基于單片機的自動車庫門的設(shè)計

1、背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全國擁有汽車的人數(shù)越來越多，人們把對汽車的維護和管理看得越來越重，當然對于車庫門的要求也逐步提高了，國外先進的車庫門不斷進駐中國市場，國內(nèi)車庫門行業(yè)滯后。自動車庫門主要分為卷簾車庫門和翻板車庫門。本文主要針對卷簾車庫門的自動化和控制系統(tǒng)作了具體說明，運用單片機和紅外傳感控制的方法，實現(xiàn)自動車庫門的具體功能?？紤]到車庫的光線度，在車庫內(nèi)部安裝了自動照明燈設(shè)置，當車庫門啟動以后燈自動亮自動熄滅，且具有自動識別的功能，為用戶提供了安全方便的服務(wù)。也有利于國產(chǎn)自動車庫門的發(fā)展。本設(shè)計運用編解碼芯片PT2262/PT2272以及315MHZ的無線收發(fā)模塊來實現(xiàn)對車輛的識別，并控制

2、單片機自動關(guān)和車庫門的自動開啟以及控制車庫內(nèi)部燈的照明系統(tǒng)，單片機對鍵盤上面輸入的數(shù)據(jù)進行動態(tài)掃描，只有密碼輸入正確方能使單片機控制電機將車庫門打開，反之蜂鳴報警器發(fā)出報警。單片機本身是一個嵌入式系統(tǒng)，并且是其他嵌入式系統(tǒng)的核心，在各個領(lǐng)域運用廣泛發(fā)展迅速，為了更好的掌握單片機的工作原理，在此設(shè)計中，我采用51系列單片機來完成對自動車庫門的一些控制。達到學(xué)以致用的目的。并且單片機存在以下優(yōu)點：體積小、性能高；結(jié)構(gòu)簡單，方便使用；處理速度快；低功耗且適應(yīng)能力強；性價比較高。1 自動車庫門1.1 自動車庫門功能分析自動車庫門是一種以遙控方式為系統(tǒng)控制的車庫門，主要控制方式有手動控制、紅外感應(yīng)、無線

3、遙控等。大體上分為卷簾式和滑板式車庫門。卷簾式車庫門安全裝置附加有紅外線對射和無線遙控系統(tǒng)，安全且防盜?；迨杰噹扉T內(nèi)置扭簧，扭力與門重力相當，門可以說是處于一個“零重量”狀態(tài)，靠滑輪在內(nèi)置軌道上面滑動，阻力小，耗能少，安全耐用。1.2 自動車庫門的應(yīng)用車庫門在大型停車場的運用較廣，且是停車場管理系統(tǒng)的核心部分，能夠高效的管理車庫以及疏導(dǎo)交通流量，使用價值高。自動車庫門，大多數(shù)用在小型的私人別墅和豪華住宅，自動關(guān)閉效率高，采用專業(yè)的防盜安全技術(shù)，保障用戶財產(chǎn)等安全。2 設(shè)計任務(wù)2.1 自動車庫門的無線自動門電路（結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1-1所示）4*4矩陣鍵盤數(shù)碼管顯示電機和照明AT89S51單片機

4、編碼芯片PT2262315M無線發(fā)射模塊315M無線接收模塊解碼芯片PT2272圖2.1-1 車庫門自動開閉系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖2.2 基本模塊 單片機的最小系統(tǒng)電路部分。 編碼芯片PT2262和315M的無線發(fā)射模塊裝置。 編碼芯片PT2272和315M的無線接收模塊裝置。 4*4行列式掃描鍵盤電路部分。 紅外數(shù)碼管顯示電路部分。 蜂鳴器、繼電器、照明部分。3 系統(tǒng)總體設(shè)計3.1 單片機3.1.1 單片機的概述以及應(yīng)用單片機全稱單片微型計算機（Single Chip Microcomputer），簡寫MCU微型控制器。它專為工業(yè)控制、測量而設(shè)計，具有集成度高、可靠性高、性價比高的三高優(yōu)勢，體積小

5、、功能全的特點，主要應(yīng)用于計算機外設(shè)、智能儀器儀表、家用電器、工業(yè)檢測與控制、通信設(shè)備等，嵌入式工程師能夠根據(jù)應(yīng)用對象的需求，選擇合適的單片機，進行各種系統(tǒng)設(shè)計以及程序設(shè)計，系統(tǒng)按照程序指令完成規(guī)定工作。3.1.2 MCS51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機是在芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器、多功能接口等基本功能部件的大規(guī)模集成電路。MCS51單片機包由以下九部份構(gòu)成：l 一個8位CPUl 4KB ROM程序存儲器；l 一個片內(nèi)振蕩及時鐘電路；l 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；l 可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB內(nèi)部程序存儲空間的控制電路；l 兩個十六位的定時/計數(shù)器；l 一個可編

