基于单片机自动门控制系统的设计

毕业论文 设计 毕业论文 设计 论文题目 基于单片机的自动门控制系统的设计 学生姓名 付 2b 学 号 所在院系 电气信息工程学院 专业名称 通信工程 届 次 指导教师 目 录 前言 2 0 1 课题背景 2 0 2 智能自动门的论依据 3 0 3 单片机的发展及 89C51 系列的运用 3 0 4 课题研究的目的和意义 4 0 5 课题的设计要求 5 0 6 自动门的基本设计思路 6 1 系统总体方案 7 1 1 系统总体规划 7 1 2 单片机介绍 8 1 3 热释电红外传感器 11 1 4 步进电机 13 1 5 故障检测及显示 14 1 6 门行程检测 14 2 系统硬件设计 15 2 1 设计电路的电框图和原理 15 2 2 系统硬件总体逻辑设计 15 2 3 设计电路原理图 16 3 系统软件设计 16 3 1 系统主程序流程图 17 3 2 开门子程序流程图 18 3 3 开门中断程序流程图 19 3 4 T1 中断服务程序流程图 20 3 5 程序源代码 21 4 调试与检测 26 4 1 调试 26 4 2 门行程检测及故障检测 26 结论 26 参考文献 27 致谢 29 淮南师范学院 2013 届本科毕业论文 1 基于单片机的自动门控制系统的设计基于单片机的自动门控制系统的设计 学生 付民 指导教师 王千春 淮南师范学院电气信息工程学院 摘 要 在当今社会随着经济的快速发展 人们对生活水平的要求越来越高 在 这种大趋势下 自动门的应用也越来越广泛 在很多现代建筑中都能看 到它的身影 如银行 宾馆 超市等 现在自动门在国内外的发展状况 很不均衡 国外的产品性能比较优良但相对的其价格也比较昂贵 而国 内的产品虽然价格比较便宜但性能比较差 容易出故障 因此在本文中 设计了一款性价比较高的自动门控制系统 它功能强大 价格适中 在 市场上将会有较强的竞争力 单片机 SCM Single Chip Microcomputer 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 主要包括了微处理器 CPU 存 储器 ROM RAM 输入 输出口 1 0 口 和定时器 计数器 中断系统等 功能部件 单片机自 20 世纪 70 年代问世以来 以其极高的性能价格比 受到人们的重视和关注 应用很广 发展很快 而 51 单片机是各单片机 中最为典型和最有代表性的一种 本课题的另一个特点是使用复杂可编 程逻辑器件 CPLD 控制电机的驱动 缩短了开发时间 提高了系统的 灵活性和可靠性 降低了成本 通过单片机控制交流电机 使门自动打 开 当人进门后又可以使门自动关闭 另外 我们还设计了完善的故障 监测电路来提高系统的可靠性 关键词 自动门控制系统 AT89C51 步进电机 Design of Micro Controller Based Automatic Retractable Door Control System Student FU Ming Faculty Advise WANG Qianchun Electrical and Information Engineering Departmet Huainan Normal University Abstract With the development of economy and living standard automatic doors are 基于单片机的自动门控制系统的设计 2 being widely used It is absolutely necessary to a modern building such as hotel supermarket As the controlling core of the automatic door the automatic door controller determines its performance Most of automatic door controllers that have been sold in our country are made by foreign manufactures The performance of these products is high but they are very expensive Our home made automatic doorcontrollers are not so expensive however the performance is unsatisfied and the faulty rate is high So we have developed a new kind of automatic door controller based on MC68HC11K1 The controller has good competitive ability because it s powerful reliable convenient and low cost SCM performance Chip cluster generator