感知层实验设计

1、 感知层实验论文论文题目：基于红外感应器的自动棉门帘设计学 院：电子工程学院年 级：2013级专 业：物联网工程姓 名：尹衍京学 号：20134904指导教师：甄佳奇 2014年12月19日摘要 冬季，在黑龙江爱那个大学的每个建筑的大门前，都可以见到厚厚的棉门帘，棉门帘内部采用增密处理，中间加入特质网格纤维进一步致密化民用棉毡！两面用皮革或帆布等材质制成，拉伸强度高。棉门帘自身较重，保温性好，它可以阻挡冷气和暖气的流失！可单层或多层重叠使用，具有保温、隔音、防风等主要特点！棉门帘可开视窗，美观大方，是防寒、保温的最佳选择。通过本人的亲身体验，棉门帘保暖效果想当可观，可是也为我们日常地进出带来了

2、诸多不便。1、 棉门帘过于厚重，不便人们进出，特别是老人和手持物品的人，特别像超市餐厅等公共场合，容易给造成顾客造成困扰。2、 有的棉门帘并没有开视窗（黑大c区餐厅和汇文楼以及宿舍等建筑的棉门帘就没有透视窗口），当人们进出时，由内向外穿越棉门帘的人和由外向内穿越棉门帘的人常常会同时掀动门帘甚至撞在一起，相当危险。3、 棉门帘的手动开关效率底下，经常出进的门帘会降低门帘的保温效果。 现在的自动门技术已经相当成熟，同样的，将传感器技术，自动门体与棉门帘结合在一起就可以实现自动开闭的电动棉门帘。自动棉门帘符合人们对更高生活质量的追求，使用它可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使我们的出入

3、口显得庄重高档， 比起传统的棉门帘有更高的效率和安全性，同时自动棉门帘的生产和销售也会影响棉门帘市场，带动相关企业发展和转型。 关键词红外线感应器，直流变速电动机，微波感应器。 AbstractWinter, every building in Heilongjiang the University front door,can see the thick cotton cotton door curtain, curtain used within the densification

4、 processing, to join the middle grid fibercharacteristics further densification civil cotton blanket! Both sidesmade of leather or canvas and other materials, high tensile strength. Cotton door curtain heavy self weight, good

5、 heat insulation, it can stop the loss of air-conditioning and heating!Can be single or multi-layer overlapping, with thermal insulation,sound insulation, wind and other main characteristics! Cotton door curtain can open windows, beautiful

6、and elegant, is the best choice for cold and heat.Through my own experience, cotton curtains warm effect want to be considerable, but it also brings a lot of inconvenience to our daily life of import.1, cotton door curtain is

7、 too thick, the import inconveniencepeople, especially the elderly and handheld items peopleparticularly like supermarkets, restaurants and other public places, likely to cause distress to the cause of customer.2, some cotton door

8、 curtain did not open the windows (cotton door curtain black C area of the restaurant and Huiwen building and dormitory building has no perspective window), when peopleout, from the inside to the outside through the 

9、;cotton curtain andfrom outside to inside through the cotton curtain people often willalso tilt the curtain even crashed together, quite dangerous.Manual switch efficiency of 3, cotton curtain underneath, ofteninto

10、the curtain will reduce the effect of heat preservation curtain.Automatic door technology now is already quite mature, similarly,sensor technology, automatic doors and cotton door curtaintogether can realize automatic opening and closi

11、ng of the electriccotton door curtain.Automatic cotton curtains to meet the people's pursuit of a higherquality of life, it can use the air-conditioning energy conservation,noise reduction, windproof, dustproof, and at the same time, we

12、 can make the entrance look solemn high-grade, efficiency andhigher security than the traditional cotton door curtain, while automatic cotton door curtain production and sales will also affect the cotton door market, dri

