畢業(yè)設計（論文）-基于AT89C51單片機的自動門控制系統(tǒng)設計

本科畢業(yè)論文 (設計 ) 題 目： 自動門控制系統(tǒng)設計 學 部 ： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師 姓名 ： 指導教師 職稱 ： 二 O 一 年 月 日 2 摘 要 本課題主要實現(xiàn)紅外線檢測和基于 AT89C51的單片機控制系統(tǒng)。本文是關于自動門控制系統(tǒng)電路設計，使用紅外線傳感器作為感應器，檢測到人體輻射的紅外線能量變化，將其轉化為電信號，傳給單片機。交流電機作為門驅動裝置，通過單片機控制交流電機，使門自動打開，當人進門后又可以使門自動關閉。 關鍵詞： 熱釋電紅外線 傳感器、 AT89C51、 BIS0001芯片 Abstract This subject mainly realizes infrared detection 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 single-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 目 錄 摘 要 . 2 Abstract . 2 1. 緒論 . 1 1.1 課題研究的可行性 . 1 1.2 國內(nèi)自動門發(fā)展現(xiàn)狀 . 1 1.3 課題的意義和目的 . 1 1.4 課題的功能概述 . 2 1.5 設計的基本設計思路 . 2 2. 系統(tǒng)硬件設計 . 4 2.1 設計電路的框圖和原理 . 4 2.2 單片機介紹 . 5 2.2.1 AT89C51 主要特性 . 6 2.2.2 AT89C51 管腳說明 . 6 2.2.3 芯片擦除 . 7 2.3 熱釋電紅外傳感器介紹 . 7 2.4 BISS0001 芯片介紹和典型電路 . 9 2.4.1 BISS0001 的內(nèi)部： . 9 2.4.2 BISS0001 的特點： . 10 2.4.3 BISS001 管腳圖： . 10 2.4.4 BISS001 管腳說明： . 10 2.4.5 BISS0001 工作原理 . 11 2.5 步進電機 . 12 2.5.1 步 進電動機有如下特點 : . 12 2.5.2 驅動控制系統(tǒng)組成 . 12 2.5.3 斬波驅動 . 13 2.6 故障檢測及顯示 . 14 2.7 門行程檢測 . 14 2.8 設計電路原理圖 . 15 3. 系統(tǒng)軟件設計 . 16 3.1 系統(tǒng)軟件結構 . 16 3.2 各部分程序設計 . 16 4. 設計總結 . 18 參考文獻 . 19 致 謝 詞 . 20 附錄：程序源代碼 . 21 1 1. 緒論 1.1 課題研究的可行性 現(xiàn)如今自動化、信息化程度越來越高，單片機的應用領域也就越來越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會的發(fā)展、科技的進 步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。同時也標志了自動控制領域成為了數(shù)字化時代的一員。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳睿瑢⒓涌炜茖W技術的發(fā)展。 通過對“紅外線自動門控制系統(tǒng)”的研究和設計，我精心撰寫了紅外線控制自動門系統(tǒng)論文。本論文著重闡述了以單片機為主體，步進電機、傳感器為核心的系統(tǒng)。 1.2 國內(nèi)自動門發(fā)展現(xiàn)狀 1) 廠家多，規(guī)模小 5 6 年來幾年來， 自動門在國內(nèi)得到了快速的發(fā)展。 據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)大大小小生產(chǎn)自動門的廠家已有 50 多家，但普 遍生產(chǎn)規(guī)模小，自主研發(fā)能力差。從新產(chǎn)品開發(fā)能力和質(zhì)量穩(wěn)定性方面 還不具備和進口產(chǎn)品競爭的實力。 2) 專業(yè)化分工趨勢顯現(xiàn)早期的生產(chǎn)廠家，一般是自主研發(fā)和生產(chǎn)，頂多委 托代加工部分零部件。近兩年來，出現(xiàn)了專門生產(chǎn)主要部件的廠家，如 電機、主控板、遙控器傳動件、塑料件等出現(xiàn)了專業(yè)生產(chǎn)廠家，這一趨 勢使生產(chǎn)的門檻降低，進入的廠家進一步增多，導致競爭更加激烈。 高、低檔次的市場分明進口產(chǎn)品借 助質(zhì)量和品牌優(yōu)勢，占據(jù)了高端市場， 目前國內(nèi)廠家的產(chǎn)品基本上也都具備了比較完善的功能，但生產(chǎn)工藝略 嫌粗糙，質(zhì)量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場。 4）產(chǎn)品同質(zhì)化和市場特點導致利潤微薄產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，加之自動門產(chǎn)品 往往是開發(fā)商而非最終用戶在選擇產(chǎn)品，所以價格因素占的比重較大， 加劇了市場競爭。其結果是眾多廠家一味地比拼價格，導致利潤微薄。 同時，由于價格過低，也使產(chǎn)品的持續(xù)改進和發(fā)展受到限制。 1.3 課題的意義和目的 經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市，自動門已經(jīng)是隨處可見，在各大廈、 賓館、酒店、銀行、商場、醫(yī)院、寫字樓等場所，自動門更是得到大范圍的普及使用。