基于單片機(jī)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

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常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 作 者： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 電氣工程系 班 級(jí)： 題 目： 基于單片機(jī)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2012 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 隨著科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)門(mén)在人們?nèi)粘Ｉ钪袛嗟玫搅藦V泛的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)其安全性及各方面的性能的要求越來(lái)越高。自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)是隨著人們對(duì)生活條件的不斷追求，科技的不斷發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的高科技產(chǎn)品。由于單片機(jī)系統(tǒng)的適應(yīng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，所以本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器。 本次設(shè)計(jì)是紅外線(xiàn)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)，使用紅外線(xiàn)傳感器作為感應(yīng)器，檢測(cè)到人體輻射的紅外線(xiàn)能量變化，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳給單片機(jī)。交流電機(jī)作為門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置。通過(guò)單片機(jī)控制交流電機(jī)，使門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)人進(jìn)門(mén)后又可以使門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。本課題主要實(shí)現(xiàn)紅外線(xiàn)檢測(cè)和基于AT89C51的單片機(jī)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 熱釋紅外線(xiàn)傳感器 AT89C51 BIS0001芯片 目 錄 第1章. 緒論 1.1 課題研究的可行性 4 1.2自動(dòng)門(mén)的發(fā)展 4 1.3電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展 5 1.4 課題研究的目的和意義 6 1.5 課題研究的要求 7 1.6 設(shè)計(jì)的基本思路 7 第2章. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)電路的框圖和原理 8 2.2 單片機(jī)介紹 9 2.2.1 AT89C51管腳說(shuō)明 10 2.2.2 AT89C51主要特征 11 2.2.3 芯片擦除 12 2.3 熱釋電紅外傳感器介紹 12 2.4 BISS0001芯片介紹和典型電路 14 2.4.1 BISS0001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 15 2.4.2 BISS001管腳圖及管腳說(shuō)明 15 2.4.3 BISS0001工作原理 16 2.5 步進(jìn)電機(jī) 17 2.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn): 17 2.5.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 18 2.5.3 斬波驅(qū)動(dòng) 19 第3章. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 3.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 20 3.2 各部分程序設(shè)計(jì) 20 3.3 調(diào)試 20 3.4 門(mén)行程檢測(cè)及故障檢測(cè) 21 第4章. 設(shè)計(jì)總結(jié) 22 致 謝 詞.......................................................................................................................................23 參考文獻(xiàn) 24 附錄Ⅰ：設(shè)計(jì)電路原理圖 25 附錄Ⅱ：信號(hào)流程說(shuō)明 25 附錄Ⅲ：程序源代碼 30 第1 章. 緒論 1.1 課題研究的可行性 在不斷發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)科技化、信息化程度越來(lái)越高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也就越來(lái)越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)就是其中之一。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類(lèi)懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟?lèi)的生活，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 本論文著重闡述了以單片機(jī)為主體，步進(jìn)電機(jī)、傳感器為核心的系統(tǒng)。 1.2 自動(dòng)門(mén)的發(fā)展 自動(dòng)門(mén)從理論上理解應(yīng)該是門(mén)的概念的延伸，是門(mén)的功能根據(jù)人的需要所進(jìn)行的發(fā)展和完善。自動(dòng)門(mén)指：可以將人接近門(mén)的動(dòng)作（或?qū)⒛撤N入門(mén)授權(quán)）識(shí)別為開(kāi)門(mén)信號(hào)的控制單元，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門(mén)開(kāi)啟,在人離開(kāi)后再將門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，并對(duì)開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)。 自動(dòng)門(mén)開(kāi)始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)年以后。二十年代后期，美國(guó)的超級(jí)市場(chǎng)的開(kāi)放，自動(dòng)門(mén)開(kāi)始被使用，受此影響，世界第一自動(dòng)門(mén)品牌多瑪在1945年開(kāi)發(fā)出油壓式、空氣式自動(dòng)門(mén)，新建大樓的正門(mén)也開(kāi)始使用了。到了1962年，電氣式己開(kāi)始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動(dòng)門(mén)技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動(dòng)機(jī)的電氣式自動(dòng)門(mén)逐漸成為主流。