attempts namely the Microcomputer Micro Controller is the main part in a Chip are integrated on the Single Chip Microcomputer Mainly includes microprocessor CPU memory ROM RAM input output 1 0 mouth and timer counters interrupt system function components SCM since the 1970s since the advent of its extremely high performance price ratio attention by people and attention it is widely used and fast development And 51 SCM is the most typical and every SCM most representative one Key words Automatic door control system AT89C51 Stepper motor 前言前言 0 1 课题背景 随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高 现代社会中智能化建筑 越来越多 作为现代建筑智能化一个重要指标的自动门的应用也越来越广泛 在宾馆 银行等现代化建筑中都能看到其身影 目前自动门发展的现状是国外一些大公司的产品性能比较优良功能也较多 但其价格也相对偏高 如德国的 BLASL 瑞士的 TORMAX 日本的 National 等 这些公司产品的主要特点是功能繁多 性能可靠 但普遍价格偏高且操作 复 杂 而国内的产品虽然价格比较合理但是在性能上却不能和国外的同类产品相 3 比 它们普遍存在着各种各样的毛病 故障率高 鉴于以上这种情况我们设计了一款性能优良 价格适中的自动门控制系统 要求具有多种操作模式 能够根据用户需求进行各种参数的调节且操作方便 此 外 系统需要具有很强的自我保护和故障诊断功能 使其性能稳定可靠 降低 故 障率 减少运营成本 1 0 2 智能自动门的论依据 自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸 是门的功能根据人的需要所 进行的发展和完善 自动门是指 可以将人接近门的动作 或将某种入门授权 识别为开门信号的控制单元 通过驱动系统将门开启 在人离开后再将门自动关 闭 并对开启和关闭的过程实现控制的系统 自动门开始在建筑物上使用 是在二十世纪年以后 二十年代后期 美国 的超级市场的开放 自动门开始被使用 受此影响 世界第一自动门品牌多玛 在1945年开发出油压式 空气式自动门 新建大楼的正门也开始使用了 到了 1962年 电气式己开始出现 之后伴随着城市的建设 自动门技术的领域每年 都在增加 当初 用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难 只好进行 油压 空压速度控制 转换但因能源利用率低很低 然而伴随着电气控制的技 术发展 现在电气控制技术已经成熟 直接控制电动机的电气式自动门逐渐成 为主流 例如 各种用可识别控制的自动专用门 如 感应自动门 红外感应 微 波感应 触摸感应 脚踏感应 刷卡自动门等 自动门机的基本组成大体上相同 有了以上构成 再加上开门信号 就可 以配置成一套简单的自动门系统了 自动门的系统设置是指根据使用要求而配备的 与自动门控制器相连的外 围辅助控制装置 如开门信号源 门禁系统 安全装置 集中控制等 必须根 据建筑物的使用特点 通过人员的组成 楼宇自控的系统要求等合理配备辅助 控制装置 基于单片机的自动门控制系统的设计 4 0 3 单片机的发展及 89C51 系列的运用 担任本设计处理部分的是 89c52 单片机 89C51 系列 目前单片机渗透到 我们生活的各个领域 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹 导弹的导航 装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络通讯与数据传输 工业自动化过 程的实时控制和数据处理 广泛使用的各种智能 IC 卡 民用豪华轿车的安全保 障系统 录像机 摄像机 全自动洗衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等 等 这些都离不开单片机 更不用说自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗 器械以及各种智能机械了 随着半导体集成工艺的不断发展 单片机的集成度将更高 体积将更小 功能将列强 在单片机家族中 80C51 系列是其中的佼佼者 加之 Intel 公司将 其 MCS 51 系列中的 80C51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许 多著名 IC 制造厂商 