【基于单片机的自动门控制系统设计9000字（论文）】

[5]。探测模块运行时的感应范围见图2-8：图2-8探测模块感应范围示意图感应模块实物图如下图2-9所示：图2-9感应模块实物图2.3.2感应模块的工作原理该结构选用红外传感器和感应模块探测盲区，在红外照射下在识别区域形成敏感区域。当检测到行人经过时，将输出相应的信号，将感知到的红外信号转换为相应的电压信号，并将电压增加放电。当行人在低温下接近或接近目标时，会自动启动加热电路，使温度升高。如果有人进入观察区，在特定位置不会发生变化，温度低于阈值，没有信号传输。本实用新型适用于行人是否通过的检测。传感器上有一个指示灯，表示有人正在过门。为了增加感知区域的检测范围，必须在感知区域的电路板上安装螺丝刀，以提高感知区域接收到的信号的分辨率。在传感器和人体之间插入旋转部件。螺丝刀由塑料和光学技术组成，可集成人体红外探测装置，提高行人识别的可靠性和效率。请参考图2-10：图2-10螺纹透镜实物图人体感应系统电路图如下图2-11所示：图2-11人体感应模块电路图2.4驱动控制模块2.4.1步进电机驱动控制系统的原理发动机操作系统主要通过发送脉冲信号来控制发动机，而在启动过程中脉冲信号的功率很低，不能直接驱动发动机，所以必须对信号进行确认。为了满足发动机的工作要求，发动机转向控制信号当行人在低温下接近或接近目标时，会自动启动加热电路，使温度升高。脉冲频率会影响发动机的工作速度和频率。发动机转速越高，频率越高，发动机转速越低。请参考图2-10：图2-12驱动控制模块示意图动力系统包括步进电机、操作模块和其他动力系统。结构比较简单，低速行驶时可以获得较大的扭矩，因此可以称得上稳定良好的平滑调节功能。它还可以更快地执行紧急停车、变速等功能。驱动控制模块图示如下图2-12所示。步进电机驱动电路如下图2-13所示：图2-13步进电机驱动电路2.4.2步进电机的结构特点以及工作原理轴承、定子铁芯等部件可通过电磁密封装置转换成相应的角度转换，以满足实际人员的要求。根据步进电机控制方法的实现，阐述了步进电机控制系统的硬件故障和软件设计。对电机的运行条件也有一定的要求，其中顺序电流必须影响正常运行。第二个关键问题是发动机在使用过程中必须保持一定的旋转角度θ，也就是说要保证起动扭矩与输入扭矩相同，否则发动机就会过载或损坏。脉冲频率会影响发动机的工作速度和频率。发动机转速越高，频率越高，发动机转速越低。发动机还根据脉冲数确定旋转角度，使自动门工作。此外，还必须考虑其他因素，如温度变化、振动和噪声等，这些都会在一定程度上决定发动机的性能。除了发动机的转速和角度外，其控制也是一个重要的参数指标。此外，还必须考虑安全性、可靠性和能源效率。自动门的启闭主要是通过电机的前进和旋转来完成的，所以脉冲序列通常是变化的。为了实现引擎的可管理性，会根据工作人员的需要来操作工作量。以步进电机为例，无功步进电机具有结构简单、价格低、效率差、散热方便等特点。其稳定性、安全性和可靠性难以保证。感应步进电机结构复杂，易受电磁干扰，应用范围有限。永磁结构独特，稳定性好。由于它的定子和转子非常相同，可能会产生较大的转矩，这使得它的精度相对较低，不适合一些特殊情况。混合动力发动机的特性更加突出，结构更加复杂。与前两种发动机相比，其精度大大提高。它可以产生更大的扭矩，也更昂贵。请参考下面步进电机3-14的物理原理图：图2-14步进电机的实物图2.5电源模块电源模块在整个系统中处于最为基本的地位，决定了整个工作是否可以正常进行，如果不这样做，系统整体功能将无法正常工作。因市电电压220V过高，并且单片机在工作状态时具有自身电压，因此，将引进变压器和其他设备来处理电压，或增加稳压滤波及其他电路，将市电变换成+5V,+12V给单片机供电，保证其能够稳定地运行。电源模块的电路图见下图2-15：图2-15电源模块电路图3.自动门控制系统的软件设计本系统软件设计步骤较为复杂，含有开放、关门等等各环节。以实现无人操作自动门仍然能自动感应运行的目的，外部中断0需用于程序编程，感应器检测到识别区域内有人员经过的时候，能使系统工作正常。系统的运行流程图见下图3-1：图3-1系统运行流程图3.1主程序的分析设计（见附录1）根据该设计要求，在控制系统的主程序中设置了不同的自动门操作方式。当您按下手动按钮或按键时，系统将驱动电机旋转，使端口移动，并执行相应的操作程序。按下“自动模式”按钮，系统将自动运行并显示相应的指示灯，表示系统将自动开门程序。不管是自动门内外感应器都会发现有人经过，自动门将自动开启，也就是步进电机正转圈的意思，关门时感应器持续运作，未发现时，系统将在延时5秒钟内完成关门过程。如果打烊期间，另一个人经过时步进电机立即倒转，驱动自动门工作，待人接物走了之后，大门便自动关了[6]。手动模式按键时，系统将处于手动开关门状态，保证紧急状况下，能让自动门处于常开，便于人员通行，本实用新型提高了整体系统的安全可靠性。