基于单片机的自动门控制系统设计样本

基于单片机的自动门控制系统设计样本第一章绪论1.1课题研究背景社会进步、科技迈进将人们生活投入了一种急剧发展数字化21世纪。人们生活水平也随之逐渐升高，让人们对美好生活环境追求欲望也愈来愈强烈，因而各类以便于生活单片机自动控制系统开始进入了人们生活。以单片机为核心自动门系统就是其中之一。因自动门之中使用芯片和传感器技术日渐先进，使它实用性变更好，功能也愈来愈多，从而让它应用范畴也越来越广泛。使用自动门会给人们带来人员出入以便、节约能源、减少噪音等好处，也令人们建筑更加当代化。

1.2国内外研究现状和发展趋势自动门是上个世纪中期在建筑物上得到运用。在上个世纪二十年代之后，自动门开始造美国超级市场上初次使用。当时使用是油压式自动门，这是世界上第一跨自动门，依照它使用原理，气动式自动门也开始得到创造。到1962年电气化进步，电气式自动门得以发展，因它较于油压式和气动式维护更加以便，电气式自动门随着都市化推动，使用它顾客也随之增长。但在上世纪六十年代电气设备发展还处在低档阶段，电机转速难以控制，故此当时电气式自动门性能还是差强人意，能源运用率低下，维护成本还是相对较高。在进入计算机时代之后，计算机技术不断发展，电子控制技术开始成熟，直接控制电动机电气式自动门得到急剧发展，使其逐渐成为自动门主流。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第1页。在中华人民共和国自动门当前随着都市化推动浪潮在社会中得到广泛应用，当前在每个都市都可以见到自动门身影。但在国内因其研发起步较晚，自主研发限度比较低，大某些专利都在外国人手中。在进入新世纪之后，国内计算机发展进入快车道，追赶上国际上先进水平。运用计算机技术自动门技术在国内也在飞速发展。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第1页。自动平移门是当前最常用自动门。工作方式是将两个人体红外感应器安装在门内外两侧。当人走近自动门时，任意一种人体红外感应器感应到人体红外存在，就控制步进电机打开门。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动平移门可以在进入自动模式后可以完毕自动控制，可以让建筑物层次得以提高又以便美观。因而迅速在国内外建筑市场得到广泛普及。1.3课题研究意义和目21世纪是电子科技不断发展时代，各种智能控制系统逐渐进入人们生活之中。自动门控制系统因它可以出众完毕疏导人流，减少人员密度，防止再次发人员踩踏惨剧，已成为商场、超市、旅店、写字楼等人流集中地首选。为了使自动门更好为人们服务。为了获得一种简朴电路，功能完善，维护以便和性价高等长处自动门系统，本文中，研究了一种平开式自动门控制系统。实现了自动辨认人体红外识和防挤压等功能。该系统以STC89C52作为控制核心，以步进电机、红外传感器和光电开关结合简易单片机系统，充分发挥核心控制系统性能。具备一定使用和参照价值。1.4课题重要研究内容阅读单片机以及自动控制有关知识。通过去图书馆下载往年关于论文进行参照，查阅资料，浏览图书馆有关文献，使用网络参照网络上论文。在此基本上运用单片机实现自动门控制系统设计。本次设计总体构造大体分为电源模块、动力模块、报警模块、人体感应模块、门行程检测模块、障碍物检测模块共六大模块构成，通过Keil软件编写设计所需要程序并对程序进行检查分析，Altiumdesigner进行原理图设计和PCB板布线，最后使用Proteus软件进行仿真。本控制系统基本框图如图1.1所示基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第2页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第2页。图1.1红外检测框图基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第3页。

基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第3页。第二章系统硬件设计为了满足生活中日益增长自动门需求，本设计是完毕一种基于89C52单片机自动门控制系统，该系统涉及报警电路，HC-SR501人体感应模块，复位电路，动力模块，控制方式切电路换等。当有人通过人体感应模块时，人体感应模块会感应到人体温度，之后会将红外线信号转化为电压信号,从而该系统会自动打开门，让行人通过。当人通过后，人体感应模块感应不到人体温度，之后输出低电压信号，从而该系统会自动打关门。该系统操作简朴，可靠性强，敏捷度高，检测范畴广，便于安装，非常适代替原始手动门，从而达到出入以便目。2.1硬件整体设计思路依照需要实现功能选用基本硬件：主控芯片：STC89C52；人体感应模块：HC-SR501；报警模块：蜂鸣器：动力模块：步进电机；障碍检测模块：E18-D50NK；门行程检测模块：ITR-9608光电开关基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第4页。系统整体硬件框图如图2.1所示基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第4页。