电动移门防夹设计毕业论文

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)班级学号63苏州大学电子信息学院本科毕业设计论文题目电动移门的防夹设计学院电子信息学院专业电子信息工程学生姓名陈严严导师姓名马强摘要在科技迅速发展的今天，电动移门技术应用日益广泛。电动移门的防夹设计成为了人们最为关心的问题。电动移门的防夹检测系统包含三大组成部分，其一是控制器部分，其二是传感器部分，其三是电机控制部分。控制器部分主要使用单片机来处理电动移门所采取的模拟信息，并且能够将电动移门处理信息自动化、智能化，同时更加安全。传感器部分采用三种传感模块互补完成。为了实现安全性的进一步提高主要采用对射红外和热释电红外传感与微波接近的三种传

2、感互补处理方式。但对射红外的处理范围的局限性，微波接近只对运动中物和人才有感应同时金属对其有屏蔽的局限性，以及热释电红外传感器只对有体温的人或动物才起到感应的局限性，在考虑安全性能的前提下采用三种互补工作的方式提高电动移门的安全性能。而单片机需要驱动电动移门的开关门动作所采用的电机控制方式涉及到了弱电控制强电的控制思想，采用光电耦合器与继电器相结合的方式能够安全可靠的对电机进行控制。关键词：单片机对射红外热释电红外电磁波接近移门防夹目录第一章 前言 .11.1电动移门的概况 .11.2本文研究的目的和意义 .21.3设计的要求与方案 .3第二章 总体设计分析 .42.1总体设计方案说明 .42

3、.2组成框图 .52.3主要功能模块的简介 .62.3.1控制器模块 .62.3.2对射红外检测模块 .62.3.3热释电红外人体检测模块 .72.3.4微波接近式检测模块 .72.3.5电机驱动控制模块 .8第三章 硬件设计 .93.1主控板部分 .93.1.1器件选型与简介 .93.1.2整个模块设计与分析 .113.2对射红外检测部分 .123.2.1对射红外检测模块采用的标准简介 .123.2.2对射红外检测模块的组成 .133.2.3与控制器接线设计 .143.3 热释电红外人体检测模块 .143.3.1器件选型与简介 .153.3.2电路的组成与简介 .203.4微波接近式检测部分

4、 .213.4.1器件选型与简介 .223.4.2电路的组成与简介 .233.5电机驱动控制部分 .233.5.1器件选型与简介 .233.5.2电路的组成与简介 .263.5.3与电机的的接线设计 .27第四章 软件设计 .284.1主程序流程框图的设计及分析 .284.2防夹及状态显示流程框图与分析 .294.3电机驱动程序流程图与分析 .31第五章 系统调试 .325.1整体调试 .325.2对射红外电路调试 .325.3热释电红外人体感应模块的调试 .325.4电机驱动模块的调试 .33结束语 .331 设计历程 .332 设计特点 .343 存在的问题和改进 .354 展望和体会 .

5、35致谢 .36参考文献 .37附录 1（电路原理图及 PCB）39附录 2（控制程序）41第一章前言1.1电动移门的概况电动移门系统属于智能弱电系统中的一种安防系统。 它作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体， 涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。 电动移门系统通过在建筑物内的主要出入口、 电梯厅、设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部门的通道口安装门磁、电控锁或控制器、读卡器等控制装置，而其电动移门系统的防夹设计尤为重要，在这些人流量繁杂的地点安全问题是首要也是最重要最需要解决的问题。 防夹系统的搭建需要多种传感系统多重检测防

6、护，国内外技术解决方案多种多样。主要包括有两种方式一种是采用多普勒效应的微波式检测方式另外一种是采用红外式检测的一种方式。红外检测防夹方式主要又有对射红外，热释电红外等多种方式。电动移门系统的防夹设计常规由总控制器、 电动移门传感电路、电机控制电路、电源和其他相关 电动移门设备几部分组成。主要目的为了实现电动移门的防夹。电动移门控制器 : 电动移门控制器是电动移门系统的核心部分，其功能相当于计算机的 CPU，它负责整个系统的输入、输出信息的处理和储存、控制等。它验证门禁传感器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，如若有效则对执行部件发出动作信号。电动移门控制器性能的好坏直接影响着系统的