例如：各種用可識(shí)別控制的自動(dòng)專(zhuān)用門(mén)，如：感應(yīng)自動(dòng)門(mén)(紅外感應(yīng)，微波感應(yīng)，觸摸感應(yīng)，腳踏感應(yīng))、刷卡自動(dòng)門(mén)等。 21世紀(jì)的今天，門(mén)更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門(mén)與建筑以及周?chē)h(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。門(mén)大規(guī)模專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專(zhuān)業(yè)制造商。門(mén)的高級(jí)形式--自動(dòng)門(mén)起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類(lèi)齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動(dòng)門(mén)家族。 1.3 電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展 電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電冰箱、空調(diào)、DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料顯示，在所有動(dòng)力資源中，百分之九十以上來(lái)自電動(dòng)機(jī)。同樣，我國(guó)生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用比較多。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類(lèi)控制可通過(guò)繼電器，可編程控制器和開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一類(lèi)控制叫復(fù)雜控制，是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過(guò)軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶(hù)所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。目前，伺服技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化的方向迅速發(fā)展。 隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的性能越來(lái)越高，價(jià)格也越來(lái)越便宜。此外電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機(jī)來(lái)控制各類(lèi)電機(jī)．完成備種新穎的、高性能的控制策略，是電機(jī)的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，是電機(jī)的性能更符合使用要求，還可以制造出便于控制納新型電機(jī)，使電機(jī)出現(xiàn)新的面貌。 比較簡(jiǎn)單的電機(jī)微機(jī)控制，例如在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)或反轉(zhuǎn)之類(lèi)，只要讓微機(jī)控制繼電器或電子開(kāi)關(guān)元件使電路開(kāi)通或關(guān)斷就可以了：在各種機(jī)床設(shè)備及生廣流水線(xiàn)中，現(xiàn)在已普遍采用微機(jī)的可編程控制器。按一定的規(guī)律控制各類(lèi)電機(jī)的動(dòng)作。 至于復(fù)雜的控制，則要用微機(jī)控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機(jī)按指定的指令準(zhǔn)確工作。 通過(guò)微機(jī)控制，電機(jī)的性能有很大的提高。例如傳統(tǒng)的直流電集合變流電機(jī)各有憂(yōu)缺點(diǎn)，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好。但帶有機(jī)械按向器，有機(jī)械磨損及換向火化等問(wèn)題；交流電動(dòng)機(jī)，不論是異步電動(dòng)機(jī)還是同步電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。工作也比直流電動(dòng)機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，他們的速度不能方便而又經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)。交流電動(dòng)機(jī)采用正弦脈寬調(diào)制方式進(jìn)行變額調(diào)速是比較理想的，但若要用普通的模擬電路或數(shù)字電路完成這任務(wù)，電器相當(dāng)復(fù)雜．用微機(jī)控制就簡(jiǎn)單多了。若要進(jìn)一步調(diào)節(jié)精度及動(dòng)態(tài)性能，可采用矢量控制方案，它的調(diào)速性能將與直流電動(dòng)機(jī)相當(dāng)。但矢量控制比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的模擬電路或數(shù)字電路根難做到，而應(yīng)用微機(jī)控制。則能方便的實(shí)現(xiàn)。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，其中電動(dòng)機(jī)都是由微機(jī)控制的。為了提高性能．在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，已采用高速數(shù)字信號(hào)處理芯片(Digital Signal Processor簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)，指令執(zhí)行速度達(dá)到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運(yùn)算的指令。 復(fù)雜的電機(jī)微機(jī)控制主要用于以下兩個(gè)方而： 1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制。用以保證正常工作時(shí)發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定，發(fā)生故障后盡可能保持穩(wěn)定，達(dá)到優(yōu)化控制的目的。 2、電動(dòng)機(jī)調(diào)速及其位置伺服控制。用于鼓風(fēng)機(jī)或水泵的調(diào)速節(jié)能、數(shù)控機(jī)床、微型計(jì)算機(jī)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人等控制系統(tǒng)。 在電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)中，微機(jī)主要完成下列工作： 1、實(shí)時(shí)控制。根據(jù)給定的要求駛控制規(guī)律，對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等物理量實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 2、監(jiān)控。完成事故報(bào)警、事故處理、系統(tǒng)診斷及管理等。 3、數(shù)據(jù)處理 完成必要的數(shù)據(jù)采集、分析處理、計(jì)算、顯不、記錄等。 