13、ve the relevant enterprise development and transformation. Key Words Dc gear motor, infrared sensor, microwave sensor.目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1课题研究背景11.1.1 哈市棉门帘现状11.1.2 自动棉门帘的优势11.1.3 自动棉门帘的可行性11.2 自动棉门帘需要的技术支持11.3 自动棉门帘投入使用所面对的困难2第二章 系统方案设计与论证62.1 电动棉门帘整体布局62.2 系

14、统基本方案72.2.1 传感模块82.2.2 控制模块82.2.3 电机驱动模块82.3 警报模块92.4 编程语言选择92.5 本章小结10第三章 系统硬件设计113.1 系统硬件组成113.2 信号接收模块12 3.3 控制模块133.4 驱动电路153.5 警报模块153.6 本章小结15第四章 系统软件设计164.1 软件设计思路16 4.3 电机部分174.4 警报器184.6 本章小结21第五章 系统调试与分析225.1 控制电路设计与制作225.3 本章小结24结论25参考文献26 第一章 绪论1.1课题研究背景1.1.1 哈市棉门帘现状哈尔滨市被称为冰城，是国内棉门帘需求最大的

15、城市之一，棉门帘主要购买于建材市场与棉门帘的厂家，多数用于超市，医院，学校等公共场所，主要目的是为了节约空调资源和室内的保温静音，在很久之前，北方人民就有开始使用棉布做门帘，近期棉门帘工艺超着更加保暖轻质美观的方向发展，但是需要手动进行开闭的活动方式始终没有改变，应用于公共场合，厚重的棉门帘会为人们正常的进出带来不少的麻烦，我本人也在学校B区的食堂多次与反向通过棉门帘的同学发生过身体的碰撞，由于多年的习惯以及棉门帘有着可观的保暖隔音效果，传统棉门帘所带来的种种问题已被人们渐渐忽视。1.1.2 自动棉门帘的优势 自动棉门帘有着克服传统手动棉门帘缺点的优势，门帘既要实用又需方便，自动棉门帘通过传感

16、器自动开闭避免了人工手动，更加省力高端而且避免了行人相撞的尴尬场面，自动门帘的自动开闭更加的高效省时，对室内保温和节能都有增益，自动门帘避免了频繁的人工开闭不容易损坏和频繁维修。1.1.3 自动棉门帘的可行性 自动门帘的实现完全基于目前成熟的传感器技术和机电制动，类似于我们现在随处可见的自动门，生产和投入使用都非常方便效率，自动门帘拥有传统门帘所不具有的方便和效率，厂商和人们会为新产品感到眼前一亮，进而可以带动门帘产业的大型转变，电动门帘的使用非常简单，安装不烦所，维护也省时省力，东北地区建筑物们口通电稳定，便于安装电动棉门帘。1.2 自动棉门帘需要的技术支持感应器：红外感应器和微波感应器。微

17、波感应器：又称微波雷达，是利用电磁波的多普勒原理来做的，我们知道，任何波都有反射的特性，当一定频率的波碰到阻挡物的时候，就会有一部分的波被反射回来，如果阻挡物是静止的，反射波的波长就是恒定的，如果阻挡物是向波源运动，反射波的波长就比波源的波长来得短，如果阻挡物是向远离波源的方向运动，反射波的波长就比波源的波长来的长，波长的变化，就意味着频率的变化。微波感应正是通过反射波的变化知道有运动物体逼近或远离的 红外智能节电开关：基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。自动门机组：包括

18、掀起门帘的皮带、走轮、轨道及马达。控制器件：适应性芯片和微型电脑。 1.3 自动棉门帘投入使用所面对的困难目前市面上流行的都是传统的棉门帘，自动棉门帘想要投入大规模使用需要得到人们的广泛认可，自动棉门帘需要消耗电能和基础工本费用，所以生产需要不小的花费，生产传统棉门帘的小型生产厂商可能没有办法生产出自动棉门帘。自动棉门帘成品价值要高于传统棉门帘，超市学校等公共场合购买需要大量的资金支持。自动棉门帘需要有专业人员进行日常的维护，需要生产企业落实售后服务。 第二章 系统方案设计与论证2.1 电动棉门帘整体布局电动棉门帘工作布局主要包含开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。自动棉门帘的动力及传