自動門不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風、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。 自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中自動平移門使用得最廣泛，我們通常所說的自動門、感應門就是指自動平移門。 自動平移門最常見的結構形式是自動門機械驅動裝置和門內(nèi)外兩側紅外線，當人走近自動門時，紅外線感應到人的存在，給控制器一個信號，控制器通過驅動裝 置將門打開。 2 當人通過門之后，再將門關閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。 1.4 課題的功能概述 在自動門使用上要根據(jù)安裝的環(huán)境及要求，考慮選擇自動門的配置。由于公共場所（像醫(yī)院、機場等）的自動平移門使用頻率非常高，而自動門的使用頻率和壽命是有限的。在這種情況下，要使用自動門必須進行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量，加大門扇寬度，增加關門延遲時間等。 以上介紹的是自動門的安裝使用要點。而一個自動門的設計還要包括下面三個方面： 一、智能化設計 自動門 選擇配置智能化控制系統(tǒng)，可隨意設定門扇的運行速度，并可設定半開狀態(tài)，調(diào)節(jié)方便。使自動門始終保持在最佳運行狀態(tài)。并具有自動矯正功能，即使遇到大風等原因引起的運行阻力增大，仍然能夠保持平穩(wěn)的開關門動作。 二、 安全性設計 具有自動反轉安全裝置，當碰到障礙物或人體等異常狀況時，門扇自動反轉退出，并在下次接近阻力區(qū)域時以安全速度前進，避免夾人事件和機件損毀的現(xiàn)象發(fā)生，提高自動門運行時的安全性，延長自動門壽命。門扇開啟輕巧方便，當停電時，老人、兒童等均可開閉自如，開閉力量在 3.5公斤以下，方便、安全、可靠。 三、 穩(wěn)定性設計 自 動門采用步進電機，具有高效、省電、低噪音、高轉速、高扭力、連續(xù)使用不過熱等特性，大大超越傳統(tǒng)交流伺服馬達。 由于采用步進電機驅動，配合 T型齒條同步帶，使門體自低速至高速的運行中具有卓越的穩(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穩(wěn)壓。此外在負載瞬間短路時還有過壓及過流保護措施，有效保障自動門運轉的穩(wěn)定耐久和安全。自動門在具體場合的使用設計上，還應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器，防止停留在門附近的人被門所夾住。 2、備用電源 為保證停電時 自動門也能工作正常，應配置備用電源。 3、 輔助光線傳感器 在需要的地方，自動門可以安裝輔助光線傳感器（紅外對射保護裝置），當門打開時，人站著不動，用手遮擋輔助光線傳感器，門應該保持打開狀態(tài)。當手離開后幾秒后，門應該重新關閉。 綜上所述，自動門在很多領域具有不可比擬的優(yōu)越性，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動門在我國已經(jīng)迎來了快速發(fā)展的黃金時期。 1.5 設計的基本設計思路 1、有人來時（進門或出門）開門。當人走到離門不遠的時候時，安裝在門上側的熱 3 釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時，將啟動電動機帶動傳動鏈開門。 2、無人時關門延遲 ,當熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門 1N的范圍內(nèi)，將延遲 1秒啟動電動機帶動傳動鏈關門。 3、關門中途來人，立即開門。當啟動電動機帶動傳動鏈關門時，感應探頭突然檢測到在離門 1m 的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動機關門，啟動電動機帶動傳動鏈開門?？傮w結構圖如下圖 1： 人體 信號 光學系統(tǒng)（菲涅爾透鏡） 熱釋電紅外 線傳感 器 信號 處理 自動門 控制電路 圖 1 設計總結構圖 4 2. 系統(tǒng)硬件設計 2.1 設計電路的框圖和原理 紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成如圖 2-1 所示。本系統(tǒng)主要由 AT89C51 單片機及其外圍電路、紅外檢測電路，門行程檢測電路、步進電機控制電路 、故障檢測電路、故障顯示電路、控制方式切換電路等七部分組成。單片機循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進電機控制信號，電動機帶動門運行，當系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應的控制方式。如門在關門過程中遇到人或其他障礙物時門無條件朝相反方向打開，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進入故障處理程序。 系統(tǒng)硬件框圖如圖 2所示： 感應 自動門的種 類很多，在此，僅以平移型感應 自動門機 作為設計的重點。首先，平移式自動門機組由以下部件組成： （ 1）主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成 塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （ 2）感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號。 （ 3）動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制門扇加速與減速運行。 （ 4）門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。 （ 5）門扇吊具走輪系統(tǒng) :用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力， 牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。 （ 6）下部導向系統(tǒng)：是門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門AT89C51單片機 SRAM 紅外線檢測 門行程檢測 故障檢測 EPROM 電機電路控制 故障顯示報警 控制方式切換 圖 2 紅外線自動門控制系統(tǒng)硬件框圖 5 體擺動。 （ 7）當門扇要完成一次開門與關門，其工作流程如下： 感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關門，通知馬達作反向運動，關閉門扇。 2.2 單片機介紹 單片機是把微型計算機主要部分 都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些邏輯部件集成在一個芯片上，故可以把單片機看成是一個不帶外部設備的微型計算機，相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機。 由于單片計算機具有體積小，重量輕，耗電少，功能強和價格低等特點，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內(nèi)傳送處理，所以運行速度快，抗干擾能力強。單片機從七十年代問世以來，在二十多年的時間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應用于各種領域。單片機具有通訊接口，用單片機進行接口的控制與管理，單片機與主機可并行工作 ，大大地提高了系統(tǒng)的運行速度，所以在網(wǎng)絡通訊領域也得到了越來越多的應用。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。 由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案， 外形及引腳排列如圖 3所示。 圖 3 AT89C51外形及引腳圖 6 2.2.1 AT89C51 主要特性 * 與 MCS-51 兼容 * 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 * 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 * 全靜態(tài)工作： 0Hz-24Hz * 三級程序存儲器鎖定 * 128*8位內(nèi)部 RAM * 32可編程 I/O線 * 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 * 5個中斷源 * 可編程串行通道 * 低功耗的閑置和掉電模式 * 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.2.2 AT89C51 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外 部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口 當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。當P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在實際應用中，大多數(shù)情況下都使用 P3口 的第二功能。 P3.0 RXD：串行輸入口 P3.1 TXD：串行輸出口 7 P3.2 /INT0：外部中斷 0 P3.3 /INT1：外部中斷 1 P3.4 T0：記時器 0外部輸入 P3.5 T1：記時器 1外部輸入 P3.6 /WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P3.7 /RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字 節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止 。 2.2.3 芯片擦除 整個 PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 2.3 熱釋電紅 外傳感器介紹 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾 8 透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊 光學系統(tǒng) 的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70分貝以上，這樣就可以測出10-20米范圍內(nèi)人的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 9-10um，而探測元件的波長靈敏度在 0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的 紅外線傳感器 。 熱釋紅外線傳感器內(nèi)部結構與電路如下圖 4所示 。