3.2各部分程序分析设计3.2.1电机驱动程序分析设计（见附录2）步进电机的工作原理要遵循其工作原理，电机的旋转方向主要受脉冲序列的影响。利用步进电机的这一特性来设置正反转两种软件结构，然后通过单片机应用程序对电机进行控制[7]。当按下手动按钮或按键时，系统将驱动电机旋转，使端口移动，并执行相应的操作程序。脉冲频率会影响发动机的工作速度和频率。发动机转速越高，频率越高，发动机转速越低。发动机还根据脉冲数确定旋转角度，使自动门工作。3.2.2独立按键程序分析设计（见附录3）设置独立钥匙，帮助设计人员在程序中改变自动门的工作状态，暂停程序评估系统的工作状态，并相应执行相应的程序设置。整个系统设有自动和手动按钮，可根据此次设计的实际需要开启和关闭自动门，满足您在不同工作条件下的需求。3.2.3自动模式下门的运行过程分析设计按动自动模式按钮时，系统将处于自动运行状态，对应信号灯通电显示，说明该系统将实现自动开关门程序。不管是自动门内外感应器都会发现有人经过，自动门全部自动开启，也就是步进电机正转圈的意思，关门时感应器持续运作，未发现时，系统将在延时5秒钟内完成关门过程。3.2.4手动模式下门的运行过程分析设计手动模式下，系统进入手动模式。按这个按钮可以打开或关闭自动门。按下手动开门按钮，步进电机旋转，自动门自动开启。然后，在识别区域内找不到人，当动作满足您的要求时，动作将停止。如果在规定的时间内没有人到达该地点，它将自动关闭。按下手动关门按钮和相应按钮，手动关门指示灯亮，单片机执行关门过程，手动开门和关门时系统运行，以保证在紧急情况下经常打开自动门，工作正常。4.自动门控制系统的实物制作与调试4.1模拟系统的实物制作过程首先应根据该系统设计选用优良的电子器件，并且详细考察了各装置的个数及作用，保证正常工作状态下良好地发挥它的作用。还要求对系统整体有个清晰的了解，了解各器件的用途，能发挥怎样的效果。模拟系统中各种电子器件列表列于表4-1：表4-1模拟系统的各电子器件清单情况系统各电子器件实物图如下图4-1所示：图4-1系统各电子器件实物图二是启动焊接准备，预热电烙铁，保证它把焊锡很好地熔化到正在焊接的地方，防止部分器件虚焊。还要注意焊点不要太大，焊点太大的话会和其他器件引脚、铺铜电路连接，造成短路发生，影响系统安全；焊点过小的字，无法使器件引脚可靠的焊接在电路上，致使它的接触状态较差，影响了系统运行的可靠性。因此应按电路图很好地焊接电子器件与电路板。单片机系统底座的焊接图见下图4-2：图5-2单片机底座焊接示意图模拟系统整体实物图如下图4-3所示：图5-3模拟系统整体实物图4.2硬件系统调试在整个系统配置完成之前，必须对所有部件进行测试，防止部件损坏。同时，还要对系统各部分之间的互连线路的可靠性和稳定性进行验证。同时也要检查设备的焊接方向是否有问题。为保证设备正常运行，满足设计要求，可重新开机。感应装置的检测灵敏度高，不能满足系统要求，因此必须调整感应装置的检测距离。为了使传感器稳定可靠地工作，必须正确地安装和修理传感器[8]。准备好后，请仔细检查电路板表面是否有异常，用万用表检测电路板是否有故障或损坏。然后启动电源，观察电源，依次检查继电器、变压器、电气等电路元件。开机后，按下电源按钮。如果电路板的引脚出现异常，则必须检查各个元件的温度等情况，避免因电流过大而损坏元件。通过反复试验，确定最佳启动时间和相应的温度，然后根据程序设置参数。当按下自动模式按钮时，传感器可以感知到行人的行为，但有时步进电机可以自动工作，有时则没有响应。在“自动焊接”按钮上，有一个不能焊接铜板的图钉。经过反复故障诊断，整个自动门控制系统才能正常工作。对仿真系统进行故障排除后，其正常工作流程图如图4-4所示：图5-4模拟系统调试正常运行图4.3软件系统调试软件调试时，主要根据所编写的软件程序模块来进行测试，找到问题所在之后，对其进行了调试，调试结束后本自动门控制系统才得以正常工作[9]。最初的程序编写，编译错误提示信息频繁出现，以发生语法，符号错误为主，经调试，上述问题均得到较好地解决。进行电机模块的调试时，找到电后，电机速度过慢，甚至不转动，无法满足真正开门的需求。通过不断地调试，增加脉冲信号频率等，最终使电机运行状态变得更快。还要注意节目的延时时间，时间过短过长，均使电机收到信号的频率，影响电机转速，单片机每发送和接收一个脉冲信号，保证了整个控制系统能够安全，稳定的工作。软件系统调试工作正常，如图4-5：图4-5软件系统调试图软件系统生成hex文档过程如下图4-6所示：图4-6软件系统生成hex文档过程图软件系统生成hex文档文件如下图4-7所示：图4-7软件系统生成hex文档图到目前为止，自动门控制系统已经变得简单，所有的硬件系统都失败了。本实用新型可在2米以下的行人检测范围和120度以下的检测范围内正常工作。