19、感方式类似于电动门，在此基础上进行适合面值门帘的改进，在棉门帘下方安装动力轨道，上方安装传感报警和固定的装置，使门帘可以成扇形打开。 电动棉门帘示意图这样安装电动棉门帘既美观又安全，可以避免门帘开关时热量的大量流失，同时方便人们出行。轨道位于下方不容易人为损坏，警报和传感模块可以安装在门帘上方，便于维修和取电。2.2 系统基本方案2.2.1 传感模块1、开门信号   自动棉门帘的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源：   微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一

20、旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。   红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。 在此我们用红外传感器作为论文样例。红外传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。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，反应

21、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（这种变化可能是变大也可能是变小，因为热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻），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，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。我们只需要在电动棉门帘的周围合适的位置安装红外距离传感器用来采集人距离门帘的位置就可以以此来作为控制参量来控制门帘的机组进行行动。 红外传感器工

22、作原理图2.2.2 控制模块控制思路控制器我选择用实验室常用的stc51芯片进行控制举例，配合上d203s 热释电人体红外传感器和红外对管传感器来进行棉门帘的总控制电路。所需要的基本原件列表如下：名称规格数量热释电人体红外传感器d203s 配biss0001 1红外对管传感器5003电机L298直流电机151单片机stc98c511开关限位开关1摄像头CCD摄像头2手动开关普通单刀单置开关做样1Stc98c512.2.3 电机驱动模块电机驱动使用直流马达，带动轨道皮带来控制门帘开闭。 传动结构图示 下轨道布局图样例2.3 警报模块警报模块我选择使用简易的蜂鸣装置进行提醒，当电动棉门帘由于工作鼓

23、掌夹到人或者有安全问题发生，可以及时进行提醒报警。如上图，三极管主要是做驱动用的。因为单片机的IO口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音，所以我们通过三极管放大驱动电流，从而可以让蜂鸣器发出声音，你要是输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。 2.4 编程语言选择由于汇编语言可读性和可移植性都很差，所以采用汇编语言程序编写单片机应用程序不但周期较长，而且调试和排错也都比较困难。为了提高单片机应用程序的效率，改善程序的可读性和可移植性，采用高级语言则无疑是一种更好的选择。C语言是一种通用的计算机程序设计语言，既具有

24、一般高级语言很多的特点，又能对计算机的硬件进行操作，表达和运算的能力也很强，许多以往只能采用汇编语言才能解决的问题现在都可以改用C语言来解决。美国Keil Software公司多年来对单片机C语言编译器的进行研究。该公司开发的Keil C51软件是一种专为8051单片机设计的高效率C语言编译器，符合ANSI标准，生成程序代码的运行速度极高，所需要的存储空间也极小，完全可与汇编语言相比较。C语言拥有很多优点，如不要求详细了解单片机的指令系统，仅要求对8051的存储结构有所初步了解；寄存器分配和不同存储器的寻址及数据类型等方面可由编译器管理；程序有着规范的结构，可分不同的函数，这种方式使程序结构化

25、；具有将可变选择与特殊的操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；关键字及运算符可用接近人的思维方式使用；编程及程序调试时间也显著缩短，从而提高效率；提供的库包含了许多的标准子程序，具有很强的数据处理能力；已编好的程序可以容易地植入到新程序中，具有方便的模块化编程技术。所以，本设计采用的是C语言来编程，利用KEIL vision2进行编译与仿真，使用STC的专用下载板将HEX型文件烧录到89C52单片机中。2.5 本章小结本章确定了设计总方案，并在此基础上进行了各个模块的具体分析，确定了控制电路和传感模块主要的原件，仪stc89c51芯片和红外传感器为核心实现电动棉门帘的总样设计。第三章 系统