6、程全雙工串行口；l 5個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)；l 32條可編程的I/O線。3.1.2.1 單片機的結(jié)構(gòu)特點3.1.2.1.1 單片機的CPU單片機的核心部件是CPU，主要由運算器和控制器等部件組成。CPU內(nèi)部有一定數(shù)量的通用和專用寄存器，單片機在RAM數(shù)據(jù)存儲器區(qū)開辟了一個工作寄存區(qū)，該區(qū)分為四組，每組八個寄存器，共計32個工作寄存區(qū)，起通用寄存器的作用。另外單片機還有21個特殊功能寄存器SFR（Special Function Register），起專用寄存器作用，用來設(shè)置片內(nèi)電路的運行方式和電路運行狀態(tài)的記錄。特殊功能寄存器的存在使得定時/計數(shù)器、串行口、中斷邏輯等能夠集成在同一

7、塊芯片上。3.1.2.1.2 單片機的存儲器單片機的存儲器用于存放數(shù)據(jù)和程序，數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器分成兩個不同的地址空間，利用不同的尋址方式和不同的地址指針進行尋址。3.1.2.1.3 單片機的輸入輸出接口 單片機的輸入輸出接口由P0-P3四個8位雙向I/O口組成 。外設(shè)能夠直接通過這幾個口線接入，無需外加接口芯片。P0-P3的各個端口能按字節(jié)和位輸入輸出，總共32個接口，位控制極其方便。P0口為三態(tài)雙向口，能夠帶8個TTL電路，P1-P3口為準雙向口，能帶4個TTL電路，因此在外設(shè)驅(qū)動電流大的情況下可加接驅(qū)動器。3.1.2.1.4 單片機的通信方式51系列單片機自身有全雙工的異步通信接口，

8、兩機之間發(fā)送與接收能夠同時進行。用戶可根據(jù)不同的需求選擇合理的工作方式實現(xiàn)雙機或多機通信。3.1.3 單片機的引腳配置單片機的引腳可分為可總線擴展和不可總線擴展兩種。MCS-51系列單片機AT89S52的引腳圖如下圖：圖3.1.3-1 AT89S52的引腳圖可總線擴展的單片機有44個引腳，常見的40個引腳配置及功能說明如下： Vss：接地端。 Vcc：電源端，接+5V電源。 XTAL1：接外部晶體的一個引腳，當單片機CHMOS采用外部時鐘信號時，由此引腳引入時鐘信號。 XTAL2：接外部晶體的一個引腳，當單片機HMOS采用外部時鐘信號時，由此引腳接入外部時鐘信號。 RSTVpD：復(fù)位、備用電源

9、輸入端。Vcc掉電后，由此引腳接入備用電源，低功耗時保持內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的完整。 ALE/PORG：地址鎖存允許；在8751單片機內(nèi)當EPROM編程時，由該腳引入編程脈沖。 PSEN:程序存儲器允許。 EA/Vpp:EA=0時，單片機只訪問外部程序存儲器；在8751單片機片內(nèi)EPROM編程期間，由此引腳引入21V編程電壓。 P0.0P0.7：P0數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用總線端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-2） P1.0P1.7：P1靜態(tài)通用端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-3） P2.0P2.7：P2高8位地址總線動態(tài)端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3.1.3-4） P3.0P3.7：P3雙功能靜態(tài)端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3

10、.1.3-5）圖3.1.3-2 P0口位結(jié)構(gòu)圖3.1.3-3 P1口位結(jié)構(gòu)圖3.1.3-4 P2口位結(jié)構(gòu)圖3.1.3-5 P3口位結(jié)構(gòu)3.2 4*4行列式掃描鍵盤3.2.1 鍵盤工作原理鍵盤是計算機系統(tǒng)中必備的輸入設(shè)備，其連接方式分為線性鍵盤和矩陣式鍵盤，按鍵少時用線性鍵盤，按鍵較多時用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤電路原理圖如圖3.2.1-1所示，按鍵設(shè)置在行列式交點上，行列式連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過單片機輸出高電平，第一次掃描時置第一條列線于低電平位置，判斷有無鍵按下，若有則獲取鍵值，進行相應(yīng)的鍵值處理，若無則繼續(xù)進行掃描，使第二列列線于低電平位置，其它均保持高電平不變，這樣反復(fù)判斷鍵盤中有無按

