摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)就是其中之一。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類(lèi)懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟?lèi)的生活，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 通過(guò)對(duì)“微機(jī)控制自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)”的研究和設(shè)計(jì)，精心撰寫(xiě)了微機(jī)控制自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)論文。本論文著重闡述了以單片機(jī)為主體，傳感器及步進(jìn)電機(jī)為核心的系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用AT89C51作為控制核心，步進(jìn)電機(jī)、熱釋電型紅外傳感器、電位器相結(jié)合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性?xún)r(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 傳感器 熱釋電型紅外傳感器 第1章 緒論 1.1 課題研究的可行性 現(xiàn)如今自動(dòng)化、信息化程度越來(lái)越高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也就越來(lái)越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)就是其中之一。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類(lèi)懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟?lèi)的生活，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 通過(guò)對(duì)“自動(dòng)門(mén)單片機(jī)控制系統(tǒng)”的研究和設(shè)計(jì)，我精心撰寫(xiě)了微機(jī)控制自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)論文。本論文著重闡述了以單片機(jī)為主體，步進(jìn)電機(jī)、傳感器為核心的系統(tǒng)。 1.2 課題研究的意義和目的 經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó)，高樓聳立的大都市，自動(dòng)門(mén)已經(jīng)是隨處可見(jiàn)，在各大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)、醫(yī)院、寫(xiě)字樓等場(chǎng)所，自動(dòng)門(mén)更是得到大范圍的普及使用。自動(dòng)門(mén)不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的建筑增添了不少高貴典雅的氣息。 自動(dòng)門(mén)根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門(mén)、自動(dòng)平開(kāi)門(mén)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)、自動(dòng)圓弧門(mén)、自動(dòng)折疊門(mén)等，其中自動(dòng)平移門(mén)使用得最廣泛，我們通常所說(shuō)的自動(dòng)門(mén)、感應(yīng)門(mén)就是指自動(dòng)平移門(mén)。 自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是自動(dòng)門(mén)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置和門(mén)內(nèi)外兩側(cè)紅外線(xiàn)，當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，紅外線(xiàn)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。 1.3 課題的功能概述 在自動(dòng)門(mén)使用上要根據(jù)安裝的環(huán)境及要求，考慮選擇自動(dòng)門(mén)的配置。由于公共場(chǎng)所（像醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等）的自動(dòng)平移門(mén)使用頻率非常高，而自動(dòng)門(mén)的使用頻率和壽命是有限的。在這種情況下，要使用自動(dòng)門(mén)必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門(mén)的數(shù)量，加大門(mén)扇寬度，增加關(guān)門(mén)延遲時(shí)間等。 以上介紹的是自動(dòng)門(mén)的安裝使用要點(diǎn)。而一個(gè)自動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)還要包括下面三個(gè)方面： 一、智能化設(shè)計(jì) 自動(dòng)門(mén)選擇配置智能化控制系統(tǒng)，可隨意設(shè)定門(mén)扇的運(yùn)行速度，并可設(shè)定半開(kāi)狀態(tài)，調(diào)節(jié)方便。使自動(dòng)門(mén)始終保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。并具有自動(dòng)矯正功能，即使遇到大風(fēng)等原因引起的運(yùn)行阻力增大，仍然能夠保持平穩(wěn)的開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。 二、安全性設(shè)計(jì) 具有自動(dòng)反轉(zhuǎn)安全裝置，當(dāng)碰到障礙物或人體等異常狀況時(shí)，門(mén)扇自動(dòng)反轉(zhuǎn)退出，并在下次接近阻力區(qū)域時(shí)以安全速度前進(jìn)，避免夾人事件和機(jī)件損毀的現(xiàn)象發(fā)生，提高自動(dòng)門(mén)運(yùn)行時(shí)的安全性，延長(zhǎng)自動(dòng)門(mén)壽命。門(mén)扇開(kāi)啟輕巧方便，當(dāng)停電時(shí)，老人、兒童等均可開(kāi)閉自如，開(kāi)閉力量在3.5公斤以下，方便、安全、可靠。 三、穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 自動(dòng)門(mén)采用步進(jìn)電機(jī)，具有高效、省電、低噪音、高轉(zhuǎn)速、高扭力、連續(xù)使用不過(guò)熱等特性，大大超越傳統(tǒng)交流伺服馬達(dá)。 由于采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配合T型齒條同步帶，使門(mén)體自低速至高速的運(yùn)行中具有卓越的穩(wěn)定性。由于采用高性能的電源輸入，不管電壓波幅多大均可自動(dòng)穩(wěn)壓。此外在負(fù)載瞬間短路時(shí)還有過(guò)壓及過(guò)流保護(hù)措施，有效保障自動(dòng)門(mén)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定耐久和安全。自動(dòng)門(mén)在具體場(chǎng)合的使用設(shè)計(jì)上，還應(yīng)注意做好以下配置的選用： 1、安全輔助裝置 如在高檔酒店等地方可以選擇安裝防夾人紅外感應(yīng)器，防止停留在門(mén)附近的人被門(mén)所夾住。 2、備用電源 為保證停電時(shí)自動(dòng)門(mén)也能工作正常，應(yīng)配置備用電源。 3、輔助光線(xiàn)傳感器 在需要的地方，自動(dòng)門(mén)可以安裝輔助光線(xiàn)傳感器（紅外對(duì)射保護(hù)裝置），當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，人站著不動(dòng)，用手遮擋輔助光線(xiàn)傳感器，門(mén)應(yīng)該保持打開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)手離開(kāi)后幾秒后，門(mén)應(yīng)該重新關(guān)閉。綜上所述，自動(dòng)門(mén)在很多領(lǐng)域具有不可比擬的優(yōu)越性，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)門(mén)在我國(guó)已經(jīng)迎來(lái)了快速發(fā)展的黃金時(shí)期。 