基于單片機(jī)的自動門設(shè)計

1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計評語：考勤10守紀(jì)10過程30設(shè)計報告30答辯20總成績（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院2014 年 1 月 17 日單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計報告1、設(shè)計題目基于單片機(jī)的車庫自動門的設(shè)計2、設(shè)計目的 （1)制作解決相應(yīng)的實(shí)際問題，鞏固和運(yùn)用在單片機(jī)技術(shù)中所學(xué)的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，提高設(shè)計能力和實(shí)踐動手能力，為以后從事電子電路設(shè)計、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。 (2)設(shè)計一個具有特定功能的自動車庫門。該車庫門在有人來時（進(jìn)門或出門）

2、開門，無人時關(guān)門延遲，關(guān)門中途來人，立即開門。3、整體設(shè)計方案3.1 硬件總體設(shè)計 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。人體信號光學(xué)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2.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計 圖1 設(shè)計總結(jié)構(gòu)圖3.2 設(shè)計電路框圖和原理紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。本系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)及其外圍電路、紅外檢測電路，門行程檢測電路、步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(jìn)電機(jī)控制信號，電動機(jī)帶動門運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制方式。如

3、門在關(guān)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(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)入故障處理程序。感應(yīng)探測器探測到有人進(jìn)入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)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做出判斷，如需關(guān)門，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動，關(guān)閉門扇。感應(yīng)自動門的種類很多，在此，僅以平移型感應(yīng)自動門機(jī)作為設(shè)計的重點(diǎn)。平移式自動門機(jī)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(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作

4、；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(yīng)探測器：負(fù)責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動的物體進(jìn)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(dá)：提供開門與關(guān)門的主動力，控制門扇加速與減速運(yùn)行。(4)門扇行進(jìn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。(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(yùn)行。(6)下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時出現(xiàn)前后門體擺動。(7)當(dāng)門扇要完成一次開門與關(guān)門。 AT89C51單片機(jī)SRAM紅外線檢測門行程檢測故障檢測EPROM電機(jī)電路控制故障顯示報警控制方式

5、切換系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示： 圖2 紅外線自動門控制系統(tǒng)硬件框圖4 自動車庫門的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 整個系統(tǒng)軟件主要由主程序、開門子程序、關(guān)門子程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)子程序組成。主程序主要是完成系統(tǒng)進(jìn)行初始化、中斷設(shè)置等功能。程序設(shè)計中設(shè)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(yùn)行，主要功能是當(dāng)檢測到有人出入門時，啟動電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)門的目的。4.2 各部分程序流程設(shè)計（見附錄a）在開門過程中首先進(jìn)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(jī)所處位置。根據(jù)檢測結(jié)果確定門此刻應(yīng)運(yùn)行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)

6、入加速開門的過程。如檢測出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時開門過程。如檢測出門是全關(guān)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(yùn)行，接著減速運(yùn)行，最后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，門由于慣性緩慢關(guān)閉。自動門開門后暫停一段時間，然后關(guān)門。關(guān)門是開門的一個反過程，它經(jīng)過慢速運(yùn)行、加速運(yùn)行、減速運(yùn)行、慣性運(yùn)動直至停止這幾個過程。在自動門關(guān)閉過程中當(dāng)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(dāng)在關(guān)門過程中檢測到故障信號時門會朝反方向運(yùn)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。為了運(yùn)行過程可靠，在以不同速度運(yùn)行過程中，對運(yùn)行時

7、間做了安全設(shè)置，當(dāng)在開門狀態(tài)下檢測到運(yùn)行時間超過安全時問或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，程序轉(zhuǎn)人故障處理程序。4.3 自動車庫門的原理圖 圖3自動車庫門的原理圖4.4仿真圖圖4自動車庫門的仿真圖4.5主程序（見附錄b）4.6 功能說明 （1) 有人來時（進(jìn)門或出門）開門。當(dāng)人走到離門不遠(yuǎn)的時候時，安裝在門上側(cè)的熱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(jī)帶動傳動鏈開門。 （2）無人時關(guān)門延遲,當(dāng)熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動電動機(jī)帶動傳動鏈關(guān)門。 （3）關(guān)門中途來人，立即開門。當(dāng)啟動電動機(jī)帶動傳動鏈關(guān)門時，感應(yīng)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(jī)關(guān)門