1.4 課題研究的目的和意義 自動(dòng)門(mén)根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門(mén)、自動(dòng)平開(kāi)門(mén)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)、自動(dòng)圓弧門(mén)、自動(dòng)折疊門(mén)等，其中自動(dòng)平移門(mén)使用得最廣泛，我們通常所說(shuō)的自動(dòng)門(mén)、感應(yīng)門(mén)就是指自動(dòng)平移門(mén)。 自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是自動(dòng)門(mén)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置和門(mén)內(nèi)外兩側(cè)紅外線(xiàn)，當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，紅外線(xiàn)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。 隨著電子科技的不斷發(fā)展, 各種智能控制系統(tǒng)進(jìn)入人們的生活。自動(dòng)平移門(mén)控制系統(tǒng)成為學(xué)校、公司等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。 1.5 課題研究的要求 （1）了解各種元器件的原理及其在電路中的作用，繪制出電路原理圖。 （2）查閱相關(guān)資料，了解有關(guān)自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)的一些必要的知識(shí)。 （3）復(fù)習(xí)在學(xué)校里所學(xué)的知識(shí)，并且聯(lián)系實(shí)際，想好設(shè)計(jì)方案等等。 1.6 設(shè)計(jì)的基本思路 1、有人來(lái)時(shí)（進(jìn)門(mén)或出門(mén)）開(kāi)門(mén)。當(dāng)人走到離門(mén)不遠(yuǎn)的時(shí)候時(shí)，安裝在門(mén)上側(cè)的熱釋紅外線(xiàn)傳感器信號(hào)檢測(cè)裝置檢測(cè)到有人時(shí)，將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開(kāi)門(mén)。 2、無(wú)人時(shí)關(guān)門(mén)延遲,當(dāng)熱釋收發(fā)裝置沒(méi)有檢測(cè)到有人在離門(mén)1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門(mén)。 3、關(guān)門(mén)中途來(lái)人，立即開(kāi)門(mén)。當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門(mén)時(shí)，感應(yīng)探頭突然檢測(cè)到在離門(mén)1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動(dòng)機(jī)關(guān)門(mén)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開(kāi)門(mén)。 總體結(jié)構(gòu)圖如下圖1： 人體 信號(hào) 光學(xué)系統(tǒng)（菲涅爾透鏡） 熱釋電紅外 線(xiàn)傳感器 信號(hào) 處理 自動(dòng)門(mén) 控制電路 圖1 設(shè)計(jì)總結(jié)構(gòu)圖 第2章. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)電路的框圖和原理（原理圖見(jiàn) 附錄Ⅰ） 紅外自動(dòng)門(mén)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(jī)及其外圍電路、紅外檢測(cè)電路，門(mén)行程檢測(cè)電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、故障檢測(cè)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(cè)紅外檢測(cè)電路和門(mén)行程檢測(cè)電路輸出信號(hào)，據(jù)此產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)門(mén)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到控制方式發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制方式。如門(mén)在關(guān)門(mén)過(guò)程中遇到人或其他障礙物時(shí)門(mén)無(wú)條件朝相反方向打開(kāi)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)入故障處理程序。 AT89C51單片機(jī) SRAM 紅外線(xiàn)檢測(cè) 門(mén)行程檢測(cè) 故障檢測(cè) EPROM 電機(jī)電路控制 故障顯示報(bào)警 控制方式切換 圖2 紅外線(xiàn)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示： 感應(yīng)自動(dòng)門(mén)的種類(lèi)很多，在此，僅以平移型感應(yīng)自動(dòng)門(mén)機(jī)作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先，平移式自動(dòng)門(mén)機(jī)組由以下部件組成： （1）主控制器：它是自動(dòng)門(mén)的指揮中心，通過(guò)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(lèi)系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過(guò)主控器調(diào)節(jié)門(mén)扇開(kāi)啟速度、開(kāi)啟幅度等參數(shù)?！　? （2）感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)。　　 （3）動(dòng)力馬達(dá)：提供開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)的主動(dòng)力，控制門(mén)扇加速與減速運(yùn)行?！　? （4）門(mén)扇行進(jìn)軌道：就像火車(chē)的鐵軌，約束門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。　　 （5）門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動(dòng)門(mén)扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門(mén)扇運(yùn)行?！　? 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)?！　? （6）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門(mén)扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門(mén)扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門(mén)體擺動(dòng)。 （7）當(dāng)門(mén)扇要完成一次開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)，其工作流程如下： 感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號(hào)傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時(shí)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(dòng)力傳給同步帶，再由同步帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使門(mén)扇開(kāi)啟；門(mén)扇開(kāi)啟后由控制器做出判斷，如需關(guān)門(mén)，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉門(mén)扇。 