毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的自动门控制系统设计.doc
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1、本科毕业论文(设计)题 目: 自动门控制系统设计 学 部: 专业班级: 学 号: 学生姓名: 指导教师姓名: 指导教师职称: 二O一 年 月 日摘 要本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。本文是关于自动门控制系统电路设计,使用红外线传感器作为感应器,检测到人体辐射的红外线能量变化,将其转化为电信号,传给单片机。交流电机作为门驱动装置,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。关键词:热释电红外线传感器、AT89C51、BIS0001芯片AbstractThis subject mainly realizes infrared detection
2、 and based on AT89C51 single-chip control system. This paper is about the automatic control system using infrared sensor circuit design, as sensors, detect human radiation infrared energy change, transformed into electrical signals, to microcontroller. Ac motor as a door drive device. Through the si
3、ngle-chip microcomputer control ac motor, making the door automatically open, when people can make the door again after the door shut down automatically. Keywords: heat release infrared sensors, AT89C51, BIS0001 chip 24目 录 摘 要2Abstract21. 绪论11.1 课题研究的可行性11.2 国内自动门发展现状11.3 课题的意义和目的11.4 课题的功能概述21.5 设计
4、的基本设计思路22. 系统硬件设计42.1 设计电路的框图和原理42.2 单片机介绍52.2.1 AT89C51主要特性62.2.2 AT89C51管脚说明62.2.3 芯片擦除72.3 热释电红外传感器介绍72.4 BISS0001芯片介绍和典型电路92.4.1 BISS0001的内部:92.4.2 BISS0001的特点:102.4.3 BISS001管脚图:102.4.4 BISS001管脚说明:102.4.5 BISS0001工作原理112.5 步进电机122.5.1 步进电动机有如下特点:122.5.2 驱动控制系统组成122.5.3 斩波驱动132.6 故障检测及显示142.7 门
5、行程检测142.8设计电路原理图153. 系统软件设计163.1 系统软件结构163.2 各部分程序设计164. 设计总结18参考文献19致 谢 词20附录:程序源代码211. 绪论1.1 课题研究的可行性现如今自动化、信息化程度越来越高,单片机的应用领域也就越来越广,成为人们生活不可或缺的一部分。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活,以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强,功能齐全,技术先进,使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得,数字时代的发展将改变人类的生活
6、,将加快科学技术的发展。 通过对“红外线自动门控制系统”的研究和设计,我精心撰写了红外线控制自动门系统论文。本论文着重阐述了以单片机为主体,步进电机、传感器为核心的系统。1.2 国内自动门发展现状 1) 厂家多,规模小 56 年来几年来, 自动门在国内得到了快速的发展。 据不完全统计,目前国内大大小小生产自动门的厂家已有 50 多家,但普 遍生产规模小,自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面 还不具备和进口产品竞争的实力。 2) 专业化分工趋势显现早期的生产厂家,一般是自主研发和生产,顶多委 托代加工部分零部件。近两年来,出现了专门生产主要部件的厂家,如 电机、主控板、遥控器传动件、
7、塑料件等出现了专业生产厂家,这一趋 势使生产的门槛降低,进入的厂家进一步增多,导致竞争更加激烈。 高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势,占据了高端市场, 目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能,但生产工艺略 嫌粗糙,质量水平参差不齐,整体档次较低,主要集中在低端市场。 4)产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重,加之自动门产品 往往是开发商而非最终用户在选择产品,所以价格因素占的比重较大, 加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格,导致利润微薄。 同时,由于价格过低,也使产品的持续改进和发展受到限制。1.3 课题的意义和目的经济飞速发展的中国,高楼耸立的大都市
8、,自动门已经是随处可见,在各大厦、宾馆、酒店、银行、商场、医院、写字楼等场所,自动门更是得到大范围的普及使用。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处,更令我们的建筑增添了不少高贵典雅的气息。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。由于自动门在通电后
9、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。1.4 课题的功能概述在自动门使用上要根据安装的环境及要求,考虑选择自动门的配置。由于公共场所(像医院、机场等)的自动平移门使用频率非常高,而自动门的使用频率和寿命是有限的。在这种情况下,要使用自动门必须进行综合考虑。例如增加门的数量,加大门扇宽度,增加关门延迟时间等。以上介绍的是自动门的安装使用要点。而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
10、行阻力增大,仍然能够保持平稳的开关门动作。2、 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。3、 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
11、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
12、时期。1.5 设计的基本设计思路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、无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门1N的范围内,将延迟1秒启动电动机带动传动链关门。人体信号光学系统(菲涅尔透镜)热释电红外线传感器信号处理自动门控制电路图1 设计总结构图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。总体结构图如下图1:2. 系统硬件设计2.1 设计电路的框图和原理红外自动门控制系统的
13、硬件组成如图2-1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。系统硬件框图如图2所示: AT89C51单片机SRAM红外线检测门行程检测故障检测EPROM电机电路控制故障显示报警控制方式切换 图2 红外线自动门控制系统硬件框图感应自动门的种
14、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)门扇行进轨道:就象火车的铁轨,约束门扇的吊具走轮系统,使其按特定方向行进。(5)门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇,同时在动力牵引下带动门扇运行。同步皮带(有的
15、厂家使用三角皮带):用于传输马达所产动力,牵引门扇吊具走轮系统。(6)下部导向系统:是门扇下部的导向与定位装置,防止门扇在运行时出现前后门体摆动。(7)当门扇要完成一次开门与关门,其工作流程如下: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,同时监控马达转数,以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行,将动力传给同步带,再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启;门扇开启后由控制器作出判断,如需关门,通知马达作反向运动,关闭门扇。 2.2 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算机,即将运算器,控制器,输
16、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(FPEROMFals
17、h 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,外形及引脚排列如图3所示。图3 AT
18、89C51外形及引脚图2.2.1 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2.2.2 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
19、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
20、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
21、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
22、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FL
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