红外线自动门控制系统.doc

1、基于单片机控制的自动门系统设计1目 录目 录.1摘 要（英文摘要）.2第一章 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 该设计的基本设计思路4第二章 方案论证.42. 1 调速控制方法及选择.42.2 单片机的选择.52.3 门控传感器的选择.5第三章 主要器件的介绍.63.1 热释红外传感器的原理和使用63.2 BISS0001 芯片介绍和典型电路 .83.3 AT89C51 单片机简介.153.4 菲涅尔透镜原理193.5 步进电机20第四章 系统硬件设计.274.1 设计电路的电框图和原理274.2 设计电路原

2、理图28第五章 系统软件设计.305.1 系统软件结构.305.2 各部分程序设计30第六章 调试.37基于单片机控制的自动门系统设计2第七章 设计总结.39参考文献.40致 谢.41基于单片机控制的自动门系统设计1摘 要随 着 科 技 的 不 断 发 展 ， 自 动 门 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 。 自 动 门 的 控 制 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 高 科 技 产 品 。 由

3、 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 。本 次 设 计 是 红 外 线 自 动 门 控 制 系 统 ， 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 。 本 课 题 主 要 实

4、 现 红外 线 检 测 和 基 于 AT89C51 的 单 片 机 控 制 系 统 。关 键 词 ： 单 片 机 热 释 红 外 线 传 感 器 AT89C51 BIS0001 芯 片基于单片机控制的自动门系统设计1AbstractWith the continuous development of science and technology, automatic door in Peoples Daily life interrupts a wide range of applications, and to its security and the properties of the d

5、emand is higher and higher. The automatic control system is as people living conditions for the pursuit of science and technology, the development of high-tech products. Arises Because of the strong ability to SCM system, high stability, so this design USES AT89C51 single-chip microcomputer as the m

6、ain controller. This design is infrared automatic control system, the use of infrared sensors as sensors, detection to human radiation of the infrared ray energy change, turn it into electrical signals, to microcontroller. Ac motor as a door drive device. Through the single-chip microcomputer contro

7、l ac motor, making the door automatically open, when people can make the door again after the door shut automatically. This subject mainly realizes infrared detection and control system based on AT89C51 single chip. Key words: thermal infrared sensors AT89C51 single chip interpretation BIS0001 chip

8、基于单片机控制的自动门系统设计1第一章 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

9、 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 ， 将 加 快 科 学 技 术 的 发 展 。通 过 对 “自 动 门 控 制 系 统 ”的 研 究 和 设 计 ， 我 精 心 撰 写 了 单 片 机 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

10、 多 ， 规 模 小 5 6 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

11、 ， 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 、 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

12、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 。基于单片机控制的自动门系统设计21.3 课题的

13、意义和目的经 济 飞 速 发 展 的 中 国 ， 高 楼 耸 立 的 大 都 市 ， 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

14、 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

15、， 再 将 门 关 闭 。 由 于 自 动 门 在 通 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 。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

16、 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

17、 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

18、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 。基于单片机控制的自动门系统设计3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 。

19、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

20、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 。自 动 门 构 造 的 技 术 参 数一 、 主

21、 要 的 技 术 指 标 ：技 术 指 标 单 门 双 开 门门 重 量 130kg1 扇 100kg2 扇导 轨 长 度 20005000mm开 门 速 度 200450mm/秒 (可 调 )闭 门 速 度 200450mm/秒 (可 调 )慢 行 速 度 3050mm/秒 (可 调 )开 门 时 间 开 门 静 止 后 110 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

22、 遇 到 障 碍 物 能 立 即 开 启 ,晚 间 转 换 到 报 警 功 能使 用 环 境 -20 +50二 、 主 要 构 造 部 件基于单片机控制的自动门系统设计4部 件 特 性智 能 控 制 器 ： 自 动 检 测 门 的 重 量 、 宽 度 ， 使 门 保 持 在 最 佳 运 行 状 态 。步 进 电 机 ： 高 效 率 、 省 电 、 低 噪 音 、 高 转 速 、 高 扭 力 、 连 续 使 用 不 发 热 。皮 带 ： 高 效 同 步 齿 型 带 ， 防 止 打 滑 ， 保 证 平 稳 运 行 。吊 架 ： 用 于 运 动 门 扇 的 悬 挂 ， 安 全 可 靠 。1.5 该设

23、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 。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

24、 ， 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 一 ：图 11 设计总结构图基于单片机控制的自动门系统设计1第二章 方案论证2.1 调速控制方法及选择伺 服 电 机 也 称 执 行 电 机 ， 它 具 有 一 种 服 从 控 制 信 号 的 要 求 而 动 作 的 ， 在 信 号 来 到 之 前 ，转 子 静 止 不 动 ； 信 号 来 到 之 后 ， 转 子 立 即 转 动 ； 当 信 号 小 时 ， 转 子 能 即 使 自 行

25、停 转 ， 由 于这 种 “伺 服 ”性 能 ， 因 此 而 得 名 。按 照 在 自 动 控 制 系 统 中 的 功 用 所 要 求 ， 伺 服 电 机 具 备 可 控 性 好 、 稳 定 性 高 和 速 应 性 强等 基 本 性 能 。 可 控 制 性 好 是 指 寻 好 消 失 以 后 ， 能 立 即 自 行 停 转 ； 稳 定 性 高 是 指 转 速 随 转 矩的 增 加 而 均 匀 下 家 ， 速 应 性 强 是 指 反 应 快 ， 灵 敏 。2.1.1直 流 伺 服 电 机 与 普 通 直 流 电 机 以 及 交 流 伺 服 电 机 的 比 较直流 伺 服 电 机 的 工 作 原

