基于单片机的遥控开门装置

PAGE52012年江西省高校大学生机械创新设计大赛基于单片机控制的遥控开门装置设计说明书参赛者：指导教师：参赛单位：南昌航空大学二0一二年五月基于单片机控制的遥控开门装置设计说明书设计者：~~~~~~~~~~~~~~~~~~指导老师：~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~参赛单位：南昌航空大学摘要：立足于生活中的小细节，以生活为行动基础来为人们提供方便。设计在寝室内使用的遥控开门装置。该装置制作简单、操作方便、实用性强。关键字：单片机；遥控；寝室；开门1研究背景及意义随着时代的进步，人们的生活节奏也日愈加快，在这个快节奏的时代里，任何影响生活节奏的事都会逐渐被取代。而大学寝室更在大学里生活得最久，陪伴大学四年，同时也是最贴近生活，最能表现个人生活特色的地方。在寝室手动开门就成了一个非常头疼的事！每每在有人敲门时，要放下手中的事来手动开门。这给学生带来很多不必要的麻烦。这时一种不要走到门前的遥控开门装置就很需要了。图1图2图3现如今寝室大多为拧转式锁（图1）。旋转锁芯（图2）实现带动锁栓（图3）开门的同时将带动一个弹簧旋转，锁芯旋转大约90度后，达到开门效果，并同时固定锁栓；关门时靠弹簧的扭力将锁栓弹出达到自动锁门的功能。近年来，国内外科技工作者申请了大量的自动开门专利，但大多适用于各种庭院门、栅栏门、别墅门等，对于学生宿舍这种普通旋转式门锁的自动开关研究甚少。该装置可实现在寝室范围内用遥控器控制电路，带动锁芯实现开门，并在开门后电路能够自动断开回到未开门状态，以此保护电机和控制装置。2设计方案为了实现设备操作简单方便，设备要求由电路控制，而且电路开关应该随齿轮转动而闭合或断开；为了保证设备使用安全和经济实惠，设备要求电池电压不能大于36V，电路设计要求简单，接线口应接触良好；为了设备固定方便，齿轮应该质量轻、体积小。4电路分析红外遥控是目前使用最广泛的一种遥控手段。红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低、不影响周边环境、不干扰其它电器设备的特点。由于其无法穿透墙壁，遥控距离可达8米，且不会产生相互干扰，故室内遥控控制的电器绝大数采用红外线遥控，红外线遥控用在室内遥控开门装置上相当合适。电路：5V稳压电路，红外发射电路，红外接收电路，单片机电路，电机驱动电路，和声音提示电路。4.1电源电路单片机需5V稳定电源，电机直接用电池电压（12.6V）4.2发射电路为减小制做难度和减小功耗我们采用现成的遥控发射装置，该遥控发射器为NEC编码格式（如图6）。图6该遥控器体积小、功耗低、成本低、且可实现多路遥控，没必要再自己设计一个发射电路。4.3接收电路采用红外接收一体头接收，STC89C52解码（信号由外部中断口INIT0(P3.2）输入）。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。都有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。使用时应注意红外接收头的载波频率。外形及引脚排列如图所示。4.4单片机电路：STCC89C52单片机的作用是解码，控制蜂鸣器的鸣响提示，给l293信号以控制电机的启停。4.5电机驱动电路：实现电机的驱动、启停。4.6声音提示电路：5单片机程序设计用到的STC89C52单片机引脚有P0.0（蜂鸣器控制），P1.1（位置开关），P3.2(INIT0红外一体接收头信号输入），P2.6（电机控制）当遥控器发出信号后，红外一体接收头将接收到的信号输入单片机，经单片机解码后，若为“0”键（键值16H）则驱动电机正转，同时蜂鸣器短鸣；当转盘到位后会将位置开关按下（接地）），单片机检测到位置开关输入的电平信号为0时就控制电机停转，同时蜂鸣器短鸣；若2.5秒后位置开关未来被按下（即转盘未到位），则电机停转，蜂鸣器长鸣程序如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definedelayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};voiddelay(ucharx);//x*0.14MSvoiddelay1(intms);voidbeep();sbitIRIN=P3^2;//红外接收器数据线sbitBEEP=P0^0;//蜂鸣器驱动线sbitmoff=P1^0;//位置开关sbitin3=P2^6; //电机控制uinti,j,k;ucharIRCOM[7];main(){IRIN=1;//I/O口初始化BEEP=1;delay1(10);//延时 IE=0x81;//允许总中断中断,使能INT0外部中断 TCON=0x01;//触发方式为脉冲负边沿触发while(1) ;}//endmain/**********************************************************/voidIR_IN()interrupt0using0{unsignedcharj,k,N=0;EX0=0; delay(15); if(IRIN==1){EX0=1; return; }//确认IR信号出现while(!IRIN)//等IR变为高电平，跳过9ms的前导低电平信号。