1、 本科毕业设计 （ 20 届） 感应自动门测控电路设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 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 1。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，将加快科学技术的发展。通过对 “ 控制自动门系统 ” 的研究和设计，精心撰写了控制自动门系统论文。本论文着重阐述了以单片机为主体，传感器及 直流
2、电机为核心的系统。 本设计以人体检测和单片机控制为核心，基于人体向外发射红外线等特点，通过传感器的检测和单片机自动控制技术，实现了门的自动开合和防夹人等功能 2。整个系统主要由人体检测模块、声光报 警模块、电机驱动模块、电源模块和门行程模块组成。完成了自动门控制系统的基本要求部分和发挥部分的全部功能指标 3。 关键词： 单片机；直流电机；热释电红外传感器 - 2 - Abstract With the social development, technological advances, and gradually raise the living standards of people, a
3、ll kinds of convenient automatic control system in the beginning of life into the peoples lives, a microcontroller as the core of the automatic door system is one of them. Also marked the field of automatic control has become a member of the digital age. It is practical, functional and advanced tech
4、nology to make people believe that it is technological progress. It Gengrang human understand the development of the digital age will change human life, will accelerate the development of science and technology. By “control, automatic door systems“ research and design, well-written papers to control
5、 automatic door systems. This paper focuses on the single chip microcomputer as the main body, the sensor and DC motor as the core of the system. The single chip design to detect and control the human body as the core, based o n infrared emission characteristics outside the human body, through the a
6、utomatic sensor detection and SCM control technology, automatic door opening and closing and the anti-trap one and so on. The whole system mainly consists of human detection module, sound and light alarm module, motor and drive module of three parts. Automatic door control system completed the basic
7、 requirements to play some part and all the function parameters. Key Words: microcontroller; DC motor; pyroelectric infrared sensor - 3 - 目 录 1 绪论 . 1 1.1 课题研究的 背景 . 1 1.2 课题研究的意义及现状 . 1 1.3 设计思想及内容 . 2 2 系统总体设计方案 . 3 2.1 系统总体设计 . 3 2.2 系 统设计的主要目的 . 3 2.3 系统设计方案 . 4 2.3.1 人体检测模块 . 4 2.3.2 主控制器模块 . 4
8、 2.3.3 电机模块 . 5 3 硬件设计 . 6 3.1 设计应用的基本知识 . 6 3.1.1 热释电红外传感器的原理和使用 . 6 3.1.2 BISS0001 芯片介绍及工作原理 . 7 3.1.3 AT89S52 芯片介绍 . 9 3.2 各功能模块设计 . 10 3.2.1 最小系统的实现 . 10 3.2.2 热释电红外传感器及信号调理模块 . 11 3.2.3 电机驱动模块 . 12 3.2.4 电源模块 . 13 3.2.5 声光报警模块 . 13 3.2.6 门行程检测模块 . 14 3.2.7 串口通讯模块 . 14 4 软件设计 . 16 4.1 编译语言的选择 .
9、16 4.2 系统主程序设计 . 16 4.3 开门操作设计 . 17 4.4 关门操作设计 . 17 4.5 声光报警设计 . 18 4.6 门行程检测设计 . 19 5 系统调试 . 20 6 结论 . 21 致谢 . 22 参考文献 . 23 附录 1 实验原理图 . 23 - 4 - 附录 2 各模块相关代码程序 . 24 附录 3 毕业设计作品说明书 . 26 1 绪论 1.1 课题 研究的 背景 社会在不断的进步， 人们 也 去追求 更 舒适，方便的生活环境。于是相应的电子产品产生，自动门同样出现 在人们的生活中。随着门的技术、性能日趋成熟、完善，它被广泛应用在政府机关、银行、医院
10、、商业、工业等不同行业，改善了人们的生产生活条件。自动门的控制方式日趋多样化，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。 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，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置 4。自动平移门最常见的形式是自动门 及其 门内外两侧加 感应器 ，当人走近自动门时， 感应器 接收 到人的存在，给控制器一个开门信号，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 4。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档
