1、编号： 毕业设计说明书课 题 基于单片机的自动门 开合控制系统设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 副教授（校聘） 题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发摘 要自动门是商场、银行、酒店、宾馆等自动化楼宇的常见配备，其基本的要求可以归结为智能、安全、可靠三个方面。以此为背景，研制一种基于单片机的低成本自动门开合控制系统，引入红外传感器探测行人状况。本文设计了基于单片机的自动门控制系统，该系统以 51 单片机为主体，直流电机、门禁系统为核心，实
2、现自动门的自动控制，实现了办公化自动门在外部密码输入进入，内部红外感应自动开门，设有自动门常开，常闭选择。通过单片机程序对直流伺服电机的正转、反转进行控制，从而对门进行开、关的控制；直流电机采用 H 桥驱动,充分发挥了单片机的性能。其优点是电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的使用和参考价值。 关键词：AT89C51；BIS0001芯片；热释电红外线传感器；直流电动机；L298N芯片；密码锁AbstractAutomatic door is common equipment of market, bank, hotel, etc automatic building,
3、It is basic requirements can be summed up in intelligence, safe and reliable. As a background, Developing a control system of low cost automatic opening door based on single chip microcomputer, introduced the infrared sensor to detect the pedestrian, In this paper, we design control system of the au
4、tomatic door based on single chip microcomputer. The system with 51 single-chip computer as the main body, dc motor, the entrance guard system as the core, achieve automatic control of automatic door, achieve to enter the automatic door of office in the outside by password, Within the infrared induc
5、tion open the door automatically, Equipped with automatic door normally open, normally closed.Through single chip microcomputer program ,control current servo motors forward and inversion.then control the door of open and close current motor driven uses H bridge, give full play to the performance of
6、 the micro controller. Its advantage is simple circuit, software function is perfect, and reliable control system, high cost performance, has certain use and reference value.Keywords: AT89C51;heat release infrared sensors,;BIS0001 chip;stepping motor;L298N chip; Password lock桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸目 录引
7、言 .11 绪论 .21.1 自动门的发展历史 .21.2 自动门的功能概述 .21.2.1 开门信号 .21.2.2 门禁系统与非公共区域的自动门 .31.2.3 对自动门的要求就是解锁动作与开门动作之间的协调 .31.3 本章小结 .32 系统硬件设计 .42.1 自动门设计基本思路和原理 .42.2 单片机和外围电路介绍 .52.2.1 AT89C51 主要性能概述 .52.2.2 单片机时钟电路介绍 .82.2.3 单片机复位电路、电源电路介绍 .82.3 LED 显示和键盘 .92.3.1 四位数码管 LED 介绍 .92.3.2 4*4 矩阵键盘 .112.4 红外感应装置 .12
8、2.4.1 热释电红外传感器介绍 .122.4.2 BISS0001 芯片及其典型电路 .142.5 驱动电路 .172.5.1 L298N 芯片介绍及应用 .172.5.2 直流电机分类和特点 .192.5.3 门行程检测 .202.6 本章小结 .203 系统软件设计 .213.1 主程序流程 .213.2 LED 显示模块 .223.3 键盘扫描模块 .233.4 门禁系统模块 .243.5 红外和驱动模块 .253.6 本章小结 .264 软件仿真与分析 .28桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸4.1 程序软件调试 .284.2 仿真软件介绍和调试 .284.3 本章小结 .31
9、5 硬件搭建与实现 .325.1 PCB 制作 .325.2 硬件调试 .335.3 本章小结 .34总结 .35谢 辞 .36参考文献 .37附录一 原路图 .38附录二 PCB 图 .39附录三 主要 C 语言源程序 .41桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸 第 1 页 共 50 页引言随着全球经济的增长，科学技术的提高，人类对自动门的要求越来越高，机械制造控制产品出现在世界每个角落。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
10、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。中国早在十多年前就开始引用欧洲自动门，并把它应用在酒店、机场、购物中心、银行、写字楼等大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。自动门除可美化出入口环境外，还具有节能（空调） 、防尘、隔绝嘈音等功能。在本设计中，需
11、要完成的设计要求分为三个部分：1.红外装置的感应系统；2.电机装置的驱动系统；3.门禁系统。主要实现的功能是实现自动门的输入密码的开门系统，在特殊情形下需要的门保持常开系统和常闭系统，还有就锁系统，也就是清除系统，在红外装置感应到人体信号时门能自动打开，电机要实现正反转。1 绪论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。自动门是指：可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。1.1 自动门的发展历史门和人类文明是孪生的，它伴随着人类文明的发展而跃动。