图2.1系统硬件框图2.2单片机简介单片机是微型计算机系统。虽然它小，但具备一台计算机大某些部件：运算器、控制器、内存、内部和外部总线系统。相称于一块芯片成为了一台体积小、质量轻、价格便宜计算机。这为它广泛应用提供了便利条件。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第5页。依照系统需求，需要控制芯片能在5V~7V电压下工作，低功耗响应速度快，具备定期器，UART串口通信，外部中断，至少具备8个I/O口，可以驱动小电流设备。依照以上功能需要，综合考虑选用在市场上应用比较广泛且性价比高Atmel公司STC89C52单片机，作为主控芯片，并选用11.0592MHz晶振外接在主控芯片上图2.2为STC89C52单片机最小系统图。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第5页。图2.2STC89C52单片机最小系统2.2.1STC89C52单片机引脚阐明STC89C52单片机拥有40个引脚。表1按照引脚功能可分4个某些。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第7页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第6页。表2.1单片机引脚阐明基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第7页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第6页。单片机引脚引脚功能主电源引脚VCC（40）电源输入，接+5V电源GND（20）接地线外接晶振引脚XTAL1（19）片内振荡电路输入端XTAL2（18）片内振荡电路输出端控制引脚RST/VPP（9）复位信号输入端ALE/PROG（30）地址锁存容许信号PSEN（29）外部存储器读选通信号EA/VPP（31）程序存储器内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令可编程输入/输出引脚P0口(32~39)准双向8位三态I/O口P1口（1~8）准双向8位三态I/O口P2(21~28)准双向8位三态I/O口P3(10~17)准双向8位三态I/O口值得注意是，P3口每一种引脚都可以单独作为第一功能输入输出或第二功能。P3口第二功能如表2.2所示表2.2P3口第二功能P3.0PXD（串行输入口）P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）2.2.2复位及复位电路复位是单片机初始化操作。其重要功能是让单片机初始化为0000H并从0000H单元开始执行程序。可以在单片机程序运转出错或操作失误使系统处在死锁状况时，挣脱困境。复位电路原理图如图2.3所示。图2.3复位电路原理图2.3人体感应模块设计HC-SR501是运用红外线技术从而来实现自动控制功能。当有人通过该系统时，该模块感应到人体温度,人体所辐射出来红外线被人体感应模块吸取之后，该人体感应模块通过一系列解决之后，红外线就会转变成电压信号，该系统就会发出报警信号。该人体模块敏捷度高，广泛地被应用在自动感应产品之中。它创造使好多自动感应产品制作变得更加以便快捷，更加可靠。2.4步进电机步进电动机是一种数字控制电动机。它是将收到电脉冲信号转变成角位移或者线性位移。即给一种脉冲信号，步进电动机就转动一种角度。步进电机在负载范畴内启动/停止,转动频率，只与控制核心传播给它信号有关，而不受负载大小影响。由于这特点存在，因此作常适合于单片机控制。近30年来，数字技术、计算机技术迅速发展推动步进电动机进步，使步进电动机使用愈来愈广泛。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第8页。2.5驱动控制系统基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第8页。在运用步进电机时必须要有由环形脉冲，功率放大等构成控制系统，其方框图如图2.3所示。图2.3驱动控制系统框图脉冲信号由单片机产生，经ULN芯片对脉冲信号进行放大，步进电动机依照脉冲电流进行相应工作状态。在步进电动机控制中，基本控制如下:（1）反映式步进电动机控制换相顺序步进电动机工作方时，按照通电换相顺序严格执行。咱们把通电换相过程称为脉冲分派。四相五线步进电机工作方式通电换相正序：是A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A；反序为A-DA-D-CD-C-BC-B-AB-A。共有八个通电状态。其驱动方式逻辑时序如表2.4示。表2.4逻辑时序步进01020304真值表通电0ONOFFONOFF1010AC1ONOFFOFFOFF1000A2ONOFFOFFON1001AD3OFFOFFOFFON0001D4OFFONOFFON0101BD5OFFONOFFOFF0100B6OFFONONOFF0110BC7OFFOFFONOFF0010C8ONOFFONOFF1010AC基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第9页。