8、，啟動電動機(jī)帶動傳動鏈開門。4.5 調(diào)試 調(diào)試為了確保該門控系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行必須滿足下列條件： （1）大門的結(jié)構(gòu)必須適合于自動控制特別要注意滾輪的直徑必須與需要控制的大門重量相匹配其尺寸和重量符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范之規(guī)定。 （2）確保大門在滑動過程中不發(fā)生傾斜。 （3）確保大門活動平穩(wěn)準(zhǔn)確在整個移動過程中不出現(xiàn)任何不正常的摩擦現(xiàn)象。 （4）確保地面條件穩(wěn)固避免固定基座的膨脹螺絲發(fā)生搖晃。 （5) 認(rèn)真檢查上方導(dǎo)軌和行程限位的機(jī)械擋塊是否安裝到位。4.6 門行程檢測及故障檢測門行程檢測電路通過檢測門行程開關(guān)的閉合情況來發(fā)送不同的信號，使電機(jī)改變轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制門運(yùn)行的速度以提高運(yùn)作效率，為了保護(hù)門不受

9、到損害和保證門運(yùn)行效率，在門行程檢測電路中設(shè)置了四個行程開關(guān)。它們分別代表開門極限、行程極限1、行程極限2、關(guān)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(guān)閉過程則與上述過程相反。門運(yùn)行到極限位置時，限位開關(guān)動作，單片機(jī)根據(jù)接收到響應(yīng)的信號，改變電機(jī)運(yùn)行速度。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(jī)的工作情況，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)過熱保護(hù)和門運(yùn)行障礙保護(hù)，同時還設(shè)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(zhuǎn)換成電壓，然后經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部的戶以轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，單片機(jī)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(yīng)的緊急措施，向系統(tǒng)發(fā)出故障信號，

10、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。5 結(jié)束語我在這一次車庫自動門的設(shè)計過程中，很是受益匪淺。通過對自己在大學(xué)三年時間里所學(xué)的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識的理解和對課程設(shè)計的思考及書面表達(dá)能力，最終完成了。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進(jìn)行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。參考文獻(xiàn)1 王思明.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京:科學(xué)出版社,2012.2 張金鐸.傳感器及其應(yīng)用.西安:電子科技大學(xué)出版社

11、,2002.3 何希才.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社,2003.4 單成祥.傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用.國際工業(yè)出版社,2002.5 金慶發(fā).傳感器技術(shù)與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,1994.6 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社,1998.附錄a 信號流程說明附錄1 系統(tǒng)主程序流程圖附錄2 開門子程序流程圖附錄3 開門中斷程序流程圖附錄4 T1中斷服務(wù)程序流程圖附錄b主程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit P2

12、0=P20; /實(shí)驗(yàn)sbit KK=P23; sbit en=P24;sbit rw=P25;sbit rs=P26; /正反控制uchar code FFW8=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9; /反轉(zhuǎn)uchar code FFZ8=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1; /正轉(zhuǎn) uchar code open=" Open The Door" ;uchar code close="Close The Door" ;void init();/ delay();voi

13、d motor_start();void wcom(uchar com);void wdat(uchar dat) ;void lcd1602_init() ;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-) for(y=0;y<10;y+) nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; nop_; void motor_start() uchar i,xx; uint j; for (j=0; j<12; j+) /轉(zhuǎn)1*n圈 for (i=0; i&l

14、t;8; i+) /一個周期轉(zhuǎn)30度 if(KK=1) P0 = FFWi&0x1f; /取數(shù)據(jù) if(KK=0) P0 = FFZi&0x1f; delay(1000); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 void main()uchar temp0,temp1; rw=0; P20=0; init();lcd1602_init() ; wcom(0x80); delay(10); if(KK=1) wcom(0x80); for(temp0=16;temp0>0;temp0-) wdat(opentemp1); temp1+; else if(KK=0) wcom(0x80); for(t

15、emp0=16;temp0>0;temp0-) wdat(closetemp1); temp1+; motor_start(); void init() /中斷初始化 IP=0x01;TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1; EX0=1; IT0=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1; void wcom(uchar com)rs=0;P1=com; delay(1); /寫命令延時可以為1en=1;delay(1); /寫命令延時可以為1en=0;void wdat(ucha