11、鍵按下。鍵盤中哪一個鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷。圖3.2.1-1行列式鍵盤電路原理圖3.2.2 鍵盤工作方式鍵盤的工作方式分為編程掃描方式、中斷掃描方式、定時掃描方式三種。本設(shè)計采用編程掃描方式。鍵盤掃描子程序中完成以下幾個功能： 判斷鍵盤上是否有鍵按下； 防止鍵機械抖動對系統(tǒng)的影響； 獲取所按鍵的鍵號； 按鍵閉合一次就進行一次鍵功能操作。程序框圖如圖3.2.2-1所示：圖3.2.2-1 鍵盤的編程掃描方式程序框圖223.3 PT2262/PT2272編碼解碼芯片3.3.1 PT2262/PT2272編碼解碼芯片工作原理及特點PT2262/PT2272是由臺灣普城公司生

12、產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位的通用編解碼電路。PT2272最多可有12位三態(tài)地址端管腳，PT2262最多可有6位數(shù)碼端管腳，能夠用于無線遙控發(fā)射電路。有CMOS工藝制造，低功耗、外部元件少、工作電壓范圍寬：2.6-15V等特點。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次反復(fù)比較核對后，VT腳才輸出高電平，此時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳就輸出高電平，如果發(fā)送端一直持續(xù)按住按鍵不放，編碼芯片便會連續(xù)發(fā)射。如果發(fā)射機按鍵沒有按下時，PT2262芯片就不會接通電源，其17腳處于低電平狀態(tài)，因此315MHz的高頻發(fā)射電路不

13、工作，當檢測到有按鍵按下時，PT2262芯片便通電開始工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100的調(diào)幅。PT2262引腳圖如圖3.3.1-1所示，管腳說明如表3.3.3-1所示，PT2272引腳圖如圖3.3.1-2所示：圖3.3.1-1 PT2262外形圖及測試應(yīng)用圖表3.3.1-1 管腳說明圖3.3.1-2 PT2272外形圖及測試應(yīng)用PT2272有

14、不同的后綴，不同的后綴表示不同的功能，有M4/L4/M6/L6之分,M表示非鎖存輸出，即數(shù)據(jù)腳輸出電平具有瞬時性且與發(fā)射端的發(fā)射狀態(tài)相對應(yīng)。表示鎖存輸出，一旦數(shù)據(jù)接收成功就一直保持對應(yīng)電平狀態(tài)，直至下次的數(shù)發(fā)生改變從而變化。后綴數(shù)字表示并行控制通道的個數(shù)。采用4路并行數(shù)據(jù)時，（TP2272-M4）表示對應(yīng)地址編碼為8位，（PT2272-M6）表示對應(yīng)地址編碼為6位。4 項目參考程序:項目參數(shù)程序如下；輸入輸出引腳定義；輸出Y1 BIT P1.0 ；關(guān)門主接觸器Y2 BIT P1.0 ；開門主接觸器Y3 BIT P1.0 ； 信號燈光；輸入CPL Y3SB1 BIT P3.0 ；關(guān)門開關(guān)SB2

15、BIT P3.1 ；開門開關(guān)SQ1 BIT P3.4 ；關(guān)門限位SQ2 BIT P3.5 ；開門限位；中斷標志進位定義STOP BIT 00H ；外部中斷0、P3.2引腳接停止開關(guān)SAVE BIT 01H ；外部中斷0、P3.3引腳接安全壓力擋板ORG 0000HAJKP MAINORG 0003HCLR EXOSETB STOP ；外部中斷0、置位停止開關(guān)RET1ORG 0013HCLR EX1STEB SAVE ；外部中斷1、置位安全壓力擋板RET1MAIN: MOV P1，#001HMOV P3，#00HCLR STOPCLR SAVESETB EASETB EX0 ；允許外部中斷0、P

16、3.2引腳接停止開關(guān)中斷SETB EX1 ；允許外部中斷0、P3.2引腳接停止開關(guān)中斷MAIN1： JB STOP,STOP1JB SAVE,SAVE1JB SB1，CLOSE JB SB2 OPEN AJMP MAIN1STOP1： SETB EX0 CLR STOP CLR Y1CLR Y2 CLR Y3 AJKP MAIN1 SAVE: SETB EX1 CLR SAVECLR Y1 CLR Y3 AJMP MAIN1CLOSE: SETB Y3 MOV R2，#10CLOSE: ACALL DEL500 JB STOP,STOP1 JB SAVE,SVE1CPL Y3DJNZ R2,C

17、LOSESETB Y1CLR Y2CLOSE2： JB STOP,STOP1JB SAVE,SAVE1JB SQ2,STOP1ACALL DEL500CPL Y3AJMP OPEN2ORG 0030HDEL500：MOV R3，#5LOOP3： MOV R5，#100LOOP1： MOV R6，#250LOOP2： DJNZ R2，LOOP2 DJNZ R1，LOOP1 DJNZ R3，LOOP3 RET END5 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計5.1 主要電路圖5.1.1 單片機最小電路自動車庫門關(guān)閉系統(tǒng)的設(shè)計是在單片機的最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，在本設(shè)計中單片機主要起控制輸出、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理的作用，在單片機