ULN芯片是高压大电流达林顿晶体管阵列，它是使用七个硅NPN达林顿管构成成。具备电流增益高、工作电流大、带负载能力强等特性。本设计采用该芯片将信号从微解决器中放大，构成一种功率放大电路，以便于对步进电机驱动。其方框图如图2.5所示。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第9页。图2.5ULN芯片框图2.6检测模块本设计运用E18-D50NK红外避障器和ITR-9608光电开关构成自动门检测系统。2.6.1E18-D50NK红外避障器E18-D50NK是一种集发射与接受于一体积极式光电传感器。E18-D50NK传感器传感器具备抗干扰能力强、安装以便、使用简朴等特点。并且探测距离是可以通过电位器进行调节。广泛应用在防盗报警、自动门、机器人避障、流水线记数等方面。该传感器积极发射光线通过调制后调制成一定波长光线在进行发射，在工作中可以避免被自然光线和各种灯光干扰具备较大精度。当发射光线被挡住，接受器依照发射回来光线进行调节输出信号。单片机解决此信号，最后报警器报警，步进电机停止转动，以达到放夹功能。保护了行人安全和防止夹到异物损坏自动门。2.6.2ITR-9608光电开关基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第10页。ITR-9608光电开关为槽型光电传感器。其工作原理是：通过检查自身发射器发射光线与否被另一端接受器接受到，接受到光线表达没有物体通过检测器，没有接受到光线表达有物体通过，光电开关据此产生信号。对射式光电开关特点在于：检测物体不限于是不是金属物体，只要此物体不是不透明，工作时不易受干扰，感应敏捷度高，工作所需能量小，工作寿命长。重要应用在测速、计数器、打印机等自动设备上。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第10页。在本次设计中运用此传感器检测门打开或关闭位置。在自动门关闭过程中，当自动门遮挡住JP1时，系统以为自动门已经完全关闭，电动机停止关门。在门打开过程中，当自动门不能继续遮挡JP2时，系统以为自动门已经完全打开，电动机停止转动，等待关门指令进行再进行关门动作。门行程检测电路如图2.5所示。图2.5门行程检测电路基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第11页。

基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第11页。第三章课题软件设计3.1系统软件构造本设计运用C语言进行程序编写，整个系统程序重要由端口设立，标志位设立，延时子函数，报警子函数，顺时针/逆时针转动子函数，门行程检测子函数，主程序等构成。程序依次正常运营带动硬件完毕设计所需要功能。所有程序见附录。3.2程序流程图设计自动门在自动状态下一方面检测门状态，依照接受到检测器信号判断自动门上次停机所处位置。在依照红外探测器所接受到信号，判断与否有人，与否进入开门状态。在开门过程中门限位检测开关，检测门位置，到达预定位置，停止开门。在红外检测开关检测到没有人时进入关门程序，在关门过程中，红外传感器继续检测与否有人，有人则停止关门，进入开门程序，无人则继续关门，同步障碍检测器在关门过程中检测与否有障碍无，若检测到有障碍物，停止关门、报警，直到障碍物消失。若无障碍物继续关门，直到右侧限位开关检测到门处在预定位置，停止关门。等待下次红外检测器检测到有人在次循环。流程图如图3.1所示。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第12页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第12页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第13页。3.1系统流程图基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第13页。3.3关门/开门子函数ucharcodeFFW[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//顺时针方向转动编码ucharcodeREV[8]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};//逆时针方向转动编码//顺时钟转动子函数voidmotor_ffw(){uchari;for(i=0；i<8；i++){ P0=FFW[i]；delay(2)；}}///逆时针转动子函数voidmotor_rev(){ucharj;for(j=0；j<8；j++){P0=REV[j]；delay(2)；}基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第14页。}基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第14页。运用用C语言谈For循环程序，使步进电机在适当时机进行对的正反转。单片机需要开门或者关门自行调动有关程序，使自动门可以对的工作。