2.2 單片機(jī)介紹 單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)，即將運(yùn)算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲(chǔ)器以及其他一些邏輯部件集成在一個(gè)芯片上，故可以把單片機(jī)看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于一個(gè)沒(méi)有顯示器，沒(méi)有鍵盤(pán)，不帶監(jiān)控程序的單板機(jī)。 由于單片計(jì)算機(jī)具有體積小，重量輕，耗電少，功能強(qiáng)和價(jià)格低等特點(diǎn)，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內(nèi)傳送處理，所以運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)從七十年代問(wèn)世以來(lái)，在二十多年的時(shí)間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。單片機(jī)具有通訊接口，用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)與主機(jī)可并行工作，大大地提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度，所以在網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)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 2.2.1 AT89C51管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)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(mén)電流P1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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(shí)際應(yīng)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 P3.2 —/INT0：外部中斷0 P3.3 —/INT1：外部中斷1 P3.4 —T0：記時(shí)器0外部輸入 P3.5 —T1：記時(shí)器1外部輸入 P3.6 —/WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 P3.7 —/RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí) ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 2.2.2 AT89C51主要特性 * 與MCS-51 兼容 * 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 * 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 * 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz * 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 * 128*8位內(nèi)部RAM * 32可編程I/O線(xiàn) * 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 * 5個(gè)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(shí)鐘電路 2.2.3 芯片擦除 整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)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(shí)器，計(jì)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(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)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(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)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(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，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(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出10-20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線(xiàn)就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線(xiàn)中心波長(zhǎng)為9-10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)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(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線(xiàn)傳感器。 熱釋紅外線(xiàn)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(yīng)，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(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì)跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無(wú)輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見(jiàn)下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場(chǎng)效應(yīng)管FET等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線(xiàn)通過(guò)的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈光的短波長(zhǎng)（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長(zhǎng)在8mm-12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)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(xiàn)傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路 熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。 缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)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(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)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(hào)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(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)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(jìn)行匹配。它的內(nèi)部是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、與門(mén)電路、狀態(tài)控制器、定時(shí)控制器、鎖定時(shí)間控制器和禁止電路等組成。 BISS0001采用16腳標(biāo)準(zhǔn)型塑料封裝結(jié)構(gòu)。 1腳（A）為觸發(fā)方式控制端，當(dāng)A＝1時(shí)，電路可重復(fù)觸發(fā)；當(dāng)A＝0時(shí)，電路不可重復(fù)觸發(fā)。 2腳（V0）為控制信號(hào)輸出端，當(dāng)有傳感信號(hào)輸人時(shí)，V0輸出高電平。 3腳（RX）和4腳（CX）為輸出定時(shí)控制器T，的外接元件端，定時(shí)時(shí)間為：TX＝50103RXCX。 5腳（Ri）和6腳Ci）為鎖定時(shí)間控制器Υi的外接元件，鎖定時(shí)間Ti＝24RiCi。 7腳（VSS）為電源正端。 8腳（VRF）為參考電壓及復(fù)位端，使用時(shí)一般接VDD，若按ⅤSS，可使定時(shí)器復(fù)位。 9腳（Vc）為觸發(fā)禁止端，當(dāng)VC＜VR時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng)VC＞VR時(shí)，允許觸發(fā)，VR＝0.2VDD. 10腳（IB）為偏置電流設(shè)置端，由外接電阻RB接ⅤSS端，RB一般取1MΩ的電阻。 11腳（VDD）為電源正、負(fù)端。 12腳（OUT2）為第二級(jí)運(yùn)放的輸出端 13腳（IN2-）為第二級(jí)運(yùn)放的反相輸人端。 14腳（IN1+）第一運(yùn)放的同相輸入端。 15凈（IN1-）第一運(yùn)放的反相輸入端。 16腳（OUT1）為第一運(yùn)放的輸出端。 2.4.1 BISS0001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 下圖5中，運(yùn)算放大器OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器01：2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器COPl和ODP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)VS去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)VO經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。 圖5 熱釋紅外傳感器處理芯片 BISS0001的特點(diǎn)： *CMOS工藝，公耗低 *數(shù)模混合 *具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器 *采用16腳DIP封裝 * 內(nèi)置參考電源 *工作電壓范圍寬（3V～5V) 2.4.2 BISS001管腳圖及管腳說(shuō)明： 圖6 BISS001管腳圖 BISS001管腳說(shuō)明： 表1 BISS0001管腳說(shuō)明 引腳 名稱(chēng) I/O 功能說(shuō)明 1 A I 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸。 2 VO O 控制信號(hào)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(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 -- 輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 -- 輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 -- 觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 -- 觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端 7 VSS -- 工作電源負(fù)端 8 VRF I 參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā) 10 IB -- 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端 11 VDD -- 工作電源正端 12 2OUT O 第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN- I 第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端 14 1IN+ I 第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端 15 1IN- I 第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端 2.4.3 BISS0001工作原理 BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈?zhuān)用集成電路。當(dāng)熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測(cè)信號(hào)，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(cè)信號(hào)（正向脈沖信號(hào)）。輸出脈沖信號(hào)的寬度由外接電阻R9和電容C6來(lái)決定。當(dāng) 2腳輸出控制脈沖后，電子開(kāi)關(guān)被接通，數(shù)字編碼電路和無(wú)線(xiàn)電發(fā)射電路由于得到電源而開(kāi)始工作。電源變壓器為5W/15V，E為12V免維護(hù)蓄電池，供停電使用。S1為鎖控電源開(kāi)關(guān)，可根據(jù)需要安裝在適當(dāng)處所，用來(lái)接通工作電源，無(wú)必要時(shí)可取消設(shè)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(jī)與各分機(jī)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(jī)中C10的調(diào)至適當(dāng)位置后固定不動(dòng)，接著調(diào)整接收機(jī)中的C1，使接收機(jī)能收到發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)。若為“一對(duì)多”或“多對(duì)一”報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)先將主機(jī)“一”（可以是發(fā)射機(jī)，也可以是接收機(jī) ）調(diào)好固定，然后調(diào)整各分機(jī)，使其與主機(jī)統(tǒng)調(diào)。BISS0001 應(yīng)用線(xiàn)路圖如7所示。 