7、稳定， 而系统的稳定性直接影响着用户的生命和安全。主要用于防夹的控制。电动移门传感电路：读取生物特征信息，并将这些信息传送到电动移门控制器。主要用于读取防夹的信号。电机控制电路： 电动移门系统的开关门的控制电路，这个电路涉及弱电控制强电的设计思想，同时也保障着电动门的正常运行。电动移门程序：负责电动移门系统的防夹工作。以此用来控制门的开关与用户的安全。电源和其他相关电动移门设备：电源是负责整个电动移门系统的能源，是一个非常重要的组成部分（电动移门系统如若无电源，整个电动移门系统如同成瘫痪状态）。其他电动移门设备如紧急出门按钮，按一下打开开门设备，适用于对出门无限制的情况；等等诸如此类。1.2

8、本文研究的目的和意义随着现代电子技术的进步，电动门传统的零部件及总成也在向机电一体化发展。而现代电动门中大量应用的传感电路及控制芯片，不仅提高了居住的舒适性，也对移门的安全性提出了新的要求。为了方便广大用户，大量地方采用移门，许多电动门都不具有防夹功能，容易造成对群众尤其是儿童的伤害。目的对人们的日常生活带来方便也保障安全，这对我国科技进步与生活安全问题拥有重大的意义。1.3设计的要求与方案要求：设计一个电动移门的防夹检测控制系统。通过红外对射、 热释电人体感应，微波接近等手段，检测在电动移门接近人的一定范围内或碰到人时自动关闭，安全时可重启动。同时设计了三个按钮分别为开关停，其中停止按钮是特

9、殊情况时所采用的功能。移动门的驱动电机为交流单相电机，220V，200W。这里控制电机所采用的是弱电控制强电的方式，同时也要对单片机编程来总体实现防夹的功能。方案： 1.范围人体传感电路采用热电释红外检测电路检测人体输出开关量2.门内对射红外检测电路坚持人体输出开关量3.微波接近式传感电路保障安全开关4.单片机做处理芯片处理传感器信号5.电机驱动电路，驱动电动门的开关第二章总体设计分析2.1 总体设计方案说明总体设计主要分为三个部分主控板及传感器模块及电机控制模块。控制器模块我们在上添加了四个按键按钮主要功能是实现电动移门的开、关、停的控制。另外我们还曾加了一个弹簧按键，主要是用来通知 CPU

10、门是否关好，如果关好就关闭电机的电源。而传感器模块我们采用热电释传感模块、红外对射传感模块、微波接近传感模块全方位三百六十度的保障安全的实施防夹措施。这里详细的展示一下防夹的流程：首先点击开门按钮，开门信号送到单片机中，单片机经过处理然后开门的显示信号灯点亮同时控制电机的电源接通，控制电机的正转，门开启的同时等待关门和停止信号，当有人进出门后按关门按钮后按键信号传到单片机。单片机接受并处理。于此同时，同时检测三个传感器的端口信号，当同时无信号输出时，单片机控制开门状态显示灯关闭，关门状态显示灯点亮，控制电机反转，门关起的同时检测三个传感模块的传感信号，此时这三个传感模块起逻辑或的关系，当其中任

11、意一个或多个有信号输出时关门的状态显示灯关闭，开门的状态显示灯点亮， 同时电机正转门开启。 以此循环直至当关门状态按钮被触发，这是表示门已经关闭完成，这时单片机控制关门的状态显示灯关闭，电机的电源关闭返回到初始状态。这里我在单片机内还增加了一段中断执行程序，即停止按钮，此按钮的功能是在特殊情况下使用，当按下此按钮单片机会跳出当前执行的任何循环程序，来实时处理停止功能。2.2 组成框图图 2.1 组成框图正如上图所示，根据设计思想所要完成的功能，该电动门控制器可分为三大模块，包括：电机控制 传感检测 控制处理。除了这三大模块外，该电动门控制器还具有紧急状态控制器。遇到突发情况可操作设置。此外根据

