基于单片机RFID毕业学位论文.doc

摘要：随着科技的不断发展，电梯在人们日常生活中断得到了广泛的应用，同时对其安全性及各方面的性能的要求越来越高。在如今电梯愈来愈成为大众化的运输工具时，其安全问题也因事关我们每个人的切身利益而受到越来越多的关注，全国各地的电梯事故消息不绝于耳，一幕幕画面触目惊心。电梯的保护系统是随着人们对生活条件的不断追求，科技的不断发展应运而生的非常重要的东西。由于单片机系统的适应能力强，稳定性高，所以本设计采用at89c51单片机作为主控制器来对电梯的安全进行保护。本次设计是采用安全触板来作为传感器，当安全触板触碰到物体时，发送给单片机一个信号，单片机内部运行相应程序，以直流电机作为门驱动装置。通过单片机控制直流电机，使门自动打开，延时两秒后关闭电梯门，防止夹伤人，电梯内部有超重检测装置，当电梯内部超重时，电梯停止运行并打开电梯门，同时蜂鸣器报警。直至电梯内部不在超重时，电梯恢复正常运行状态。关键词：单片机 安全触板 at89c51 蜂鸣器 目录1 电梯保护系统的作用.42 系统硬件的介绍.52.1单片机的介绍.52.2安全触板的介绍.82.3弹性系统的介绍.9三系统硬件电路.93.1单片机最小系统的电路连接.93.2安全触板与单片机的电路连接.103.3超重检测与报警电路图的连接.103.4单片机等元件的直流供电电路.123.5电机驱动电路.134 系统软件设计.144.1系统软件结构.144.2系统各部分流程.14 4.2.1超重部分流程.14 4.2.2夹人部分流程.154.3程序.165 心得体会.18六参考文献.191 电梯保护系统的作用电梯作为一种垂直运载的交通工具，已经变得像汽车一样不可或缺。目前中国的电梯保有量稳居世界第一。因为电梯选型不当、电梯数量偏少等等原因，很多电梯高负荷运转。巨大的基数，高负荷的运载量，故障率哪怕万分之一的升高，都会影响到数量不小的用户群体。作为特种设备，电梯无人值守，服务于公众，电梯的安全可靠运行需要各相关方的共同努力。电梯的保有量急剧膨胀，目前电梯维保存在很多的问题。责任链条不够明确；电梯维保技术人员缺乏，每人维保的电梯量过大；市场竞争激烈，挂靠和私人维保等不良的竞争形式，使利润下滑造成维保时间和数量缩水；考核手段难量化，维保执行程度难监控。这些原因造成了电梯使用的风险。而电梯保护系统能够有效地降低电梯发生危险的概率，能够提前发现电梯存在的安全隐患，并通过停止电梯的运行并发出警告或者通知相关人员等方式来排除故障。同时也会对电梯的使用人员进行表达电梯可能存在的问题。可以排除因为超重等原因造成的电梯寿命的锐减。对保证人民的人身安全据欧重要的意义。目前围绕着电梯的安全可靠运行，诞生了很多新生事物。例如电梯运行状态监控的物联网在电梯的应用，从数据统计的角度和多方调度的角度，加强对电梯故障率和维保效果的监管；电梯维保管理的软件的应用和gps人员定位、电子签到等技术的应用，从过程控制的角度在尽力的保障维保的终端人员到位的情况。本文就是通过一些简单的方法实施的一种简单的电梯保护。二系统硬件的介绍2.1单片机介绍： 单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，即将运算器，控制器，输入输出接口，部分存储器以及其他一些逻辑部件集成在一个芯片上，故可以把单片机看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器，没有键盘，不带监控程序的单板机。 由于单片计算机具有体积小，重量轻，耗电少，功能强和价格低等特点，又由于数据大多是在芯片内传送处理，所以运行速度快，抗干扰能力强。单片机从七十年代问世以来，在二十多年的时间里，发展异常迅速，并已广泛应用于各种领域。单片机具有通讯接口，用单片机进行接口的控制与管理，单片机与主机可并行工作，大大地提高了系统的运行速度，所以在网络通讯领域也得到了越来越多的应用。at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at89c2051是它的一种精简版本。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。at89c51管脚说明vcc：供电电压。gnd：接地。外形及引脚排列如图1所示。