是设计重要程序，如果没有这个程序，单片机无法使电动机转动。3.4报警子函数voidalarm1()//报警子函数{uchari;for(i=0;i<200;i++){alarm=~alarm;//报警delay(20);}alarm=1;//报警完关闭}此程序是蜂鸣器启动程序，在i在不大于200时，输出高低电平脉冲。运用延时程序使脉冲频率进行减少，蜂鸣器发出声音频率减少，延长蜂鸣器使用寿命。3.5自动模式子程序//****************自动模式************************************// if(ZD==0)//如果自动模式按键按下 { LS=1；//手动模式批示灯灭 for(t=0;t<50;t++) //自动模式灯闪烁约5秒钟基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第15页。 {基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第15页。 LZ=~LZ; delay(200); } delay(5)； zdms=0；//自动模式标志置零，进入自动模式 sdms=1；//手动模式标志置1，退出手动模式 LZ=0；//自动模式批示灯亮 }//-------------向右边平移开门（步进机顺时针转动）-------------------------------// if((zdms==0)&&(zt3==1)&&(hw_temp==1))//同步被挡住 { motor_ffw();//调用顺时针转动子函数} if((zdms==0)&&(zt1==1)&&(hw_temp==1))//右边被挡住 { motor_ffw();//调用顺时针转动子函数}基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第16页。//-------------向左平移关门（步进机逆时针转动）-------------------------------//基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第16页。 if((bz_temp==1)&&(zdms==0)&&(zt3==0)&&(hw_temp==0))//同步没有被挡住 { motor_rev();//调用逆时针转动子函数} if((bz_temp==1)&&(zdms==0)&&(zt2==0)&&(hw_temp==0))//左边没被挡住 { motor_rev();//调用逆时针转动子函数}自动模式下开门：需要同步满足如下3个条件。zdms==0：自动模式按钮按下。zt3==1：门行程检测按钮感应到门没有打开，处在关闭或半启动状态。hw_temp==1：任意一种人体红外感应器感应到人。满足3个条件后，调动电动机顺时针转动程序，步进电机转动使门打开。直到门达到预定状态，步进电机停止转动。自动模式下关门：需要同步满足如下4个条件。bz_temp==1：障碍检测器未感应到有障碍物。zdms==0：自动模式按钮按下。zt3==0：门行程检测按钮感应到门处在打开状态。hw_temp==0：所有红外人体感应器感应不到到人体红外。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第17页。3.6障碍物检测程序基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第17页。//************如果检测到障碍物，立即停止转动，进入制动报警状态 if((bz_temp==0)&&(K2==0)&&(sdms==0)) { P0=0x00;//步进电机停止转动 alarm1(); } if((bz_temp==0)&&(zdms==0)&&(hw_temp==0)) { P0=0x00;//步进电机停止转动 alarm1(); }障碍检测程序调用无论是自动模式还是手动模式，只要满足关门时障碍检测器检测到有人，立即停止电动机转动。进入报警模式，蜂鸣器响起。3.7电路图与PCB板设计基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第18页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第18页。3.2原理图基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第19页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第19页。图3.3PCB接线基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第20页。基于单片机的自动门控制系统设计样本全文共23页，当前为第20页。第四章系统仿真与调试4.1系统仿真在一方面是进行系统仿真。本次仿真运用Proteus软件，，它功能很强大，可以仿真单片机及其外围电路，并且能将所设计程序导入到单片机内。仿真目是排除明显硬件故障和软件问题，检测硬件软件与否兼容，能否实现所预设功能。依照之前所设计原理图和系统程序，并使用本来学过仿真软件绘画