如 Philips NEC Atmel AMD 华邦等 这些公司都 在保持与 80C51 单片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性 这样 80C51 就变成有众多制造厂商支持的 发展出上百品种的大家族 现统称为 80C51 系 列 80C51 单片机已成为单片机发展的主流 专家认为 虽然世界上的 MCU 品种繁多 功能各异 开发装置也互不兼容 但是客观发展表明 80C51 可能 最终形成事实上的标准 MCU 芯片 STC89C51RC 系列单片机是宏晶科技出的新一代高速 低功耗 超强抗干扰 的单片机 指令代码完全兼容传统 8051 单片机 12 时钟 机器和 6 时钟 机器可 选 HD 版本和 90C 版本内部集成 MAX810 专用复位电路 89C52 与 89C51 的 区别在于 51 的程序空间为 4K 字节 而 52 程序空间为 8K 字节 其余性能与结 构相同 本论文以 89C51RC 系列来讲述 0 4 课题研究的目的和意义 自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门 自动平开门 自动旋转门 自动圆弧门 自动折叠门等 其中自动平移门使用得最广泛 我们通常所说的自动门 感应门就是指自动平移门 自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外 线 当人走近自动门时 红外线感应到人的存在 给控制器一个信号 控制 器通过驱动装置将门打开 当人通过门之后 再将门关闭 由于自动门在通 5 电后可以实现无人看管 同时又可节约空调能源 防风 防尘 降低噪音 提高了建筑的档次 随着电子科技的不断发展 各种智能控制系统进入人们的生活 自动平移 门控制系统成为学校 公司等人流密集地疏导人流 控制出入的首选 0 5 课题的设计要求 一个自动门的设计还要包括下面三个方面 一 智能化设计 自动门选择配置智能化控制系统 可随意设定门扇的运行速度 并可设定 半开状态 调节方便 使自动门始终保持在最佳运行状态 并具有自动矫正功 能 即使遇到大风等原因引起的运行阻力增大 仍然能够保持平稳的开关门动 作 二 安全性设计 具有自动反转安全装置 当碰到障碍物或人体等异常状况时 门扇自动反 转退出 并在下次接近阻力区域时以安全速度前进 避免夹人事件和机件损毁 的现象发生 提高自动门运行时的安全性 延长自动门寿命 门扇开启轻巧方 便 当停电时 老人 儿童等均可开闭自如 开闭力量在 3 5 公斤以下 方便 安全 可靠 三 稳定性设计 自动门采用步进电机 具有高效 省电 低噪音 高转速 高扭力 连续 使用不过热等特性 大大超越传统交流伺服马达 由于采用步进电机驱动 配合 T 型齿条同步带 使门体自低速至高速的运 行中具有卓越的稳定性 由于采用高性能的电源输入 不管电压波幅多大均可 自动稳压 此外在负载瞬间短路时还有过压及过流保护措施 有效保障自动门 运转的稳定耐久和安全 自动门在具体场合的使用设计上 还应注意做好以下 配置的选用 1 安全辅助装置 如在高档酒店等地方可以选择安装防夹人红外感应器 防止停留在门附近 的人被门所夹住 2 备用电源 基于单片机的自动门控制系统的设计 6 为保证停电时自动门也能工作正常 应配置备用电源 3 辅助光线传感器 在需要的地方 自动门可以安装辅助光线传感器 红外对射保护装置 当 门打开时 人站着不动 用手遮挡辅助光线传感器 门应该保持打开状态 当 手离开后几秒后 门应该重新关闭 综上所述 自动门在很多领域具有不可比 拟的优越性 随着国民经济的快速发展 自动门在我国已经迎来了快速发展的 黄金时期 一 主要的技术指标 技术指标 单门 双开门 门重量 130kg 1 扇 100kg 2 扇 导轨长度 2000 5000mm 开门速度 200 450mm 秒 可调 闭门速度 200 450mm 秒 可调 慢行速度 30 50mm 秒 可调 开门时间 开门静止后 1 10 秒的范围内 可调 控制器 高速智能电脑处理器控制 马达 DC24V 40W 无刷步进电机 电源电压 AC220V 50Hz 消耗功率 100W 手动开启力 3 5 公斤以下 安全功能 开闭时遇到障碍物能立即开启 晚间转换到报警功能 使用环境 20 50 0 6 自动门的基本设计思路 设计的基本思想如下图 人体 信号 热释电红外 线传感器或按键 控制 单片机信号处 理 步进 电动 机 自动门 的开与关 图 1 设计总结图 7 综上 通过设计总结构图可以实现以下要求 1 有人来时 进门或出门 开门 当人走到离门不远的时候时 安装在门 上侧的热释红外线传感器信号检测装置检测到有人时 将启动电动机带动传动 链开门 2 无人时关门 当热释收发装置没有检测到有人在离门的范围内 将启动 电动机带动传动链关门 3 关门中途来人 立即开门 当启动电动机带动传动链关门时 感应探头 突然检测到在离门1m 的范围内有人 则立即停止电动机关门 启动电动机带动 传动链开门 4 遇到故障和安全问题时 能紧急制动和报警 防止事故发生 1 1 系统总体方案系统总体方案 本章围绕系统的总体设计 介绍系统组成框图 