12、数千年来，门一直作为人类社会活动的守护神，拒侵入者于门外，而作为人类社会活动的航道，门又承载着文明，追寻着人们向往的光辉彼岸。人类对文明的渴望是无穷尽的。从古埃及到古罗马到今天的现代社会，都可以见到门迈动的足迹。往昔，门的屏障作用是被动隔离，而通道作用仅仅是保证通行。21 世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时建筑艺术的新理念不断出现，强调了门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。对门规模化系统化制造开始于 100 年前，在不断发展和完善的过程中，一些专业的生产商不断创新改进，使门的形式更加大丰富多样。在门的发展中，西方的推动起到了很大的作用，使门的种类更加
13、齐全、功能更加多样、造工更加细致。1.2 自动门的功能概述自动门的系统功能配置是指根据使用要求而配备的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。 1.2.1 开门信号 自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源： 微波雷达是对物体的位移反应，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后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用； 红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于
14、传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。 另外，如果自动门接受触点信号时间过长，控制器会认为信号输入系统出现障碍。而且自动平移门如果保持开启时间过长，也会对电气部件产生损害。由于微波雷达和红外传感器并不了解接近自动门的人是否真要进门，所以有些场合更愿意使用按键开关。 按键开关可以是一个触点式的按钮，更方便的是所谓肘触开关。肘触开关很耐用，特别是它可以用胳膊肘来操作。避免了手的接触。 还有脚踏开关，功能一样，但对防水的要求较高，而且脚踏的力量很大，容易使脚踏开关失效。还有一种带触点开关的拉手，当拉手被推(或在反方向拉)到位时
15、，向门机提供触点信号。 1.2.2 门禁系统与非公共区域的自动门 如果说对自动门的性能和质量要求最高的，是在使用频率极高的大型公共区域，那么自动门功能要求最高是对进出人员进行选择的非公共区域。门禁系统是对入门授权的识别。在识别或检测入门授权通过以后，向自动门的控制系统提供开门信号。在提供开门信号之前，自动门必须处于锁门的状态。门禁系统包括从最简单的钥匙开关，密码锁，磁卡锁，考勤统计系统。一直到复杂的体重识别系统，指纹识别系统等。但无论系统怎样复杂，最终都是给自动门提供开门的触点信号。信号电路的屏蔽对避免由于无关信号的干扰而误开门的情况发生非常重要。 1.2.3 对自动门的要求就是解锁动作与开门
16、动作之间的协调应用于自动平移门的电子锁有锁皮带的电磁锁和锁门体吊挂件的电动锁，锁电机的三种。后者用于重型自动平移门，自动平开门的电子锁有电磁门吸，电子插销锁和电子开门器，电子开门的作用力方向不影响门的开启动作，不易发生误操作。还有一种带触点开关的机械锁，使锁与开关结合，锁不处于开锁状态，触点就不能接触，不可能发生误操作。 1.3 本章小结这章让我对自动门的背景和应用有了更具体细致的认识，对自动门设计的一些基本要求和功能有了深入的了解，对于我设计自动门的功能模块很有帮助，不会缺少一些重要的组件，让我的设计更加完整具体。2 系统硬件设计2.1 自动门设计基本思路和原理本设计采用 51 单片机为主控
17、芯片，结合外围电路，组成自动门电子密码控制系统，外面的用户想要进门，必先通过外部提供的键盘输入正确的密码才可以，密码输入错误有提示，里面的用户想要出门是由红外感应，门自动打开，这里还设计了自动门的常开状态，在键盘输入正确的密码，自动门就保持常开，在外部有一些东西需要搬运的时候可以让门保持常开。相对应的有自动门的常闭状态，当出门以后需要锁门，只需输入密码，自动门就保持常闭，不论是常开还是常闭，只要键入取消密码就可恢复正常。 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，据此产生直流电机控制信号，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。因此本系统主要由 AT
18、89C51 单片机及其复位电路、晶振电路这个最小单片机外围电路和红外检测电路，门行程检测电路、电机控制电等部分组成。即自动门控制系统的硬件组成如图 2-1 所示。图 2.1 自动门控制系统自动框图感应型的自动门多种多样，有旋转自动门、弧形自动门、平移自动门、折叠自动门等，其中以平移自动门为自动门主流，其基本结构主要有三大部分，即门体门框部分、驱动和传动部分、控制和传感器检测部分：（1） 门体门框：门体门框的构成方法有两种，即平面构成法和立体构成法，我们需要根据实际的需求调整设计，在门体设计中应充分利用以上方法调整门体形状、门柱和花形。避免门体整体审美效果失衡。（2） 驱动和传动部分：自动门的驱
19、动和传动部分由电动机和减速器或电动机和液压系统组成，按照控制装置的指令驱动装置设定的程序工作，带动门体开、关。从驱动装置到门体的运动，中间要有传动机构，减速器是传动机构的一部分。现在，减速器和电机大部分已连成一体，成为减速电机，这样会使设备简化，容易做到标准化、小型化。除减速器外，还要根据具体需要设计传动机构。传动机构可以是齿轮传动、链条传动，也可以是高效率的同步带川传动。（3） 控制和传感器检测部分：控制器是由一个微型计算机为主体的控制装置，它接受检测传感器的信号，让驱动装置工作，完成门体的启闭。现在用单片机作为控制器越来越普遍，主要是单片机价格相对便宜，程序的编写和控制。传感器是自动检测人
20、体或通过人工操作将检测信号传递到控制器的器件或装置。普遍的有微波探测器，红外线探测器，超声波探测器，电磁感应探测器。我们可以根据需要自行选取。2.2 单片机和外围电路介绍2.2.1 AT89C51 主要性能概述AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。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 AT89S51 是一种高效微控制器，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，AT89S51 芯片引脚图如图 2-2 所示。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 RAM32 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