图1 at89c51外形及引脚图 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。在实际应用中，大多数情况下都使用p3口的第二功能。p3.0 rxd：串行输入口p3.1 txd：串行输出口p3.2 /int0：外部中断0p3.3 /int1：外部中断1p3.4 t0：记时器0外部输入p3.5 t1：记时器1外部输入p3.6 /wr：外部数据存储器p3.7 /rd：外部数据存储器p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 at89c51主要特性* 与mcs-51 兼容* 4k字节可编程闪烁存储器* 寿命：1000写/擦循环* 数据保留时间：10年* 全静态工作：0hz-24hz* 三级程序存储器锁定* 128*8位内部ram* 32可编程i/o线* 两个16位定时器/计数器* 5个中断源* 可编程串行通道* 低功耗的闲置和掉电模式* 片内振荡器和时钟电路2.2安全触板的介绍：安全触板是电梯一种近门安全保护装置，它是一种机电一体式关门防夹安全装置。与其同等作用的近门保护装置是光幕保护装置，属于感应式保护装置。作用是在电梯自动关门过程中，防止人员或物品被夹受损。安全触板属于电梯轿门上的一个软门，当电梯轿厢在关门过程中接触（安全触板）或非接触性（光幕）感应到物体时，连接在近门的一个开关量会给控制柜一个开门信号。电梯开门，从而达到不伤人不伤物的作用。 2.3弹性系统的介绍：弹性系统是存在于电梯底部一些弹性装置，可以把它简单的看成是弹簧，作用是在电梯上升和下落过程中起到缓冲作用，同时在电梯底部安装常开触点可以起到防止电梯超重的作用。弹性系统在上升和下落过程中，在人体处于超重和失重的状态下，可以为人体减少一些加速度，使人不至于产生强烈的晕眩感。而电梯静止时，可以根据弹性系统的压缩状况来判断电梯是否超重，若超重则使电梯停止运行，直至电梯不超重为止，这样可以较好地保护人的人身安全和电梯的使用寿命，不使电梯因为超重而发生危险。三系统硬件电路3.1单片机最小系统的电路连接 51系列单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.单片机的最小化系统是指单片机能正常工作所必须的外围元件，主要可以分成时钟电路和复位电路，我们采用的是at89c51芯片，它内部自带4k的flash程序存储器，一般情况下，这4k的存储空间足够我们使用，所以我们将at89c51芯片的第31脚固定接高电平（pcb画板时已经接死），所以我们只用芯片内部的4k程序存储器。单片机的时钟电路有一个12m的晶振和两个30p的小电容组成，它们决定了单片机的工作时间精度为1微秒。复位电路由22uf的电容和1k的电阻及in4148二极管组成，以前教科书上常推荐用10uf电容和10k电阻组成复位电路，这里我们根据实际经验选用22uf的电容和1k的电阻，其好处是在满足单片机可靠复位的前提下降低了复位引脚的对地阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。二极管的作用是起快速泄放电容电量的功能，满足短时间多次复位都能成功。如图2图2单片机的最小系统 3.2安全触板与单片机的电路连接安全触板的输出信号与单片机的i/o口相连，当安全触板被触碰时，安全触板输出一个高电平给单片机，单片机接受到该信号后，控制电动机运行，打开电梯门。延时两秒钟后，再控制电梯门关闭。3.3超重检测与报警电路图的连接下图3为电梯的超重检测电路，电梯轿厢底部有一定的弹性系统并安装有超载信号输出触点。触点的一端与高电平相连，另一端与单片机的i/o口相连。当电梯超重时，弹性系统下压，使得常开触点接触并导通，单片机收到高电平信号，单片机内部运行相应的程序，运行报警电路，并使电梯停止运行，电梯门处于开门状态，直至电梯内重量不在超重时，电梯延时两秒后恢复正常运行状态。图3单片机与超重检测与报警电路图3为超重报警电路，单片机的26号引脚与三极管的基极相连，三极管的发射极接地，三极管的集电极与蜂鸣器的负极相连，蜂鸣器的正极接电源。当收到超重信号后，26号引脚输出信号为周期一定的时钟信号，三极管间断导通，则在蜂鸣器中通过间断的电流，蜂鸣器发出声响。