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器 監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有 T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷 Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓 V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷 Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時， T=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 T，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結構及內(nèi)部電路見下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋 電元件 PZT、場效應管 FET等組成。其中，濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為 6mm 多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約 5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件 PZT將波長在8mm-12mm之間的紅外信號的微弱變化轉變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 圖 4 熱釋電紅外線傳感器的結構及內(nèi)部電路 熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點： 優(yōu)點 ： 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低 廉。 9 缺點：容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不 易被探頭接收 ； 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。 2.4 BISS0001 芯片介紹和典型電路 BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明 和報警系統(tǒng)。它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，而且也能和其他多種傳感器進行匹配。它的內(nèi)部是由運算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路等組成。 BISS0001采用 16腳標準型塑料封裝結構。腳（ A）為觸發(fā)方式控制端，當 A 1時，電路可重復觸發(fā)；當 A 0時，電路不可重復觸發(fā)。腳（ V0）為控制信號輸出端，當有傳感信號輸人時， V0輸出高電平。腳（ RX）和腳（ CX）為輸出定時控制器 T，的外接元件端，定時時間為： TX 50 103RXCX。腳（ Ri）和 腳 Ci）為鎖定時間控制器 i的外接元件，鎖定時間 Ti 24RiCi。腳（ VRF）為參考電壓及復位端，使用時一般接 VDD，若按 SS，可使定時器復位。腳（ Vc）為觸發(fā)禁止端，當 VC VR時禁止觸發(fā)；當 VCVR時，允許觸發(fā)， VR 0.2VDD.腳（ IB）為偏置電流設置端，由外接電阻 RB接 SS端，RB一般取 1M的電阻。 12腳（ OUT2）和 13腳（ IN2-）分別為第二級運放的輸出端和反相輸人端。 14腳（ IN1+）和 15凈（ IN1-）分別為第一運放的同相和反相輸入端。 16腳（ OUT1）為第一運放的輸出端 。 11腳（ VDD）和 7腳（ VSS）分別為電源正、負端。 2.4.1 BISS0001 的內(nèi)部： 下圖 5中，運算放大器 OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由 C3耦合給運算放大器 01： 2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COPl和 ODP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號 VO經(jīng)晶體管 T1放大驅動繼電器去接通負載。 圖 5 熱釋紅外傳感器處理芯片 10 2.4.2 BISS0001 的特點： *CMOS工藝，公耗低 *數(shù)?；旌?*具有獨立的高輸入阻 抗運算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設延遲時間定時器和封鎖時間定時器 *采用 16腳 DIP封裝 * 內(nèi)置參考電源 *工作電壓范圍寬（ 3V 5V) 2.4.3 BISS001 管腳圖： 圖 6 BISS001管腳圖 2.4.4 BISS001 管腳說明： 表 1 BISS0001管腳說明 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端。當 A為“ 1”時，允許重復觸發(fā)；反之，不可重復觸。 2 VO O 控制信號輸出端。