主控芯片单片机的内部硬 件资源及其接口技术 整个自动门系统所用到的其它 IC 的介绍 1 1 系统总体规划 本系统主要由单片机及电机控制电路 红外线检测电路 故障检测电路等 组成 正常工作时 单片机循环检测红外线检测电路输出信号 据此产生直流电机控制信号 电动机带动门运行 当系统检测到控制方式发生 改变时 系统进入相应式 如门在的控制方关门过程中遇到人或其他障碍物时 门无条件朝相反方向打开 其原理方框图如 2 所示 基于单片机的自动门控制系统的设计 8 1 2 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 其结构如图3所示 AT89C51 单片机 SRAM 红外线检测电路 门行程检测电路 电机控制电路 EPROM 故障检测电路 故障显示报警 控制方式切换 图2 原理方框图 9 图 3 单片机结构框图 本课题设计所用到的的单片机是较为常见的 AT89C51 它是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS 8 位微处理器 俗称单片机 AT89C51 是 一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器单机的可擦除只读存储器可以反 复擦除 1000 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 AT89C51 是它的一种精简版本 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统性高且价廉的方 案 外形如图 1 所示 芯片管脚如图 4 所示 图4 AT89C51外形及引脚图 基于单片机的自动门控制系统的设计 10 图 4 芯片管脚 1 2 1 AT89C51 主要特性 1 与 MCS 51 兼容 2 4K 字节可编程闪烁存储器 3 寿命 1000 写 擦循环 4 数据保留时间 10 年 5 全静态工作 0Hz 24Hz 6 三级程序存储器锁定 7 128 8 位内部 RAM 8 32 可编程 I O 线 9 两个 16 位定时器 计数器 10 5 个中断源 11 可编程串行通道 12 低功耗的闲置和掉电模式 13 片内振荡器和时钟电路 1 2 2 AT89C51 管脚说明 VCC 供电电压 GND 接地 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 11 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0 P3 3 INT1 外部中断1 P3 4 T0 记时器0外部输入 P3 5 T1 记时器1外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 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 基于单片机的自动门控制系统的设计 12 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 个机器周期两次有效的 PSEN 信号 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 1 3 热释电红外传感器 热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器 不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶 其内部的热电元由高 热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂 硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成 其极化随温度的变化而变化 为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器 在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式 因而能 以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出 热释 电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换 由于热电元输 出的是电荷信号 并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电 阻阻抗高达 104 故引入的 沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟 随器 来完成阻抗变换 热释电红外传感器由传感探测元 干涉滤光片和场效应 管匹配器三部分组成 设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片 并在它的 两面镀上金属电极 然后加电对其进行极化 这样便制成了热释电探测元 由 于加电极化的电压是有极性的 