圖7 BISS0001的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)應(yīng)用電路圖 上圖中，R3為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)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(shí)際使用時(shí)可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時(shí)間TX由外部的R9和C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時(shí)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(yùn)放A是一個(gè)獨(dú)立的放大器，由它放大后輸出的信號(hào)電壓通過(guò). 2.5 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)：它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移．即結(jié)一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度．因此作常適合于單片機(jī)控制。近30年來(lái)．?dāng)?shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和水磁材料的迅速發(fā)展．推動(dòng)廠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。 2.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn): (1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比具有良好的跟隨型。以由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽?。同時(shí)．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(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 (3)速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 (4)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能遠(yuǎn)行。它不能直接使用交流電源和直流電源 (5)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象．必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。 (6)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的噪音和振動(dòng)較大．帶慣性負(fù)載的能力較差。 2.5.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 使用、控制步進(jìn)電機(jī)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： 信號(hào)分配 脈沖信號(hào) 負(fù)載 步進(jìn)電機(jī) 功率放大 圖8 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制作用如下: 1) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制換相順序 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格安照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行。通常我們把通電換相這—過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。三相六拍步進(jìn)電機(jī)工作方式通電換相的正序是A-AB-B-BC-C-CA；反序?yàn)锳-CA-C-BC-B-AB；共有八個(gè)通電狀態(tài)P1口輸出控制信號(hào)，0表示繞子通電，表示繞子斷電，則可以用六個(gè)字來(lái)表示六個(gè)通電狀態(tài)。這六個(gè)字表示如下表： 表2 通電狀態(tài) 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 2) 通電狀態(tài) P1.2(C) P1.1(B) P1.0(A) 控制字 3) 控制電路模型如9圖所示： P1.0 P1.1 P1.2 8051系列 單片機(jī) A相驅(qū)動(dòng) A相驅(qū)動(dòng) A相驅(qū)動(dòng) 圖9 控制電路模型 2.5.3 斬波驅(qū)動(dòng) 下面講的是斬波恒流驅(qū)動(dòng)的原理圖。T1是一個(gè)高頻開(kāi)關(guān)管。T2開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接一只小電阻只，電動(dòng)機(jī)繞組的電流經(jīng)這個(gè)電阻到地，所以這個(gè)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(dāng)取樣電壓為0時(shí)，比較器輸出高電平。 圖 10 斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路原理圖 當(dāng)控制脈沖Ui為低電平時(shí)．T1和T2兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均截止；當(dāng)U1為高電平時(shí)，T1和T2兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均導(dǎo)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(dāng)超過(guò)給定電壓Uc的值時(shí),比較器輸出低電平，使與門(mén)輸出低電平、Tl截止，電源被切斷；當(dāng)取樣電阻上的電壓小于給定電壓時(shí)，比較器輸出高電乎，與門(mén)也輸出高電平，T1又導(dǎo)通，電源又開(kāi)始向繞組供電。這樣反復(fù)循環(huán)，直到Ui為低電平。 第3章. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 3.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 整個(gè)系統(tǒng)軟件主要由主程序、開(kāi)門(mén)子程序、關(guān)門(mén)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(jì)中設(shè)置了一個(gè)外部中斷0，它保證紅外自動(dòng)門(mén)能夠在無(wú)人操控情況下自動(dòng)運(yùn)行，主要功能是當(dāng)檢測(cè)到有人出入門(mén)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)的目的。 3.2 各部分程序流程設(shè)計(jì)（見(jiàn)附錄Ⅱ） 在開(kāi)門(mén)過(guò)程中首先進(jìn)行門(mén)狀態(tài)檢測(cè)，根據(jù)所檢測(cè)到的信號(hào)判斷自動(dòng)門(mén)上次停機(jī)所處位置。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定門(mén)此刻應(yīng)運(yùn)行方式，如檢測(cè)出門(mén)是半開(kāi)狀態(tài)，門(mén)直接轉(zhuǎn)入加速開(kāi)門(mén)的過(guò)程。如檢測(cè)出門(mén)是全開(kāi)狀態(tài)，門(mén)轉(zhuǎn)入延時(shí)開(kāi)門(mén)過(guò)程。如檢測(cè)出門(mén)是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測(cè)到有人出人時(shí)，門(mén)會(huì)緩慢打開(kāi)，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(mén)由于慣性緩慢關(guān)閉。