【《自动门控制系统的硬件和软件设计案例》4800字】

自动门控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u17719自动门控制系统的硬件和软件设计案例 [16]。探测模块工作情况下感应范围如下图3-8所示：图3-8探测模块感应范围示意图感应模块实物图如下图3-9所示：图3-9感应模块实物图1.1.2感应模块的工作原理本设计选用红外感应器，感应模块会在感应区域产生红外线辐射交替变化的感应盲区和感应灵敏区，当探测到有行人通过时，就会有相应的信号输出，并将感应检测到红外信号转换成相应的电压信号，将电压经过放大处理后输出。若人们进入监测区域并未有一定的位置变化，其温差就会小于阈值，不会发生信号的传输，这样就有利于感应装置感应到是否有行人通行。而且传感器上有指示灯，当感应到人时，对应的黄色指示灯就会变亮，表示有行人通行。为了增大感应器的感应范围，需将感应器电路板与螺纹透镜组装在一起，从而提高感应器接收信号的准确性。螺纹透镜的材质为塑料，根据光学技术将人体辐射出的红外线聚焦到检测单元上，从而提高识别行人的可靠性，提高检测效率。螺纹透镜实物图如下图3-10所示：图3-10螺纹透镜实物图人体感应系统电路图如下图3-11所示：图3-11人体感应模块电路图1.4驱动控制模块1.2.1步进电机驱动控制系统的原理电机驱动系统主要通过发出脉冲信号对电机进行控制，而脉冲信号一开始的功率比较低，不能直接驱动电机运行，因而需将信号进行放大，才能达到电机运行的条件，使电机在控制信号的作用下发生转动，从而带动负载的运行，使自动门正常工作。脉冲的频率会影响电机运行的快慢，频率越高，电机转速就越高，频率越低电机转速就越低。驱动控制模块示意图如下图3-12所示：图3-12驱动控制模块示意图步进电机与驱动模块构成的动力系统结构比较简单，在低速运行状态下能够获得较大扭矩，所以具有很好的稳定性，起到平滑调节的作用。其响应的速度也比较快，能够实现急停、变速等多种功能。步进电机驱动电路如下图3-13所示：图3-13步进电机驱动电路1.2.2步进电机的结构特点以及工作原理步进电机主要由绕组、轴承、定子铁芯、线圈等部分组成，利用电磁铁的原理，把脉冲转变成相应角位移，从而使负载按照人们的实际需求运行。电机的运行条件也有一定的要求，必须在时序电流作用下才能正常转动。脉冲的频率会影响电机运行的快慢，频率越高，电机的转速就越高，频率越低电机的转速就越低，而电机也会根据脉冲的数量来决定转动的角度，从而带动自动门的运行。而电机除了需要解决转速、角度问题，其转向也是一个重要参数指标。自动门的开和关主要取决于电机的正反转，因此通常改变脉冲的序列来实现电机的可控运行，进而根据人们的需求带动负载运行。在步进电机中，反应式步进电机的结构比较简单，价格廉价，但其缺点是工作效率低，容易发热，稳定性和安全可靠性很难得到保证；永磁式电机的结构比较特殊，其稳定性也比较高，由于其定子和转子极数的数量恰好一致，可以输出较大力矩，导致其精度比较差，不能适用于一些特定的场合；混合型电机的特点比较突出，结构也比较复杂，其精度相比于前两类电机都要高，可以输出较大力矩，价格也比较昂贵。步进电机的实物图如下图3-14所示：图3-14步进电机的实物图1.5电源模块电源模块是整个系统最基础的部分，它决定着整个能否正常运行，没有它的话，系统的整个功能就不能运行起来。由于市电的电压220V太高，而单片机有自己运行状态下的电压，所以会引入变压器等器件对电压进行处理，或者加入稳压滤波等电路将市电转换为为+5V和+12V供单片机使用，确保其能稳定工作。电源模块电路图如下图3-15所示：图3-15电源模块电路图2.自动门控制系统的软件设计本次系统的软件设计的程序比较复杂，包含开、关门等各个部分。为了达到没有人操纵自动门仍可以自动感应工作，需要将外部中断0应用到程序编程中，当感应器在识别区域探测到有人通过时，能够使系统正常运行。图4-1系统运行流程图图4-1系统运行流程图图4-1系统运行流程图2.1主程序的分析设计（见附录1）结合本设计要求，在该控制系统的主程序中，设置多种自动门的运行方式。当按下自动模式按钮，系统就会进入自动运行状态，相应的信号灯就会通电显示，表明系统会执行自动开关门程序。无论自动门里面或者外面的感应器检测到有人通过，自动门就会自动打开，即步进电机正转一圈，关门过程中感应器会继续工作，当没有检测到人时，系统就会执行延时5秒后关门的程序。倘若在关门过程中，又有人通过，步进电机就会立刻反转，带动自动门运行，待人离开后，门就会自动关上。当手动模式按键被按下，系统会进入手动开关门的状态，确保在遇到紧急状况时，能够使自动门保持在常开状态，方便人们通过，提高整个系统安全可靠的性能。2.2各部分程序分析设计2.2.1电机驱动程序分析设计（见附录2）步进电机必须遵循自己的运行原则运行，而电机的转向主要受脉冲序列的影响，利用步进电机的这种特性，对电机的正反转设置成两个程序数组，就可以通过单片机利用程序来对电机进行控制。脉冲的频率会影响电机运行的快慢，频率越高，电机的转速就越高，频率越低电机的转速就越低，而电机也会根据脉冲的数量来决定转动的角度，从而带动自动门的运行。2.2.2独立按键程序分析设计（见附录3）设置独立按键的目的就是方便切换自动门运行状态，在程序中，通过中断程序来判断该系统处于哪种模式，并分别执行相应的程序设置。在整个系统中设置了自动和手动模式按键，根据实际需要，切换自动门不同的运行状态，达到所需的要求。2.2.3自动模式下门的运行过程分析设计当按下自动模式按钮，系统就会进入自动运行状态，相应的信号灯就会通电显示，表明系统会执行自动开关门程序。无论自动门里面或者外面的感应器检测到有人通过，自动门都会自动打开，即步进电机正转一圈，关门过程中感应器会继续工作，当没有检测到人时，系统就会执行延时5秒后关门的程序。2.2.4手动模式下门的运行过程分析设计当手动模式按钮被按下，系统会进入手动运行状态。按下手动开门按键时，步进电机就会正转一圈，自动