因此极化后的探测元也是有正 负极性的 人体都有恒定的体温 一般在 37 度 所以会发出特定波长 10UM 左右的红 外线 被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10UM 左右的红外线而进行工作 的 人体发射的 10UM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应 13 源上 红外感应源通常采用热释电元件 这种元件在接收到人体红外辐射温度 发生变化时就会失去电荷平衡 向外释放电荷 后续电路经检测处理后就能产 生信号 其内部结构有如下图 5 所示 1 D 脚 2 S 脚 3 G 脚 图 5 热释电红外传感器内部结构 图 5 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图 使用时 D 端接电源 正极 G 端接电源负极 S 端为信号输出 该传感器将两个极性相反 特性一 致的探测元串接在一起 目的是消除因环境和自身变化引起的干扰 它利用两 个极性相反 大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿 对于辐射至传感器的红外辐射 热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔 透镜将其聚焦后加至两个探测元上 从而使传感器输出电压信号 制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料 它的探测波长范围 为 0 2 20 m 为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度 该传感器在 窗口上加装了一块干涉滤波片 这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射 通过外 还能将灯光 阳光和其它红外辐射拒之门外 1 4 步进电机 步进电动机是纯粹的数字控制电动机 它将电脉冲信号转变成角位移 即 结一个脉冲信号 步进电动机就转动一个角度 因此作常适合于单片机控制 近 30 年来 数字技术 计算机技术和水磁材料的迅速发展 推动厂步进电动机 的发展 为步进电动机的应用开辟了广阔的前景 1 4 1 步进电动机的特点 1 步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比具有良好的跟随型 以由 基于单片机的自动门控制系统的设计 14 步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统 既非常简单 廉价 又非常可靠 同时 它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭外数控系统 2 步进电动机的动态响应快 易于起停 正反转及变速 3 速度可在相当宽的范围内平滑调节 低速下仍能保证获很大转矩 因此 一般可以不用减速器而直接驱动负载 4 步进电动机只能通过脉冲电源供电才能远行 它不能直接使用交流电源 和直流电源 5 步进电动机存在振荡和失步现象 必须对控制系统和机械负载采取相应 的措施 6 步进电动机自身的噪音和振动较大 带惯性负载的能力较差 1 4 2 28BYJ 48 步进电机 本课题所先用的是 28BYJ 48 步进电机 它是一种将电脉冲转化为角位移的 执行机构 通俗一点讲 当步进驱动器接收到一个脉冲信号 它就驱动步进电 机按设定的方向转动一个固定的角度 及步进角 您可以通过控制脉冲个来控 制角位移量 从而达到准确定位的目的 同时您可以通过控制脉冲频率来控制 电机转动的速度和加速度 从而达到调速的目的 步进电机 28BYJ 48 型四相八拍电机 电压为 DC5V DC12V 当对步进电 机施加一系列连续不断的控制脉冲时 它可以连续不断地转动 每一个脉冲信 号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次 也就对应转子转过 一定的角度 一个步距角 当通电状态的改变完成一个循环时 转子转过一个 齿距 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行 常见的通电方式有单 单 相绕组通电 四拍 A B C D A 双 双相绕组通电 四拍 AB BC CD DA AB 八拍 A AB B BC C CD D DA A 其图片如 6 所示 15 图 6 28BYJ 48 步进电机 1 5 故障检测及显示 在故障检测电路中 配置了温度和速度传感器 用来监测电机的工作情况 从而实现电机过热保护和门运行障碍保护 同时还设置了电压监控电路 用于 检测系统异常情况 检测电路首先将检测到的信号转换成电压 然后经 ADC0809 转换器变成数字信号 单片机定期读取数据 一旦发现数据异常 即 马上采取相应的紧急措施 向系统发出故障信号 系统停止工作 向故障显示 电路发出指令 发出报警信号并显示故障类型 1 6 门行程检测 门行程检测电路通过检测门行程开关的闭合情况来发送不同的信号 使电 机改变转速 