部输入信号，如图所示。进入主程序（）【参考文献】万宇杰基于单片机的水泥表面积测定仪设计微计算机信息，：。耿德根高速嵌入式单片机原理与应用（修订版）北京：北京航空航天大学，。孙传友测控电路及装置北京：北京航空航天大学出版社，。目标版初始化初始化王晓明电动机的单片机控制北京：北京航空航天大学出版社，。陶永华新型控制及其应用北京：机械工业出版社，。进入循环等待中断中断处理沈文单片机语言开发入门指导北京：清华大学出版社，。周彦，等水厂二氧化氯控制系统的设计计算机测量与控制，（）：。转自计算机测量与控制年第期图软件设计流程（上接第页）四、结论现代化城市不断高速发展，对于火灾报警系统的要求也越来越高。许多工程科技人员都在为这项意义重大的工作而刻苦钻研。智能化城市火灾报警系统已并非传统意义上简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子