12、设计思想为达到更高的灵活性与安全性，该系统采用逻辑设计思想，即当中某一传感模块发生损坏对整个系统不会产生影响从而去除了安全隐患， 因此该系统操作更加安全化人性化。2.3 主要功能模块的简介控制器模块主控板模块主要包含了单片机系统和组合按键及显示模块，其具有 IO 双向输入输出端口的功能，具有接受信号、处理信号、输出信号的功能，同时也能够将所要显示的状态表示出来，经过编程实现使其具有智能化、人性化的特征。图控制器模块内部框图对射红外检测模块对射红外检测模块是由对射红外传感器，利用红外传感器的光感来实现电平的变化，同时应用运算放大器用来做电压比较器，使用电位器来调节基准电压的变化，从而实现红外传感

13、器传感距离的微调。同时传感器模块拥有输出开关量的功能。图对射红外模块内部框图热释电红外人体检测模块热释电红外模块应用于人体检测， 当有人体接近时会产生一个 5v 的高电平信号， 模块主要由 d203sPIR传感器、菲尼尔透镜及 biss0001芯片组成，由于人体具有 40 度左右的温度从而会产生红外波长，利用这个原理来实现人体检测。图热释电红外人体检测内部框图微波接近式检测模块接近传感器TRIS-972，基于多普勒技术原理，采用微波专用微处理器、平面型感应天线、进口元器件 ,不但检测灵敏度度高，探测范围宽，而且工作非常可靠，一般没有误报，能在 -15+60 度的温度范围内稳定工作，是以往红外线

14、、超声波、热释电元件组成的报警电路以及常规微波电路所无法比拟的，穿透性强，能够自主调节接近检测距离，当有物体或人接近时会产生一个开关量供给单片机。电机驱动控制模块用单片机控制电机驱动往往会涉及弱电控制强电问题，这里我们用光电耦来实现光电隔离同时利用继电器来实现隔离系统，同时用一个三极管来实现开关作用，利用二极管来保护电路。从而实现了对电机的控制。这样的板子我们需要用两个一起用于控制电机的正转与反转另一块用于电机的电源开关控制。图电机驱动内部框图第三章硬件设计3.1 主控板部分主控制板主要是用来采集开门、关门的按键信号以及电动移门的当前状态信号和传感器模块的开关信号， 同时拥有控制与驱动电机正反

15、转与开关的功能和显示电动移门当前状态的功能。可以这么打个比方主控板相当于电动移门防夹系统的大脑。因此至关重要。图 3.1控制器模块实物图器件选型与简介微控制器：该电动门控制器选用的微控制器是STC89C52RC，指令上完全兼容8051 系列，具备 512B的 RAM，8KB FLASH程序存储器，具备看门狗、 P4 口、第三个定时器、 ISP 等扩展功能，在 5V电压下其最高频率可达 80MHz，这里选用其的主要考量在于两点： 1 是它具备比AT89S52系列更好的抗干扰能力；2 是它的加密功能较为完善，有利于开发者保护其知识产权。图引脚图单片机上电后的P1P2P3P4为准双向口弱上拉（传统的

16、8051 的 IO 口）而 P0 口上电复位后是开漏输出，在做IO 口时需要上拉电阻，而做总线扩展时不需要上拉电阻，由于本设计方案在设计中只需要IO 口，而 P0 口需要上拉电阻，为了节约材料只采用P1P2P3P4口。如下图所示准双向口：图准双向口STC89C52RC复位模式有四种模式， 分别为外部 RST引脚复位， 软件复位，上电复位掉电复位，看门狗复位。这里我们采用外部 RST引脚复位，简单实用。整个模块设计与分析控制板部分原理图：图单片机控制板部分设计比较简单，主要就是利用单片机的IO 口做一些简单的连线，原理图中晶振上下方的为起振电容，起振电容的容值大小取决于晶振的频率。电容的选择如下