进而控制门运行的速度以提高运作效率 为了保护门不受到损害 和保证门运行效率 在门行程检测电路中设置了四个行程开关 它们分别代表 开门极限 程极限 1 行程极限 2 关门极限 门在开启过程中 分别经过慢速 加速 减速和停止四个过程 门的关闭过程则与上述过程相反 门运行到极限 位置时 限位开关动作 单片机根据接收到响应的信号 改变电机运行速度 2 系统硬件设计 2 1 设计电路的电框图和原理 红外自动门控制系统的硬件组成如下图所示 本系统主要由 AT89C51 单片 机及其外围电路 红外检测电路 门行程检测电路 步进电机控制电路 故障 检测电路 故障显示电路 控制方式切换电路等七部分组成 单片机循环检测 红外检测电路和门行程检测电路输出信号 据此产生步进电机控制信号 电动 机带动门运行 当系统检测到控制方式发生改变时 系统进入相应的控制方式 如门在关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开 当系统出 现故障 进入故障处理程序 基于单片机的自动门控制系统的设计 16 图7 红外线自动门控制系统硬件框图 2 2 系统硬件总体逻辑设计 感应自动门的种类很多 在此 仅以平移型感应自动门机作为设计的重点 首先 平移式自动门机组由以下部件组成 1 主控制器 它是自动门的指挥中心 通过内部编有指令程序的大规 模集成块 发出相应指令 指挥马达或电锁类系统工作 同时人们通过主控器 调节门扇开启速度 开启幅度等参数 2 感应探测器 负责采集外部信号 如同人们的眼睛 当有移动的物 体进入它的工作范围时 它就给主控制器一个脉冲信号 3 动力马达 提供开门与关门的主动力 控制门扇加速与减速运行 4 当门扇要完成一次开门与关门 感应探测器探测到有人进入时 将脉 冲信号传给主控器 主控器判断后通知马达运行 马达得到一定运行电流后做 正向运行 将动力传给同步带 步带转动一段时间后 马达反转 自动门关闭 17 2 3 设计电路原理图 图 8 电路原理图 3 系统软件设计 整个系统软件主要由主程序 开门子程序 关门子程序 T0 中断服务程序 T1 中断服务程序 外部中断服务子程序组成 主程序主要是完成系统进行初始 化 中断设置等功能 程序设计中设置了一个外部中断 0 它保证红外自动门 能够在无人操控情况下自动运行 主要功能是当检测到有人出入门时 启动电 机 从而实现自动开关门的目的 3 1 系统主程序流程图 Y N 开始 定时器 T0 T1 的设 置 中断优先级设置 系统终止 开外部中断 1 开定时器 T0 关外部中断 1 开定时器 开中断 系统故障 手动方式 Y N 基于单片机的自动门控制系统的设计 18 3 2 开门子程序流程图 Y Y 返回 开门 电机减速 门状态检测 电机加速 电机停止 加速 减速 停止 N Y N N 19 3 3 开门中断程序流程图 开门子程序 中断返回 装载 T0 常数 开中断 关门子程序 关 T0 中断 读按键操作 加速 开门否 Y Y N N 基于单片机的自动门控制系统的设计 20 3 4 T1 中断服务程序流程图 关 T1 中断 指向 0809 地址 中断返回 启动下一通道 开 T1 中断 数据存放 数据指针加 1 通道号加 1 转换结束 采样结束 Y Y N N 21 3 5 程序源代码 3 5 1 主程序 MOV R4 A INC R1 CLR R5 A SUBB A R4 XCH A R4 DEC R1 基于单片机的自动门控制系统的设计 22 SJMP LP2 JB 00H ROLE SPEED0 BIT P1 0 门行程行状 1 SPEED1 BIT P1 1 门行程行状 2 SPEED2 BIT P1 2 门行程行状 3 SPEED3 BIT P1 3 门行程行状 4 KEYDOOROPEN BIT P1 4 手动门开按钮 KEYDOORCLOSE BIT P1 5 手动门关按钮 MODE BIT P1 6 手动 自动切换 DOOROPEN BIT P3 0 门开驱动信号 DOORCLOSE BIT P3 1 门关驱动信号 SIGNAL BIT P3 2 红外线传感器信号 A0809E0C BIT P3 3 A D 转换结束信号 HSPEED BIT P3 4 电机速度变换 DOORSTATE BIT 00H 门状态 RERROR BIT 01H 系统故障 ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP INT0 ORG 000BH AJMP T0 ORG 001BH AJMP T1 ORG 0050H START CLR DOOROPEN 关电机驱动 CLR DOORCLOSE MOV TMOD 11H 定时器工作方式 MOV TLO OFOH 置定时器常数 MOV TH0 08DH 23 MOV TL1 0E0H MOV TH1 0B1H MOV TCON 50H MOV IP 08H 优先级设置 MOV IE 80H 开中断 LOOP ACALL SYSERROR 调用系统故障子程序 JB RERROR WAIT 有故障等待处理 MOV A P2 ANL A OFH JNZ WAIT 无按键等待 JB