26、硬件设计3.1 系统硬件组成光电开关是传感器和控制器的合体，除此之外棉门帘，皮带，轨道等等共同组成棉门帘系统的硬件。3.2 信号接收模块信号接受模块的硬件选择使用Biss0001传感电路引脚名称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，不可重复触发2VOO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有效触发。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”

27、时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当Vc<VR时禁止触发；当Vc>VR时允许触发(VR0.2VDD)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132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I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3.3 控制模块控制模块主要由单片机STC89C51完成。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能

28、（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统10。STC公司的单片机主要是基于8051内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快812倍，带ADC，4路PWM,双串口，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强.本设计采STC89C52，成本低，性能高，硬件无需改动，内部Flash擦写次数为100000次以上，STC89系列单片机出厂时就已完全加密，无法解密。建议大家在写程序时，将同一次修改的数据放在同一个扇区，方便修改，因为在执行擦除命令时，一次最少要擦除一个扇区的数据，每次在更新数据前都必须要擦除

29、原数据方可重新写入新数据，不能直接在原来数据基础上更新内容。I/O口经过特殊处理，很多干扰都是从I/O口进入的，每个I/O均有对VCC/GND二极管保护。STC89C51系列单片机扩展了256个字节RAM，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口11。89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元12。（1）有可供用户使用的大量I/O口线。（2）内部存储器容量有限。

30、（3）应用系统开发具有特殊性。89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。晶体振荡器，简称晶振，其作

31、用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。现在应用最广泛的是石英晶体振荡器。石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。石英晶体振荡器为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。在单片机中为其提供时钟频率。图为STC89C51芯片。3.4 驱动电路 在本课题设计的自动门针对人流较多的场合，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面： 1 自动门的传动主要包括安装板，轨道，门机，

32、皮带，吊挂件等。2 所有的组件都为插入式元件，使得安装很简便。 3 电机：驱动电机采用380V三相交流电机，功率大，可调性强。4 导轨：水平双导轨结构，形成正悬挂，解决了侧摆的问题，从而确保了门扇的稳定性。并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方面的特点。 5滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。 6皮带：采用齿形皮带, 齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了机械效率。皮带底部采用尼龙加强，减少了齿距变形，提高了使用寿命。3.5 警报模块警

33、报模块我选用简易蜂鸣代替，实际运用的过程中可用更加专业的报警器。3.6 本章小结本章对电动棉门帘的硬件系统和工作原理进行了介绍，为了使棉门帘更加美观实际，还需要在设计基础上改进。第4章 系统软件设计4.1 软件设计思路软件设计是电动棉门帘可以实现的关键一部，系统完成之后需要一直不断的进行工作，还要注重安全和使用的稳定。本设计要求制作完成一个自动门帘控制系统。根据分析，基本要求有： （1）1m以内有物接近时应开启； （2）物体1m以外应关闭； （3）确保无夹人事故发生； （4）关闭缝隙<1mm，关闭过程中无碰撞。电动棉门帘的控制流程图如下4.3 电机部分通过改变电机两极的电位差来改变电机的

34、转向，及a极为1，b极为0时，电机正转，门帘打开；a极为0，b极为1时，电机反转，门帘关闭.源程序#include<reg52.h>sbit m1=P32；/m1，m2为直流电机两接线端sbit m2=P33；sbit dj_en=P22；/电机使能端sbit menqk=P23；/门帘全开高电平全开sbit menqg=P24；/门帘全闭高电平全关sbit hongwjr=P26；/红外夹人检测sbit resd=P27；/热释电unsigned char i；unsigned char j；void delaynms(unsigned int n)/延时函数for(i=n;i>0;i-)； for(j=110;j>0;j-)；void dooropen(void)/开门 m1=1； m2=0； /电机正转dj_en=0；/使dj_en产生PWM波，改变