17、表：图晶振与匹配电容电阻列表因为单片机的管脚初始状态时为高电平，所以按键接口接地。同时也引出了一排插针用来处理单片机接受的开关信号而这些信号主要来自于三个传感器模块以及电动移门的开启与关闭状态的反馈开关量，以及电机控制端口。这些端口设计与连接共同组成了防夹门系统。其上有三个按钮分别为开门状态按钮关门状态按钮以及停止按钮。分别控制移门的开，关，停。3.2 对射红外检测部分红外对射检测模块的功能主要是采集防夹门中的开关信号，比如当有人和物体在门中停留或行走时会挡住红外对射的路线从而检测到开关信号，总而言之其主要是起到一个检测防夹门内是否有人和物的一个功能，有人或物的话会输出一个开关量给单片机。图

18、3.2对射红外识别模块实物图对射红外检测模块采用的标准简介首先选择了一对红外对射传感器，选择了一片LM393做电压比较器，和一个电位器做分压作用。而 LM393是一个双电压比较器。LM393优势：1. 度比较器 ;2. 由于温漂引起的失调电压 ;3. 单电源供电 ;4. 共模电压范围接近地电平 ;5. 逻辑电路。LM393特点：. 电源电压范围宽 :. 差模输入电压范围等于电源电压 ;单电源 :2.0V to 36V.饱和电压低 50mv at 4mA双电源 : 士 1.0V to士18V.输出电平兼容性强. 电源电流消耗很低 (0.4mA);. 输入偏置电流低 :25nA. 输入失调电流低

19、: 士 5 nA. 最大输入失调电压 : 士 3mV. 输入共模电压范围接近地电平;图内部结构及管脚图对射红外检测模块的组成图红外对射管原理图当对射管中间无任何物体时红外接收管接收到光信号产生反向的漏电流则经过电压比较器则正向电压端的电压大于反向端的电压则输出经过稳压管产生正3.3v 的高电平输入单片机，当中间有人或物挡住接收管得光照时则电压比较器的反向端的电压大于正向端的电压则稳压管反向导通则输出约为0v的低电平到单片机中。而我采用的LM393驱动方式是驱动TTL的方式这里还有多种驱动方式可以一起总结为以下几种关于LM393外部驱动电路的组成方式。图各种 LM393外围驱动电路而我采用的是基

20、本比较式的电路。 以此来调节红外对射检测模块的检测距离同时信号的放大。与控制器接线设计通过 2 脚插针用杜邦线与单片机的IO 口相连，从而使端口输出高低电平，来实现数据的传输。3.3 热释电红外人体检测模块热释电红外检测模块检测的主要功能是用来检测一段范围内是否有人体活动，若是有人体活动会产生一个开关量信号，并送给单片机，与对射红外、微波接近相辅相成，提高防夹功能的安全性。图 3.3 热释电红外人体识别模块实物图器件选型与简介主要器件为传感器PIR D203S与菲涅尔透镜及bis0001 芯片。由这几个元器件而组织搭起来的电路。PIR D203S 简介与主要特性图介绍特点： 1. 具有高灵敏度

21、和极高的信噪比2. 温度变化时高稳定性3. 可探测轻微运动4. 对外部噪声的高抗扰度5. 更高的成本效益灵敏度（ 500K,1HZ,1HZ）4.3mVp-p( 标准值 )视域45 度光学滤波器5 微米的波通电极（ 2.0*1.0mm）*2电源电压2到15V工作温度-40到 70 摄氏度储存温度-40到 85 摄氏度菲涅尔透镜的简介与主要特征：视野广阔可靠性能强的特点。图透镜范围介绍BIS0001 选型与简介：特点： CMOS数模混合专用电路， 具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配进行信号预处理，双向鉴幅器可以有效的抑制干扰，内设延时时间计时器和封锁时间计时器，结构新颖稳定可靠调节