26、理 和 普 通 直 流 电 机 相 同 。 只 要 在 其 励 磁 绕 组 中 有 电 流 通 过 且 产生 了 磁 通 ， 当 电 枢 绕 组 中 通 过 电 流 时 ， 这 个 电 枢 电 流 与 磁 通 互 相 作 用 而 产 生 转 矩 使 伺 服 电机 投 入 工 作 。 这 两 个 绕 组 其 中 的 一 个 断 电 时 ， 电 动 机 立 即 停 转 ， 它 不 象 交 流 伺 服 电 动 机 那样 有 “自 转 ”现 象 。 所 以 我 们 选 择 直 流 伺 服 电 动 机 来 进 行 自 动 门 的 拖 动 。2.1.2 选 用 PWM调 速 系 统 控 制 直 流 伺 服

27、 电 机与 V-M 系 统 相 比 ， PWM 调 速 系 统 有 下 列 优 点 ：由 于 PWM 调 速 系 统 的 开 关 频 率 较 高 ， 仅 靠 电 枢 电 感 的 滤 波 作 用 可 能 就 足 以 获 得 脉 冲动 很 小 的 直 流 电 流 ， 电 枢 容 易 连 续 ， 系 统 的 低 速 运 行 平 稳 ， 调 速 范 围 较 宽 ， 可 达1： 10000 左 右 。 又 由 于 电 流 波 形 比 V-M 系 统 好 ， 在 相 同 的 平 均 电 流 即 相 同 的 输 出 转 矩 下 ，电 动 机 的 损 耗 和 发 热 都 较 小 。同 样 由 于 开 关 频

28、率 高 ， 若 与 快 速 响 应 的 电 机 配 合 ， 系 统 可 以 获 得 很 宽 的 频 带 ， 因 此 快速 响 应 性 能 好 ， 动 态 抗 干 扰 能 力 强 。由 于 电 力 电 子 器 件 只 工 作 在 开 关 状 态 ， 主 电 路 损 耗 较 小 ， 装 置 效 率 比 较 高 。22 单片机的选择20 世 纪 80 年 代 以 来 ， 单 片 机 的 发 展 非 常 迅 速 ， 就 通 用 单 片 机 而 言 ， 世 界 上 一 些 著 名的 计 算 机 厂 家 已 投 入 市 场 的 产 品 就 有 50 多 个 系 列 ， 数 百 个 品 种 。 尽 管 单

29、片 机 的 品 种 很 多 ，基于单片机控制的自动门系统设计2但 是 在 我 国 使 用 的 最 多 的 是 INTER 公 司 的 MCS-51 系 列 单 片 机 ， 直 到 现 在 MCS-51 系 列单 片 机 仍 不 失 为 主 流 系 列 。 在 最 近 的 若 干 年 仍 是 工 业 检 测 控 制 的 主 角 。MCS-51 系 列 单 片 机 有 3 个 基 本 类 型 ： 8031、 8051、 8751。 这 里 选 用 的 是 8751 单 片机 。 8031 内 部 包 括 一 个 8 位 CPU， 128 个 字 节 RAM， 21 个 特 殊 功 能 寄 存 器

30、， 4 个 8 位并 行 I/O 口 ， 1 个 全 双 功 串 行 口 ， 2 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 ， 但 片 内 无 程 序 存 储 器 ， 需 要外 扩 EPROM 芯 片 。8051 在 8031 基 础 上 ， 片 内 又 集 成 有 4K ROM， 作 为 程 序 存 储 器 ， 是 一 个 程 序 不 超 过 4K字 节 的 小 系 统 。 ROM 内 的 程 序 是 公 司 制 作 芯 片 时 ， 代 为 用 户 烧 制 的 ， 出 厂 的 8051 都 是含 有 特 殊 用 途 的 单 片 机 。 所 以 8051 适 合 用 于 应 用 在 程 序 已

31、定 的 产 品 中 。8751 是 在 8031 的 基 础 上 ， 增 加 了 4K 字 节 的 EPROM， 它 构 成 了 一 个 程 序 小 于 4KB的 小 系 统 。 用 户 可 以 将 程 序 固 化 在 EPROM 中 ， 可 以 反 复 修 改 程 序 。 本 系 统 需 要 通 过 对 程序 的 修 改 ， 来 达 到 电 机 转 速 可 调 ， 可 能 需 要 反 复 的 写 入 程 序 ， 所 以 选 用 8751 单 片 机 的 定时 器 配 合 P0 口 输 出 来 产 生 PWM 调 制 波 ， 来 控 制 直 流 伺 服 电 动 机 。23 门控传感器的选择微

32、波 感 应 器 ：又 称 微 波 雷 达 ， 对 物 体 的 移 动 进 行 反 应 ， 因 而 反 应 速 度 快 ， 适 用 于 行 走 速 度 正 常 的 人员 通 过 的 场 所 ， 它 的 特 点 是 一 旦 在 门 附 近 的 人 员 不 想 出 门 而 静 止 不 动 ， 雷 达 便 不 再 反 应 ，自 动 门 就 会 关 闭 ， 有 可 能 出 现 夹 人 现 象 。热 释 红 外 感 应 器 ：对 物 体 的 存 在 进 行 反 应 ， 不 管 人 员 是 否 移 动 ， 只 要 处 于 感 应 器 的 扫 描 范 围 内 ， 它 都 会反 应 。 红 外 感 应 器 的 反 应 速 度 比 微 波 感 应 器 慢 。 本 系 统 首 先 要 求 的 是 安 全 ， 所 以 选 用 热 释红 外 线 传 感 器 。