11、次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。 1.2 课题研究的意义及现状 随着社会的发展，科技的进步和人们生活水平的提高，各种方便于生活生产的自动控制系统开始进入人们的视线，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。 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。 它实用性强，功能齐全，操作方便，技术领先 5， 让人们体会到数字时代的发展将改变人类的生活，加快科技的进步。目前国内的研究现状有以下几点： 1) 厂家多，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
12、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、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- 2 - 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。 3）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化
13、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 6。 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 设计思想 及内容 本次我设计的系统是基于现在普遍运用在单位机关部门和小区住宅的具有红外测控的门禁系统。它主要是针对过往人员的管理系统，系统通过红外线检测装置对来人的识别来自动控制门的开启和关闭。这样就实现了自动化管理，从而代替了传统的管理方式，实现了人员管理模式的升级改善。 全文共分 5 章，各章的主要内容如下： 第一章 绪论 。介绍课题来源，研究 主要内容 及意义。 第 二
14、章 简单介绍了本设计 总体的框架 ， 涉及的相关芯片、控制器等 的运用领域和相关知识 。 第 三 章 主要是硬件设计的实现， 以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程。 第 四 章 软件实际的流程和设计的实现，以模块为单位分别介绍各个模块实现其功能的原理及过程。 第 五 章 系统调试 的流程和结果。 - 3 - 2 系统总体设计方案 2.1 系统总体设计 根据设计要求，本文提出了由 热释电红外 传感器、 51 单片机 、和声光报警 构成的设计方案 ，图 2-1 就是本设计的总体框图。 图 2-1 系统总体框图 2.2 系统设计的主要目的 本设计以 51 单片机为控制核心，设计了一个自
15、动门测控系统。当热释电红外传感器装置感知到有来人，则控制电机转动，门 自动打开；当传感器感应到人离开后，则控制电机，门自动关闭。若自动门开启后，若人员长时间不进入或者有障碍物遮挡导致门无法关闭时，系统会发出声光报警信号，提醒来人注意时间，请快速通过或将障碍物清除，直到自动门安全关闭之后，声光报警停止。这一过程通过串行信号与总台连接，是管理人员能实时对其监控，以便采取有效的防范措施 7。系统 采用 C 语言来实现其软件功能。该仪器硬件电路设计简单、软件功能完善、灵敏度高、工作性能好 。 - 4 - 2.3 系统设计方案 2.3.1 人体检测模块 方案一： 热释电红外传感器 。 热释电红外传感器主
16、要用来 检测红外线的增量 ,对于与背景温度高出几度的温差 ,将会作出迅速的响应 。 因此 ， 可以用来 开门人体的检测，当门前有人体移动时， 传感器的输出端就会立即输出一个高电平 ,让执行器件作出 开门 反应。若有人常时间站在门口不动则不与开门。若采用被动式二元或四元感应探头加配圆形菲涅尔镜片 8，不仅增加了感应的灵敏度把感应距离从 2M 到 10M，还加大了感应的视角，近似一个圆锥体。在自动门上方倾斜放置即可形成近似半径一米的半圆柱感应区域，通过这种传感器不仅实现当有人在 1M 内移动时开门， 1M 外关门，而且达到感应基本无盲区、系统功耗低等要 求。 方案二：超声波距离传感器。超声波测距传
17、感器利用声音在空气中的传输距离和传输时间成正比的原理制成。在传播过程中，测出超声脉冲从发射到接收经历的时间或称声时，如果确定传播介质的声速，就能计算出从探头到目标之间的距离。它的精确度很高能精确到 1mm，能精确控制 1M 范围的要求。但其检测角度却很小只能达到 11左右，要实现 180大范围检测难度比较大，而且安装控制等都比较复杂资金投入也比较大。 综合低功耗，控制简单，测量精度等条件选择方案一较为合适。 2.3.2 主控制器模块 方案一：采用 AT89S52 作为中央处 理器，该 MCU 最大的特点就是性价比非常高，而且很适合做控制。内部具有 2 个外部中断、 3 个定时 /计数中断和 1
18、 个串口中断。而且I/O 口多，能很好的满足该系统的要求。 AT89S52 还有 8K 的 ROM， 256 个字节的 RAM，而且具有很高的可扩展性。 方案二：采用 C8051F005 作为中央处理器 ,C8051F005 单片机是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，有一个真正的 12 位多通道 ADC,具有 32K 的 ROM， 256 个字节的数据 RAM。 对于该系统，主要是用于控制，内部不需要数模转换，而且两款单片机的许多功能类似， AT89S52 即可满足设计要求，所以我们采用方案一。 - 5 - 2.3.3 电机模块 电机在自动门控制系统中占有非常重要的地位。由于自动门广泛应
19、用于各种公共场合，需要对其进行人性化的设计，合理控制自动门的开合、速度及大小 ,并且，要做到开启和关闭过程中无抖动，这就要求电动机具有较高的性能。为此，我们研究了以下几种方案。 方案一：直流电机 直流电动机是电机的主要类型之一，它具有良好的启动和调速功能，且直流电机的体积小，结构简单，价格便宜，而且省电。在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛应用。 方案二：步进电机 步进电机具有良好的 控制性能，在正确的使用下，不受电压波动、负载变化及温度气压等因素的影响。其角位移仅与输入脉冲严格成比例。步进电动机响应快，易于起停，正反转及变速。但其只能通过脉冲电源供电才能进行，且存在振荡和失步现象，自身的噪声和振动也较大，带惯性能力较差。 综上几种方案的比较分析即要符合要求又要成本低，我们选择了方案一。