自動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)后暫停一段時(shí)間，然后關(guān)門(mén)。關(guān)門(mén)是開(kāi)門(mén)的一個(gè)反過(guò)程，它經(jīng)過(guò)慢速運(yùn)行、加速運(yùn)行、減速運(yùn)行、慣性運(yùn)動(dòng)直至停止這幾個(gè)過(guò)程。在自動(dòng)門(mén)關(guān)閉過(guò)程中當(dāng)系統(tǒng)接收到由紅外線(xiàn)傳感器電路發(fā)出的有人出入的信號(hào)時(shí)，門(mén)會(huì)重新打開(kāi)。與開(kāi)門(mén)情況不同的是當(dāng)在關(guān)門(mén)過(guò)程中檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí)門(mén)會(huì)朝反方向運(yùn)動(dòng)，將門(mén)打開(kāi)，這樣可以排除因自動(dòng)門(mén)遇到障礙物或人身體而產(chǎn)生故障信號(hào)使整個(gè)系統(tǒng)停止工作的可能。 為了運(yùn)行過(guò)程可靠，在以不同速度運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)運(yùn)行時(shí)間做了安全設(shè)置，當(dāng)在開(kāi)門(mén)狀態(tài)下檢測(cè)到運(yùn)行時(shí)間超過(guò)安全時(shí)問(wèn)或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，程序轉(zhuǎn)人故障處理程序。 3.3 調(diào)試 調(diào)試為了確保該門(mén)控系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行必須滿(mǎn)足下列條件： 1．大門(mén)的結(jié)構(gòu)必須適合于自動(dòng)控制 特別要注意滾輪的直徑必須與需要控制的大門(mén)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(mén)在滑動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生傾斜。 3．確保大門(mén)活動(dòng)平穩(wěn) 準(zhǔn)確 在整個(gè)移動(dòng)過(guò)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。 3.4 門(mén)行程檢測(cè)及故障檢測(cè) 門(mén)行程檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)門(mén)行程開(kāi)關(guān)的閉合情況來(lái)發(fā)送不同的信號(hào)，使電機(jī)改變轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制門(mén)運(yùn)行的速度以提高運(yùn)作效率，為了保護(hù)門(mén)不受到損害和保證門(mén)運(yùn)行效率，在門(mén)行程檢測(cè)電路中設(shè)置了四個(gè)行程開(kāi)關(guān)。它們分別代表開(kāi)門(mén)極限、行程極限1、行程極限2、關(guān)門(mén)極限。門(mén)在開(kāi)啟過(guò)程中，分別經(jīng)過(guò)慢速、加速、減速和停止四個(gè)過(guò)程，門(mén)的關(guān)閉過(guò)程則與上述過(guò)程相反。門(mén)運(yùn)行到極限位置時(shí)，限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，單片機(jī)根據(jù)接收到響應(yīng)的信號(hào)，改變電機(jī)運(yùn)行速度。 在故障檢測(cè)電路中，配置了溫度和速度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作情況，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)和門(mén)運(yùn)行障礙保護(hù)，同時(shí)還設(shè)置了電壓監(jiān)控電路，用于檢測(cè)系統(tǒng)異常情況。 檢測(cè)電路首先將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓，然后經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部的戶(hù)以轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，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(hào)，系統(tǒng)停止工作，向故障顯示電路發(fā)出指令，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并顯示故障類(lèi)型。 第4章. 設(shè)計(jì)總結(jié) 在此次有關(guān)自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓我感覺(jué)到了單片機(jī)的復(fù)雜深度性，它很貼切我們的日常生活，無(wú)所不在，應(yīng)用無(wú)處不有，它并不是想象中的那么簡(jiǎn)單，也并非是無(wú)法克服的堡壘。 設(shè)計(jì)硬件之前，要首先收集好有關(guān)的基礎(chǔ)性資料，應(yīng)備有良好的應(yīng)用類(lèi)參考書(shū)和專(zhuān)業(yè)類(lèi)參考書(shū)。對(duì)于有關(guān)的科技期刊和專(zhuān)利文獻(xiàn)，也要經(jīng)常閱讀以便了解最新的發(fā)展情況，借鑒現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)，避免重復(fù)勞動(dòng)。在設(shè)計(jì)中，要充分了解所用芯片的使用條件及輸入輸出的特性，這樣才能避免因使用錯(cuò)誤而多走彎路。 電路設(shè)計(jì)部分應(yīng)該有的精神就是廣集資料。只憑借自己頭腦中的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。哪里出現(xiàn)了問(wèn)題，就要翻書(shū)本，或上網(wǎng)查資料。當(dāng)然也要開(kāi)動(dòng)自己的腦筋怎樣使系統(tǒng)電路更完美。例如我的設(shè)計(jì)題目是基于單片機(jī)的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。有自動(dòng)門(mén)，自然會(huì)用到電動(dòng)機(jī)，每種電機(jī)都有不同的特性和功能，你就要進(jìn)行選擇了。例如對(duì)電機(jī)的選擇，你就要選擇你所熟悉的，所了解的。 在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮單片機(jī)的記憶運(yùn)算、判斷控制能力，避免采用復(fù)雜的、穩(wěn)定性較差的模擬電路。 本設(shè)計(jì)程序以匯編語(yǔ)言語(yǔ)言編寫(xiě)，易于讀寫(xiě)、易于調(diào)試和修改，同時(shí)匯編語(yǔ)言用來(lái)編制系統(tǒng)軟件和過(guò)程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快。 為了使微機(jī)控制系統(tǒng)各種硬件設(shè)備能夠正常運(yùn)行，有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)各個(gè)控制環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)控制和管理，除了要設(shè)計(jì)合理的硬件電路，還必須要有高質(zhì)量的軟件支持。