由 VS的上 跳變沿觸發(fā)，使 Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間 Tx之外和無 VS的上跳變時， Vo保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 - 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 - 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 - 觸發(fā)封鎖時間 Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 - 觸發(fā)封鎖時間 Ti的調(diào)節(jié)端 7 VSS - 工作電源負端 8 VRF I 參考電壓及復位輸入端。通常接 VDD，當接“ 0”時可使定時器復位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當 VcVR時允許觸發(fā) 10 IB - 運算放大器偏置電流設置端 11 VDD - 工作電源正端 12 2OUT O 第二級運算放大器的輸出端 11 13 2IN- I 第二級運算放大器的反相輸入端 14 1IN+ I 第一級運算放大器的同相輸入端 15 1IN- I 第一級運算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級運算放大器的輸出端 2.4.5 BISS0001工作原理 BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。當熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測信號，然后由 14腳輸入 BISS0001,經(jīng)地內(nèi)部電路處理，由 2腳輸出探測信號（正向脈沖信號）。輸出脈沖信號的寬度由外接電阻 R9和電容 C6來決定。當 2腳輸出控制脈沖后，電子開關被接通，數(shù)字編碼電路和無線電發(fā)射電路由于得到電源而開始工作。電源變壓器為5W/15V， E為 12V免維護蓄電池，供停電使用。 S1為鎖控電源開關，可根據(jù)需要安裝在適當處所，用來 接通工作電源，無必要時可取消設置。 SCR采用 1A的單向可控硅。 HFC9301為軟封裝發(fā)聲電路，發(fā)聲為“嘀、嘀”聲。電路的調(diào)試主要是主機與各分機之間的統(tǒng)調(diào)。將發(fā)射電路和接收電路組裝好后，先將發(fā)射機中 C10的調(diào)至適當位置后固定不動，接著調(diào)整接收機中的 C1，使接收機能收到發(fā)射機發(fā)出的信號。若為“一對多”或“多對一”報警系統(tǒng)，應先將主機“一”（可以是發(fā)射機，也可以是接收機 ）調(diào)好固定，然后調(diào)整各分機，使其與主機統(tǒng)調(diào)。 BISS0001 應用線路圖如 7所示。 圖 7 BISS0001的熱釋 電紅外開關應用電路圖 上圖 6中，運算放大器 OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由 C3耦合給運算放大器 OP2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COP1和 COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號 Vo經(jīng)晶體管 T1放大驅動繼電器去接通負載。 上圖 6中， R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當作為照明控制時，若環(huán)境較明亮， 12 R3的電阻值會降低，使 9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號 Vs。 SW1是工作方式選擇開關，當 SW1與 1端連通時，芯片處于可重復觸發(fā)工作方式；當 SW1與 2端連通時，芯片則處于不可重復觸發(fā)工作方式。圖中 R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選 10K，實際使用時可以用 3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時間 Tx由外部的 R9和 C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間 Ti由外部的 R10和 C6的大小調(diào)整， R9/R10可以用 470歐姆， C6/C7可以選 0.1U。在 BISS0001的內(nèi)電路中，運放 A是一個獨立的放大器，由它放大后輸出的信號電壓通過 . 2.5 步進電機 步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉變成角位移即結一個脈沖信號，步進電動機就轉動 一個角度因此作常適合于單片機控制。近 30 年來數(shù)字技術、計算機技術和水磁材料的迅速發(fā)展推動廠步進電動機的發(fā)展，為步進電動機的應用開辟了廣鬧的前景。 2.5.1 步進電動機有如下特點 : (1)步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比具有良好的跟隨型。以由步進電動機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常可靠。同時它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉外數(shù)控系統(tǒng)。 (2)步進電動機的動態(tài)響應快。易于起停、正反轉及變速。 (3)速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉矩，因此，一般 可以不用減速器而直接驅動負載。 (4)步進電動機只能通過脈沖電源供電才能遠行。它不能直接使用交流電源和直流電源 (5)步進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。 (6)步進電動機自身的噪音和振動較大帶慣性負載的能力較差。 2.5.2 驅動控制系統(tǒng)組成 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如圖 8所示： 步進電動機的驅動電路根據(jù)控制信號工作。在步進電動機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本控制作用如下 : 1) 反應式步進電動機控 制換相順序 信號分配 脈沖信號 負載 步進電機 功率放大 圖 8 驅動控制系統(tǒng)方框圖 13 步進電動機的通電換相順序嚴格安照步進電動機的工作方式進行。通常我們把通電換相這 過程稱為脈沖分配。三相六拍步進電機工作方式通電換相的正序是A-AB-B-BC-C-CA；反序為 A-CA-C-BC-B-AB；共有八個通電狀態(tài) P1口輸出控制信號， 0表示繞子通電，表示繞子斷電，則可以用六個字來表示六個通電狀態(tài)。這六個字表示如下表： 表 2 通電狀 態(tài) 2) 通電狀態(tài) P1.2(C) P1.1(B) P1.0(A) 控制字 3) 3) 控制電路模型如 9圖所示： 2.5.3 斬波驅動 下面講的是斬波恒流驅動的原理圖。 T1是一個高頻開關管。 T2開關管的發(fā)射極接一只小電阻只，電動機繞組的電流經(jīng)這個電阻到地，所以這個電阻是電流取樣電阻。比較器的一端接給定電壓 Uc，另一端接取樣電阻上的壓降，當取樣電壓為 0時，比較器輸出高電平。 圖 10 斬波恒流驅動電路原理圖 A 1 1 0 06H AB 1 0 0 08H B 1 0 1 09H BC 0 0 1 01H C 0 1 1 03H CA 0 1 0 02H P1.0 P1.1 P1.2 8051 系列 單片機 A 相驅動 A 相驅動 A 相驅動 圖 9 控制電路模型 14 當控制脈沖 Ui為低電平時 T1和 T2兩個開關管均截止；當 U1為高電平時 ， T1和 T2兩個開關管均導通，電源向繞組供電。由于繞組電感的作用，只上的電壓逐漸升高，當超過給定電壓 Uc的值時 ,比較器輸出低電平，使與門輸出低電平、 Tl截止，電源被切斷；當取樣電阻上的電壓小于給定電壓時，比較器輸出高電乎，與門也輸出高電平， T1又導通，電源又開始向繞組供電。這樣反復循環(huán)，直到 Ui為低電平。 2.6 故障檢測及顯示 在故障檢測電路中，配置了溫度和速度傳感器，用來監(jiān)測電機的工作情況，從而實現(xiàn)電機過熱保護和門運行障礙保護，同時還設置了電壓監(jiān)控電路，用于檢測系統(tǒng)異常情況。檢測電路首先將檢測到的信號轉 換成電壓，然后經(jīng)單片機內(nèi)部的戶以轉換器變成數(shù)字信號，單片機定期讀取數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，即馬上采取相應的緊急措施，向系統(tǒng)發(fā)出故障信號，系統(tǒng)停止工作，向故障顯示電路發(fā)出指令，發(fā)出報警信號并顯示故障類型。 2.7 門行程檢測 門行程檢測電路通過檢測門行程開關的閉合情況來發(fā)送不同的信號，使電機改變轉速，進而控制門運行的速度以提高運作效率，為了保護門不受到損害和保證門運行效率，在門行程檢測電路中設置了四個行程開關。它們分別代表開門極限、程極限 1、行程極限2、關門極限。門在開啟過程中，分別經(jīng)過慢速、加速、減速和停止 四個過程，門的關閉過程則與上述過程相反。門運行到極限位置時，限位開關動作，單片機根據(jù)接收到響應的信號，改變電機運行速度。 15 2.8 設計電路原理圖 圖 11 總電路圖 16 3. 系統(tǒng)軟件設計 3.1 系統(tǒng)軟件結構 整個系統(tǒng)軟件主要由主程序、開門子程序、關門子程序、 T0中斷服務程序、 T1中斷服務程序、外部中斷服務子程序組成。主程序主要是完成系統(tǒng)進行初始化、中斷設置等功能。程序設計中設置了一個外部中斷 0，它保證紅外自動門能夠在無人操控情況下自動運行，主要功能是當檢測到有人出入門時，啟動電機，從而實現(xiàn)自動開關門的目的。 3.2 各部分程序設計 在開門過程中首先進行門狀態(tài)檢測，根據(jù)所檢測到的信號判斷自動門上次停機所處位置。根據(jù)檢測結果確定門此刻應運行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉入加速開門的過程。如檢測出門是全開狀態(tài)，門轉入延時開門過程。如檢測出門是全關狀態(tài)，那么在檢測到有人出人時，門會緩慢打開，之后加速運行，接著減速運行，最后電機停止運轉，門由于慣性緩慢關閉。自動門開門后暫停一段時間，然后關門。關門是開門的一個反過程，它經(jīng)過慢速運行、加速運行、減速運行、慣性運動直至停止這幾個過程。在自動門關閉過Y 開 門 門狀態(tài)檢測 加速？ 電機加速 減速？ 電機減速 停止？ 電機停止 返 回 N N N 圖 12 開門子程序流程圖 Y 圖 13 T0 中斷程序流程圖 關 T0 中斷 讀按鍵操作 開門否 開門子程序 開門否 關門子程序 裝載 T0 常數(shù) 開中斷 中斷返回 N N Y Y 17 程中當系統(tǒng)接收到由 紅外線傳感器電路發(fā)出的有人出入的信號時，門會重新打開。與開門情況不同的是當在關門過程中檢測到故障信號時門會朝反方向運動，將門打開，這樣可以排除因自動門遇到障礙物或人身體而產(chǎn)生故障信號使整個系統(tǒng)停止工作的可能。 信號流程說明： 為了運行過程可靠，在以不同速度運行過程中，對運行時間做了安全設置，當在開門狀態(tài)下檢測到運行時間超過安全時問或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，程序轉人故障處理程序。 是否手動