图4单片机与超重报警电路3.4单片机等元件的直流供电电路lm7805是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压。下图为5v稳压电路电路图。图中为输出电压为5v，输出电流为1.5a的直流稳压电路，b为电源变压器，d1到d4为桥式整流电路，滤波电容为c1 和c3 ，防止自激电容为c2和c4 ，固定式三端稳压器为lm 7805 。220v交流电经过电源变压器变为交流低压，经过整流电路和滤波电容c1变为不稳定的直流，在经器过稳压器lm7805和滤波电容c3变为 精度较高较稳定的+5v直流电。三端稳压是一种标准化，系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小，成本低性能好，工作可靠性高实用简洁方便等特点成为目前电源中应用最为广泛的一种单片式稳压器件.整流管的作用是防止关机后，输出端的电容没有放完电的电量可以形成回路，以致于不损坏lm7805。3.5电机驱动电路电机的驱动芯片采用l298芯片，l298是sgs公司的产品，比较常见的是15脚multiwatt封装的l298n，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。l298n可接受标准ttl逻辑电平信号vss，vss可接457 v电压。4脚vs接电源电压，vs电压范围vih为2546 v。输出电流可达25 a，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。l298可驱动2个电动机，out1，out2和out3，out4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。ena，enb接控制使能端，控制电机的停转。下图为l298n与单片机相连驱动电动机的电路图。图中，采用了两个电机，因为电梯门开关时，两个电极动作一样，所以也可以采用一个电机。而6号引脚和11号引脚为使能端，可以直接接高电平。一个电机时则一个接高电平，一个接低电平。四系统软件的设计4.1系统软件结构该设计主要是完成了对电梯保护系统的设计，没有涉及电梯运行等方面的内容，所以软件方面仅仅包括延时子程序，蜂鸣器子程序和主程序。主程序主要是完成对信号的接受和对子程序的调用。4.2各部分程序流程设计4.2.1超重部分流程设计开始，先检测电梯内部是否超重。若没有超重，则电梯按原设定运行；若超重，则调用开门子程序，同时调用蜂鸣器程序，直至电梯内部不在超重后，调用关门子程序，电梯按原设定运行。3.2.2夹人部分流程设计开始，检测安全触板是否被触碰。若未被触碰，则电梯按原设定运行；若被触碰，则调用开门子程序，延时两秒后，调用关门子程序，若期间安全触板又被触碰，则再次调用开门子程序，直至安全触板不被触碰，则电梯按原设定运行。程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit bell = p25;sbit ibell = p26; /超重信号sbit touch = p20; /夹人信号sbit right=p06; /正转信号sbit left=p07; /反转信号sbit sq1=p00; /限位开关1sbit sq2=p01; /限位开关2void delay(uint i) /延时子程序uint x,j;for(j=0;ji;j+)for(x=0;x=120;x+);void delays(uint i) /延时子程序uint x,j;for(j=0;ji;j+)for(x=0;x=120;x+);void bellout（） /蜂鸣器子程序 while(ibell=1)bell = 0;delay(10); /延时10毫秒bell = 1;delay(10); /延时10毫秒 opendoor（）; void opendoor（） /开门子程序right=1;left=0;if(sq1=1)left=1;void closedoor（） /关门子程序right=0;left=1;if(sq2=1)right=1;void main(void) while（1） if（ibell=1） bellout（）; if(touch=1) opendoor(); delay(2000); closedoor(); 4 心得体会本次课程设计是对传统