{delay(1);}for(j=0;j<4;j++)//收集四组数据{for(k=0;k<8;k++)//每组数据有8位{while(IRIN)//等IR变为低电平，跳过4.5ms的前导高电平信号。{delay(1);}while(!IRIN)//等IR变为高电平{delay(1);}while(IRIN)//计算IR高电平时长{delay(1);N++;if(N>=30) {EX0=1; return;}//0.14ms计数过长自动离开。}//高电平计数完毕IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1;//数据最高位补“0”if(N>=8){IRCOM[j]=IRCOM[j]|0x80;}//数据最高位补“1”N=0;}//endfork}//endforjif(IRCOM[2]!=~IRCOM[3]){EX0=1;return;} /***********************/ if(IRCOM[2]==0x16) { in3=0; beep(); while(1) { if(moff==0) { in3=1; beep(); break; } /******************计时********************/ i++; if(i==50) { i=0; j++; } if(j==50) { j=0; k++; } if(k==50) //若2.5秒后转盘还未到位，蜂鸣器长鸣，电机停转，防止电机烧毁 { k=0; in3=1; beep(); beep(); beep(); beep(); break; } } } EX0=1;}/**********************************************************/voidbeep(){unsignedchari;for(i=0;i<100;i++){delay(4);BEEP=!BEEP;//BEEP取反}BEEP=1;//关闭蜂鸣器}/**********************************************************/voiddelay(unsignedcharx)//x*0.14MS{unsignedchari;while(x--){for(i=0;i<13;i++){}}}/**********************************************************/voiddelay1(intms){unsignedchary;while(ms--){for(y=0;y<250;y++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}}6工作原理及性能分析6.1工作原理由发射器（遥控器）发射红外线信号，当单片机接收器接收红外线信号后，控制电路的闭合，从而使电动机带动一对锥齿轮，使防盗门锁芯转动，达到开门的目的。当门打开后，单片机接到电信号，使电路断开，以此保护单片机和电机。6.1.1当按下无线遥控器（如图7）上的“确定”键，遥控器发出红外线信号图76.6.2固定在控制电路板上的接收器接收红外线信号,电路闭合，固定在防盗门上的电源开始供电。（如图8）图86.6.4使得减速电机（如图9）开始工作，减速电机由电机固定架固定在门上。图96.6.5带动锥齿轮变速传动装置（如图10）的转动，小齿轮固定在减速电机出轴上，大齿轮固定在锁芯上。图106.6.6扭转锁芯（如图11），从而拧开防盗门。图116.6.7当固定在大锥齿轮上的触片恰好碰触单片机控制电路上的断开装置瞬间（如图12），电路自动断开，减速电机停止工作。图126.6.8此时，压簧弹开防盗门（如图13）即可达到开启门的目的。图136.6.9当防盗门关闭时，锁芯自动回到未开启状态，将防盗门锁住。6.2性能分析：红外线无线遥控器具有结构简单，抗干扰能力强，工作可靠性强等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式，并且可控范围在十米以内，足以满足学生宿舍的需求。单片机控制电路具有可操作性强，反应迅速，灵活，可实现复杂的控制，且随时可以修改程序。减速电机：具有减速的作用，同时，电机减速带来的却是大转矩，正是开启防盗门锁芯所需大力矩的最佳选择。锥齿轮传动装置：由两个锥齿轮组成，并且锥齿轮传动是用来传递两相交轴之间的运动和动力的，最重要的一点是锥齿轮可用于两个互相垂直的轴的传动，而一般圆柱齿轮只能用于平行轴，这也是本产品选用锥齿轮的重要依据。其中小齿轮固定在马达的出轴上，大齿轮固定在锁芯上，两齿轮的传速比为：3：1。远程遥控开门装置是机械技术和信息技术相结合的机电一体化产品，将单片机的信息处理功能与控制功能融合在齿轮装置上。该装置可实现在寝室范围内要无线遥控控制开启防盗门，并且在门栓开启的瞬间，自动断开电路，当防盗门关上，锁芯自动回到未开启状态。7创新点立足于生活中的小细节，以生活为行动基础来为人们提供方便。巧妙利用单片机控制机齿轮传动，实现开门效果。产品制作简单，操作方便。1、利用锥齿轮传动改变动力方向使得开门机构做到了简单、有效；2、利用单片机解码，到位后则控制电机停转，若一定时间后锁芯未到位则控制电机停转，防止电机堵转；3、产品零件简单易得，价格低廉。8产品不足及改进1、不够美观；2、关门阻力大。9参考文献9.1.冯开平，左宗义主编。《画法几何与