因此用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)電機(jī)單片機(jī)實(shí)施控制的應(yīng)用程序，是整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的內(nèi)容。 最后我非常感謝學(xué)校和老師給我們這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓我親身去體會(huì)一個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的艱難性，第一次站在一個(gè)設(shè)計(jì)者的角度去看，體會(huì)到了他們的艱辛，同時(shí)我也感受到了老師對(duì)我們的付出，對(duì)我們的精心指導(dǎo)，讓我順利完成這次學(xué)習(xí)任務(wù)。 致 謝 詞 時(shí)間真的過(guò)的好快，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)之際。距離離校的日子已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。在此我真的要感謝我的指導(dǎo)老師王琳老師。在本次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，王琳老師對(duì)該論文從選題的審核、構(gòu)思、修改到最后定稿的過(guò)程中，自始至終都傾注時(shí)間、經(jīng)歷和心血。由于我自身經(jīng)驗(yàn)缺乏，所以一開(kāi)始真的無(wú)法下手，設(shè)計(jì)進(jìn)程也很緩慢，而此時(shí)老師不僅僅在設(shè)計(jì)方面給予引導(dǎo)，在選材方面也給予參考，特別是她多次詢(xún)問(wèn)寫(xiě)作進(jìn)程，并為我指導(dǎo)，幫助我開(kāi)拓思路，這些付出和關(guān)心讓我堅(jiān)定了能夠完成這次設(shè)計(jì)的信心。而我在老師的指導(dǎo)下，也不敢松懈，盡可能早的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 王琳老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之道、寬厚仁慈的胸懷、積極樂(lè)觀的生活態(tài)度，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神為我樹(shù)立了一輩子學(xué)習(xí)的典范，她的教誨與鞭策將激勵(lì)我在學(xué)習(xí)和生活的道路上開(kāi)拓創(chuàng)新。她淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。真的發(fā)自?xún)?nèi)心的說(shuō)一句：王老師，謝謝您。 最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師真心地表示感謝，謝謝你們。 參考文獻(xiàn) [1]《傳感器及其應(yīng)用》.張金鐸 金歡陽(yáng)名編著.西安電子科技大學(xué)出版社，2002. 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[16] 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)論壇：http://wwww.uedbbs.com/ 附錄Ⅰ：設(shè)計(jì)電路原理圖 附錄Ⅱ：信號(hào)流程說(shuō)明 系統(tǒng)主程序流程圖 Y N 開(kāi)始 定時(shí)器T0、T1的設(shè)置 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置 系統(tǒng)終止 開(kāi)外部中斷1 開(kāi)定時(shí)器T0 關(guān)外部中斷1 開(kāi)定時(shí)器 開(kāi)中斷 系統(tǒng)故障 手動(dòng)方式 Y N 開(kāi)門(mén)子程序流程圖 Y Y 返回 開(kāi)門(mén) 電機(jī)減速 門(mén)狀態(tài)檢測(cè) 電機(jī)加速 電機(jī)停止 加速 減速 停止 N Y N N 開(kāi)門(mén)中斷程序流程圖 開(kāi)門(mén)子程序 中斷返回 裝載T0常數(shù) 開(kāi)中斷 關(guān)門(mén)子程序 關(guān)T0中斷 讀按鍵操作 加速 開(kāi)門(mén)否 Y Y N N T1中斷服務(wù)程序流程圖 關(guān)T1中斷 指向0809地址 中斷返回 啟動(dòng)下一通道 開(kāi)T1中斷 數(shù)據(jù)存放 數(shù)據(jù)指針加1 通道號(hào)加1 轉(zhuǎn)換結(jié)束 采樣結(jié)束 Y Y N N 附錄Ⅲ：程序源代碼 主程序： 　 MOV R4，A 　　 INC R1 CLR R5，A SUBB A，R4 XCH A，R4 DEC R1 SJMP LP2 JB 00H，ROLE SPEED0 BIT P1.0 ； 門(mén)行程行狀1 SPEED1 BIT P1.1 ； 門(mén)行程行狀2 SPEED2 BIT P1.2 ； 門(mén)行程行狀3 SPEED3 BIT P1.3 ； 門(mén)行程行狀4 KEYDOOROPEN BIT P1.4 ； 手動(dòng)門(mén)開(kāi)按鈕 KEYDOORCLOSE BIT P1.5 ； 手動(dòng)門(mén)關(guān)按鈕 MODE BIT P1.6 ； 手動(dòng)/自動(dòng)切換 DOOROPEN BIT P3.0 ； 門(mén)開(kāi)驅(qū)動(dòng)信號(hào) DOORCLOSE BIT P3.1 ； 門(mén)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào) SIGNAL BIT P3.2 ； 紅外線(xiàn)傳感器信號(hào) A0809E0C BIT P3.3 ； A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) HSPEED BIT P3.4 ； 電機(jī)速度變換 DOORSTATE BIT 00H ； 門(mén)狀態(tài) RERROR BIT 01H ； 系統(tǒng)故障 ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP INT0 ORG 000BH AJMP T0 ORG 001BH AJMP T1 ORG 0050H START: CLR DOOROPEN ； 關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng) CLR DOORCLOSE MOV TMOD, #11H ； 定時(shí)器工作方式 MOV TLO,#OFOH ； 置定時(shí)器常數(shù), MOV TH0,#08DH MOV TL1,#0E0H MOV TH1,#0B1H MOV TCON,#50H MOV IP,#08H ； 優(yōu)先級(jí)設(shè)置 MOV IE,#80H ； 開(kāi)中斷 LOOP: ACALL SYSERROR ； 調(diào)用系統(tǒng)故障子程序 JB RERROR,WAIT ； 有故障等待處理 MOV A,P2 ANL A,#OFH JNZ WAIT ； 無(wú)按鍵等待 JB MODE,AUTO ； 運(yùn)行方式判斷 CLR EXO SETB ETO SJMP LOOP AUTO: SETB ETO SJMP LOOP WAIT: SJMP $ ； 等待 開(kāi)門(mén)子程序： DOOR_OPEN:JB DOORSTATE, LOOP3 ； 門(mén)已開(kāi)退出 CLR HSPEED CLR DOORCLOSE SETR DOOROPEN ； 低速啟動(dòng) JNP SPEED1,$ SETB HSPEED ； 高速開(kāi)門(mén) JNB SPEED2,$ CLR