MODE AUTO 运行方式判断 CLR EXO SETB ETO SJMP LOOP AUTO SETB ETO SJMP LOOP WAIT SJMP 等待 3 5 2 开门子程序 DOOR OPEN JB DOORSTATE LOOP3 门已开退出 CLR HSPEED CLR DOORCLOSE SETR DOOROPEN 低速启动 JNP SPEED1 SETB HSPEED 高速开门 JNB SPEED2 CLR HSPEED 低速运行 JNB SPEED3 CLR DOOROPEN 停机 SETB DOORSTATE 保存门状态 基于单片机的自动门控制系统的设计 24 LOOP3 RET 3 5 3 关门子程序 DOOR CLOSE JNB DOORSTATE LOOP4 门已关退出 CLR HSPEED CLR DOOROPEN SETB DOORCLOSE 低速启动 JB SPEED2 CLR HSPEED 高速关门 JB SPEED0 CLR DOORCLOSE 停机 CLR DOORSTATE LOOP4 RET 3 5 4 T0 中断服务程序 T0 CLR ET0 关中断 JB KEYDOOROPEN LOOP 开门否 ACALL DOOR OPEN 调开门子程序 SJMP LOOP2 LOOP1 JB KEYDOORCLOSE LOOP2 关门否 ACALL DOOR OPEN 调关门子程序 LOOP2 MOV TL0 0F0H 重装定时常数 MOV TH0 08DH SETB ET0 开中断 RETI 3 5 5 T1 中断服务程序 ORG 000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP SERVE MAIN ORL P1 0FFH 25 SETB 1T0 选择边沿触发方式 SETB EX0 允许 INTO 中断 SETB A CPU 开中断 AJMP 等待中断 T1 CLR ET1 MOV R1 03H MOV RO 20H MOV DPTR ADDR0809 0809 地址 MOV R2 00H LOOP5 MOV A R2 通道号 MOVX DPTR A 启动 A D 转换 JB A0809EOC 转换是否结束 MOVX A DPTR 读转换结果 MOV R0 A 数据保存 INC R0 INC R2 下一通道 DJNZ R1 LOOP5 三个通道是否完成 MOV TL1 0E0H 重装定时常数 MOV TH1 0B1H SETB ET1 RETI 3 5 6 外部中断服务子程序 ORG 0300H INT MOV TLO 11H MOV THO OFCH CPL P1 RETI INT0 CLR EX0 基于单片机的自动门控制系统的设计 26 LOOP8 ACALL SYSERROR 故障检查 JB RERROR LOOP6 有故障返回 JB DOORSTATE LOOP6 门已开返回 ACALL DOOR OPEN 开门 LOOP7 ACALL DELAY10S 等待10s ACALL SYSERROR 故障检查 JB RERROR LOOP6 无故障继续 JNB SIGNAL LOOP7 有人等待 CLR HSPEED SETB DOORCLOSE 无人时 低速关门 JNB SIGNAL LOOP8 有人来打开门 JB SPEED2 SETB HSPEED 无人快速关门 JNB SIGNAL LOOP8 有人来打开门 JB SPEED1 CLR HSPEED 无人速度降低 JB SPEED0 LOOP6 CLR DOORCLOSE 停机 CLR DOORSTATE 门状态保存 SETB EX1 RET 4 调试与检测 4 1 调试 调试为了确保该门控系统的安全高效运行必须满足下列条件 1 大门的结构必须适合于自动控制 特别要注意滚轮的直径必须与需要 控制的大门重量相匹配其尺寸和重量符合有关技术规范之规定 2 确保大门在滑动过程中不发生倾斜 3 确保大门活动平稳 准确 在整个移动过程中不出现任何不正常的摩 擦现象 27 4 确保地面条件稳固 避免固定基座的膨胀螺丝发生摇晃 5 认真检查上方导轨和行程限位的机械挡块是否安装到位 4 2 门行程检测及故障检测 门行程检测电路通过检测门行程开关的闭合情况来发送不同的信号 使电 机改变转速 进而控制门运行的速度以提高运作效率 为了保护门不受到损害 和保证门运行效率 在门行程检测电路中设置了四个行程开关 它们分别代表 开门极限 行程极限 1 行程极限 2 关门极限 门在开启过程中 分别经过慢 速 加速 减速和停止四个过程 门的关闭过程则与上述过程相反 门运行到 极限位置时 限位开关动作 单片机根据接收到响应的信号 改变电机运行速 度 在故障检测电路中 配置了温度和速度传感器 用来监测电机的工作情况 从而实现电机过热保护和门运行障碍保护 同时还设置了电压监控电路 用于 检测系统异常情况 检测电路首先将检测到的信号转换成电压 然后经单片机内部的户以转换 器变成数字信号 单片机定期读取数据 一旦发现数据异常 即马上采取相应 的紧急措施 向系统发出故障信号 系统停止工作 向故障显示电路发出指令 发出报警信号并