自动门可以检测到行人，自动开启和关闭，满足本设计的控制要求。总结本毕业论文设计时，需要设计一种自动门控制系统，可在2米内感应，刚开始对于控制系统是生疏的，现实中，这方面的设计相对较少，因认识不足，因此，刚开始做事的时候，会感到较为困惑，毫无头绪性，不知从何说起，走过许多弯路，进行了大量重复性工作。但是自动门较为常见，在生活中随处可见，在这方面的设计更具有实际意义，遂查阅了有关资料，才逐渐产生设计思路。在具备设计思路的前提下，便开始了自己的准备工作。本硬件设计主要采用AltiumDesigner软件，利用其完成了硬件电路连接及PCB板子，软件的设计过程主要采用Keil软件进行，完成了本设计程序编写工作。刚开始用这两款软件时，并不娴熟，造成器件选型，位置布局等方面存在一定的问题，因此，今后办什么事，都应严肃认真。也觉得本科所学专业知识不够牢固，储备课外知识面不够广泛，非常不自信，对方案选择起初不太有把握，在这一过程中，同样碰到了解决问题的难题，在多次调试过程中，不断进行改进。每一次不知如何继续，最初是选择逃避的，慢慢地就成了沉下心来思考解决这个问题，并在此过程中磨炼耐心和意志。现在回过头来，看看以前碰到过的问题，感觉没有一个是很麻烦的，就是那个时候还没想好解决这个问题，似乎更难，在问题解决的过程当中，渐渐学着听别人说话，再次做出最终决定，对问题的解决方案进行最佳优化。回顾总结本次毕业设计全过程，学了不少知识，不仅仅是在专业知识之上有所进步，这里面，最主要的就是要勇于面对艰难，能给以后的学习生活打好基础。尽管在这个过程中也碰到了不少的问题，却不气馁，并且持之以恒，在此过程中再巩固了不少专业知识，专业技能得到提高，希望今后路上，我能够不畏艰难险阻，遇事果敢。参考文献[1]李玉豪.基于单片机的车库门自动控制系统设计[J].数码世界,2017(03):87-8[2]曾春钦.自制教具之自动门控制系统在通用技术课程中的运用[A].天津电子出版社有限公司.教育时代（2015年11月总第4辑）[C].:天津电子出版社有限公司,2015:1.[3]马渊.电气自动化控制中应用PLC的实践分析[J].数字技术与应用,2020,38(05):11+13.[4]邵长友.基于PLC的自动门控制系统设计[J].南方农机,2019,50(22):136+180.[5]徐凤,张启.基于单片机控制下的红外线自动门控制系统设计研究[J].四川职业技术学院学报,2020,30(02):163-168.[6]朱祥泽.基于直线电机的自动平移门系统设计[D].江苏大学,2019.[7]雷丽华.基于PLC控制的自动门系统[J].通讯世界,2019,26(03):263-264.[8]胡延宇.PLC自动门工作原理[J].通讯世界,2017(16):247-248.[9]沈天骄.直驱式自动门控制系统研究[D].东南大学,2018.附录1：主程序代码voidmain(){ staticunsignedcharvalue; while(1) { key(); if(key_can<10) { if(key_can==1) //如果按下自动模式按键 { flag_moshi=0; flag_z_f=0; led4=0;led3=1; //自动模式信号灯通电 } if(key_can==2) //如果按下手动模式按键 { flag_moshi=1; flag_z_f=0; led4=1;led3=0; //自动模式指示灯就会亮 } if(key_can==3) //如果按下手动模式下的关门按键 { flag_z_f=2; led2=0;led1=1; //手动信号灯会通电，关门按键被按下指示灯亮 } if(key_can==4) //如果按下手动开门按键 { flag_z_f=1; led2=1;led1=0; //手动开门按键指示灯就会亮 } } if(flag_moshi==0) //自动模式 { if((hw1==1)||(hw2==1)) { flag_z_f=1;//打开 led2=1;led1=0; //指示灯 flag_zdg=0; flag_sj=0; } if(flag_zdg==1) //延时自动关 { value++; if(value>100)//1m { value=0; flag_sj++; if(flag_sj>=5)//5秒 { flag_zdg=0; flag_z_f=2; } } delay_1ms(10); //10ms } } bujindj(); //步进电机函数 }}附录2：步进电机驱动子代码voidbujindj() //步进电机函数{ staticuchari; if(flag_z_f!=0) { if(flag_z_f==1) //开 { if(bjdj_value>=512) { flag_z_f=0; flag_zdg=1; }else bjdj_value++;