自動(dòng)門(mén)構(gòu)造的技術(shù)參數(shù) 一 主要的技術(shù)指標(biāo)： 技術(shù)指標(biāo) 單門(mén) 雙開(kāi)門(mén) 門(mén)重量 130kg×1扇 100kg×2扇 導(dǎo)軌長(zhǎng)度 2000~5000mm 開(kāi)門(mén)速度 200~450mm/秒(可調(diào)) 閉門(mén)速度 200~450mm/秒(可調(diào)) 慢行速度 30~50mm/秒(可調(diào)) 開(kāi)門(mén)時(shí)間 開(kāi)門(mén)靜止后1~10秒的范圍內(nèi)(可調(diào)) 控制器 高速智能電腦處理器控制 馬達(dá) DC24V 40W無(wú)刷步進(jìn)電機(jī) 電源電壓 AC220V 50Hz 消耗功率 100W 手動(dòng)開(kāi)啟力 3.5公斤以下 安全功能 開(kāi)閉時(shí)遇到障礙物能立即開(kāi)啟,晚間轉(zhuǎn)換到報(bào)警功能 使用環(huán)境 -20℃～+50℃ 二、主要構(gòu)造部件 部件 特性 智能控制器 自動(dòng)檢測(cè)門(mén)的重量、寬度，使門(mén)保持在最佳運(yùn)行狀態(tài) 步進(jìn)電機(jī) 高效率、省電、低噪音、高轉(zhuǎn)速、高扭力、連續(xù)使用不發(fā)熱 皮帶 高效同步齒型帶，防止打滑，保證平穩(wěn)運(yùn)行 吊架 用于運(yùn)動(dòng)門(mén)扇的懸掛，安全可靠 鋁槽 高強(qiáng)度設(shè)計(jì)，承重不變型 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計(jì) 感應(yīng)自動(dòng)門(mén)的種類(lèi)很多，在此，僅以平移型感應(yīng)自動(dòng)門(mén)機(jī)作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先，平移式自動(dòng)門(mén)機(jī)組由以下部件組成：　　 （1） 主控制器：它是自動(dòng)門(mén)的指揮中心，通過(guò)內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖類(lèi)系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過(guò)主控器調(diào)節(jié)門(mén)扇開(kāi)啟速度、開(kāi)啟幅度等參數(shù)?！　?（2） 感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)電信號(hào)；　　 （3） 動(dòng)力馬達(dá)：提供開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)的主動(dòng)力，控制門(mén)扇加速與減速運(yùn)行?！　?（4） 門(mén)扇行進(jìn)軌道：就象火車(chē)的鐵軌，約束門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。　　 （5） 門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動(dòng)門(mén)扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門(mén)扇運(yùn)行。　　 （6） 同步皮帶（有的廠(chǎng)家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)?！　?（7） 下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門(mén)扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門(mén)扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門(mén)體擺動(dòng)?！　‘?dāng)門(mén)扇要完成一次開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)，其工作流程如下：　　感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號(hào)傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時(shí)候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步帶，再由同步帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使門(mén)扇開(kāi)啟；門(mén)扇開(kāi)啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)門(mén)，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉門(mén)扇。 2.1.1 8051單片機(jī) 一、AT89C51引腳說(shuō)明 圖2-1 51系列單片機(jī)的引腳圖 圖2-1 是AT89C51的引腳圖，引腳說(shuō)明如下 VCC` AT89C51電源正極輸入，接+5V電壓。 GND 電源接地端。 XTAL1 接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了 片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，些引腳應(yīng)接地。 XTAL2 接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 這里面的設(shè)置晶振頻率是16Hz則一個(gè)機(jī)器周期為2uS。 RST AT89C51 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。 ALE/PROG ALE 是英文“ADDRESS LATCH ENABLE”的縮寫(xiě)，表示允許地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 信號(hào)負(fù)跳變來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器 (如 74LS373)，將端口P0的地址總線(xiàn)(A0-A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。在非訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。當(dāng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，將以1/12振蕩頻率輸出。 EA/VPP 該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼 (存于外部 EPROM 中)來(lái)執(zhí)行程序。PSEN 此為“Program Store Enable”的縮寫(xiě)。訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN 信號(hào)。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN信號(hào)，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生PSEN 信號(hào)。 P0 P0 口(P0.0~P0.7)是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線(xiàn)（低 8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向 I／O 口用。P0 口每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 8個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2 P2 口(P2.0~P2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準(zhǔn)雙向并行 I/O 口)，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它是高8 位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向 I／O 口用。每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4個(gè)LSTL負(fù)載。 P1 P1 口(P1.0~P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準(zhǔn)雙向并行 I/O 口)，其輸出可以推動(dòng)4個(gè)