22、范围宽，内置参考电源，工作范围宽+3v+5v。采用 DIP 16 脚封装。封装图如下所示：图原理图其内部原理框图如下图所示：图内部原理图上图 bis0001 红外信号处理的原理框图，外接元件可自由选择。由上图可看出BISS0001 是由运算放大器，电压比较器和状态控制器，延迟时间计时器，封锁时间计时器及参考电压源等构成的数模混合专用机体电路， 可广泛应用于多种感测器和延时控制器。其引脚功能如下所示：VDD工作电源正端范围35v。VSS工作电源负端，一般接0v。I B 运算放大器偏置电流设置端。经RB接 VSS端， RB取 1M左右。1in-第一级运算放大器反向输入端。1in+ 第一级运算放大器

23、的同向输入端。1out 第一级运算放大器的输出端。2in-第二级运算放大器的反向输入端。2out 第二级运算放大器的输出端。Vc 触发禁止端。当 Vc小于 Vr 时禁止触发：当 vc 大于 vr 时允许触发。Vr 大概约等于 0.2VDD。Vrf 参考电压及重定输入端。一般接vdd，接“ 0”时可以使计时器复位。A 可重复触发和不可重复触发端。当A=“ 1”时允许重复触发，当A=“0”时不允许重复触发。V0 控制信号输出端， 由 V5 的上跳变沿触发使V0 从低电平跳到高电平时为有效触发，在输出延时 TX之处和 V5 无上跳变时 V0 为低电平状态。RR1RC1输出延时时间 TX调节端。 TX

24、约等于 19152R1C1。RR2RC2触发封锁时间 TI 的调节端。 TI 约等于 24R2C2。我们来用下图来简单明了的说明在不可触发方式下的BISS 0001 的工作过程及各点波形。图不可触发方式下的各点工作波形图首先我们根据需要，利用OP1 组成传感信号的预处理电路，将信号放大。然后综合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（VM约等于0.5VDD）后，送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器后，检出有效触发信号VS。由于VH约等于 0.7VDD,VL约等于 0.3VDD，所以当 VDD=5v时可以有效的解决正负1v 的外部信号干扰，提高系统的可靠性。 C

25、OP1是一个条件比较器，当输入电压VC小于 VR时 COP1输出为低电平封住了 U2，此时若要有触发信号的上跳变沿的到来，可启动延时时间计时器，同时VS端输出为高电平进入延时周期。当” A”接 0 电平时，在 TX 时间内任何 V2 的变化都可被忽略，直至 TX时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当TX时间结束时， V2 下跳回低电平，从而启动封锁时间计时器而进入封锁周期 TI 。在 TI周期范围内任何 V2 变化都不能使 V0为有效状态。这一功能设置可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。如下图所示为可触发方式下各点的变化波形。来形象的体现了BISS 0001 在可触发工作方式下的工作过程

26、。图可触发方式下各点变化波形图在 VC=0或 A=0 期间， V5 不能触发 V0 为有效状态。在 VC=1、A=1时， V5 可重复触发 V0 为有效状态，并在 TX 周期范围内一直保持有效状态。在 TX 时间内，只要有 V5 的上跳变，则 V0将从 V5 上跳变时刻算起继续延长一个 TX周期 1，若 VS保持“ 1”的状态，则 V0 一直保持“ 0”的状态，则在 TX周期结束后 V0 恢复为无效状态，并且在封锁周期 TI 时间内任何 VS 变化都不能触发V0 为有效状态。这是关于biss0001 的工作方式与内部工作状态的介绍。下面是 BISS0001的极限参数（ VSS=0v）电源电压