18、最小系統(tǒng)上面構(gòu)建系統(tǒng)能夠使電路控制變得簡便，單片機最小系統(tǒng)電路圖如4.1.1-1所示：圖4.1.1-1 單片機最小系統(tǒng)電路5.1.2 鍵盤電路鍵盤電路是一個友好的操作界面，是一個將人與機器之間建立通信連接的平臺，本設(shè)計采用的是4*4的矩陣鍵盤，以編程掃描為主要工作方式，以單片機P1口的低四位為輸出端，定時輸出行掃描高電平脈沖。一旦鍵盤被按下，對應(yīng)的P1端的高四位列輸入線就會輸入相應(yīng)的高電平。鍵盤電路原理圖如圖4.1.2.1所示：圖4.1.2-1矩陣鍵盤電路5.1.3 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計采用8位的LED數(shù)碼管來顯示輸入的數(shù)字，系統(tǒng)采用共陰極顯示，將P0口作為輸入端口，P2端口作為顯示電路的位選

19、信號，芯片74LS245作為輸出驅(qū)動，確保P0口輸出數(shù)據(jù)具有驅(qū)動能力。其電路圖如下：圖4.1.3-1 數(shù)碼管顯示電路5.1.4 無線發(fā)射編解碼電路和接受碼電路為了實現(xiàn)車庫門的自動關(guān)閉，在汽車進入車庫之前發(fā)射一個自動打開信號，當車進入車庫以后再發(fā)射一個關(guān)閉信號。本系統(tǒng)采用編碼芯片PT2262和315MHZ的發(fā)射模塊構(gòu)建開閉信號發(fā)射電路，由解碼器芯片PT2272和315MHZ的接收模塊來構(gòu)成信號接收電路。當接收端收到發(fā)射來的信號后，由編解碼器進行相應(yīng)的信息處理，輸入到單片機中進行判斷。電路圖如下所示：圖4.1.4-1無線發(fā)射及編解碼仿真電路5.1.5 蜂鳴器及繼電器電路蜂鳴器和繼電器的驅(qū)動條件是較

20、大的電流，三極管具有電流放大的作用，因此在蜂鳴器與繼電器組件之前加上一個三極管，就能使其正常工作。圖4.1.5-1 蜂鳴器和繼電器仿真電路5.1.6 系統(tǒng)硬件總圖將上述模塊電路組合在一起就構(gòu)成了自動車庫門系統(tǒng)的硬件總圖。如下圖所示：圖4.1.6-1 自動車庫門系統(tǒng)硬件總圖5.2 系統(tǒng)設(shè)計流程圖開始VT是否為高 車庫門開，燈亮延時一頓時間，車庫門停止打開車進入車庫一次，紅外對管計數(shù)一次是否按下了按鈕紅外停止計數(shù)是否再次按下了按鈕紅外對管是否計數(shù)次數(shù)為2車庫門關(guān)閉，燈滅返回密碼是否輸入正確報警圖4.2-1 系統(tǒng)流程圖6 總結(jié)這是第一次做有關(guān)通信原理方面的課程設(shè)計，選定題目后，不知道從何入手。只能通

21、過在網(wǎng)上收集閱讀一些與本課題有關(guān)的文章，熟讀一兩篇后，找到了自己的入手方向。然后開始在圖書館、網(wǎng)絡(luò)上面查閱有關(guān)自動車庫門設(shè)計的一些資料，在所查閱的資料中選出與本設(shè)計相關(guān)且易懂的作為參考。本設(shè)計主要采用單片機來作為控制系統(tǒng)，其原因主要在于單片機使我們學(xué)過的較為熟悉的控制芯片，對于它的工作原理比較了解，當然PT2262/PT2272編解碼器是在本設(shè)計中所需要的芯片，以前從未接觸過，但是通過資料的查找懂得了它的工作原理，各引腳的作用以及它的特點與應(yīng)用范圍等。在車進入車庫之前由PT2262編碼器發(fā)出一個信號，在PT2272解碼器接收到信號時，對其解碼，然后送入給單片機處理來實現(xiàn)車庫門的開閉。當然為了使系統(tǒng)設(shè)計更具人性化，也能通過對車庫門旁邊的手動按鍵來實現(xiàn)車庫門的開閉作用。為了增加自動車庫門的安全系數(shù)，在設(shè)計過程中采用鍵入密碼來獲取取車人或停車人的信息，并且數(shù)碼管上面的數(shù)字均顯示為“8”，以保證密碼的保密措施到位。通過這次的課程設(shè)計讓我懂得了如何去解決一個困難的