27、-0.5v到+6v；输入电压范围 -0.5v到+6v（VDD=6V）；各引出端最大电流正负10mA（ VDD=5V）；工作温度范围 -10 度到正 70 度；存放温度负 65 度到正 150 度；以下图来表示其电气参数：图电气常数综上所述为红外 ic 处理芯片的具体介绍。电路的组成与简介热释电红外人体检测模块主要是由红外处理IC 芯片及热释电 PIR 及菲涅尔透镜组成。三个部件在电路组成中起到极高的作用下面如图所示是其原理图模块。图热释电红外人体识别模块原理图PIR 的检测红外波长约为0.5 到 20 微米，而人体红外波长约为7 到 10 微米，所以我们还需要在 PIR 前加一菲涅尔透镜来解决

28、这一问题，而原理图采用可触发方式实现，运用第一级运算放大器采取传感器带来的模拟量进行前置放大然后经过OP2的第二级放大经过送到由比较器 COP1和 COP2组成的双向鉴幅器后， 检出有效触发信号 VS。同时通过延时器组成了热电释人体识别的的电路。3.4微波接近式检测部分微波接近式检测主要是用来实现检测移动的人体物体的功能，我们将其放置门内与红外对射功能相辅相成应，由于其抗干扰能力强从而保障了电动移门防夹的安全性。由于金属对其有屏蔽作用这一弱点，为解除这种隐患与另外两种检测模块相结合从而保障提高了电动移门的安全性。器件选型与简介产品简介：接近传感器 TRIS-972，基于多普勒技术原理，采用微波

29、专用微处理器、平面型感应天线、进口元器件, 不但检测灵敏度度高，探测范围宽，而且工作非常可靠，一般没有误报，能在 -15 +60 度的温度范围内稳定工作，是以往红外线、超声波、热释电元件组成的报警电路以及常规微波电路所无法比拟的，是目前用于安全防范和自动监控的最佳产品。非常适合在仓库、商场、博物馆或者金融部门等场合作为人体或者物体移动检测传感头使用，具有安装隐蔽、监控范围大、系统成本低的优点。其工作原理主要由以下几点组成(1) 接近传感器 TRIS-972 的平面微型感应天线， 产生一个椭圆形半径 10cm-10m( 距离可调 ) 空间微波戒备区，对于较弱的干扰信号，如小体积的动物，远距离的树

30、木晃动、高频通讯信号、远处的闪电和家用电器开关时产生的干扰予以虑除。在微波感应区域内，当传感器检测出有人体或者较大体积的物体以一定速率移动时，触发控制电路工作，继电器输出端动作，延时输出 1 秒到 3 分钟。(2) 传感器初次上电， 绿灯亮预示着进入自检启动进程， 大约 17 秒后灯熄灭预示着正式进入工作状态。而后，在感应范围内，检测到有物体移动，继电器有1秒至 3分钟(时间可调 ) 的信号输出。如果人体或者物体一直在监测范围内活动，将持续输出信号。(3) 接近传感器 TRIS-972 共有 4 根接线， PCB板上设置有灵敏度调节电位器，可以使感应器距离从 10cm-10m 之间可调节，顺时

31、针方向旋转电位器按钮( 绿灯旁 ) ，灵敏度增加，感应距离增大。逆时针方向旋转，灵敏度减小，感应距离减小。接线端子说明如下：1.蓝色线 -继电器输出端1 2.白色线 -继电器输出2 3.红色线 -电源正极 ( 12V） 4. 黑色线 -电源负极 (GND)使用注意事项：(1) 微波传感器产生的微波信号在传输、反射接收以及放大处理过程中可能引起微量噪波，过分提高灵敏度将引起噪波误触发， TRIS-972 可以探测 12 米远处的人体或者物体移动，只是太灵敏，容易引起误报，一般建议用户在 7 米以内使用，正常调节灵敏度电位器在 5 米处移动 34 步被触发为佳。(2) 微波传感器可穿透塑料壳、 玻璃和混泥土墙