基于单片机的地铁门控制系统(共29页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录基于单片机地铁门控制系统学生:秦密密指导老师:韩芳淮南师范学院 物理与电子信息系摘要: 本文主要以AT89C52为主控芯片,结合外围复位电路、串口电路、驱动电路等组成硬件控制平台,以Keil uVision3软件为主要软件开发控制平台。通过软件程序控制单片机并控制两个步进电机(一个模拟车门、一个模拟安全门)的开与关、并伴随警告提示。关键字:AT89C52;单片机;复位;串口;驱动;步进电机Metro Door Control System Based on MCUStudent: Qin thickInstructor: Han FangHuainan Norm
2、al University, Department of Physics and Electronic InformationAbstract: This paper mainly AT89C52 as the main control chip, combined with the external reset circuit, serial interface circuit, driver circuit composed of hardware control platform to Keil uVision3 control software as the main software
3、 development platform. SCM software program control and to control two stepper motors (a simulated door, security door of a simulation) on and off, accompanied by a warning prompt.Keywords: AT89C52; SCM; reset; serial port; drive; stepper motor前言:地铁门控制系统是一个典型的机电一体化产品,其沿站台边缘布局,讲车站站台与行车轨道隔离开,降低了车站空调通风
4、系统的运行能耗。同时减少了列车运行噪音和活塞风对车站的影响,防止人员跌落轨道发生意外事故,为乘客提供了舒适、安全 的候车环境,提高了列车的服务水平。我国轨道交通建设中,广州地铁2号线是我国首次引进屏蔽门系统,应在实际应用中取得了良好的经济、社会效益。目前世界上有有8个国家和地区共21调轨道交通线路正在使用或加装屏蔽门系统,有关屏蔽门的供货商也在逐渐发展起来,英国westinghouse、法国Faiveley、瑞士KABA和日本Nabco4家公司为最主要的屏蔽门生产厂家,都已经承担过一些地铁线路的屏蔽门工程。在国内地铁门市场,国外公司大多数采用在国内寻找合作伙伴的方式进入国内市场,如广州地铁2号
5、线屏蔽门工程中标方就是广州澳的斯电梯有限公司和英国西屋公司,深圳方大集团于2000年与法维莱公司开始合作之后,双方共同成功承建了泰国曼谷地铁等屏蔽门工程项目,瑞士卡巴公司也与江苏金创集团合作在国内承建屏蔽门工程项目,日本那博克公司与重庆川仪集团也就屏蔽门项目进行着合作。国内最早开始从事屏蔽门研究的是广州奥的斯电梯有限公司和深圳方大集团,之后逐渐增加了广州广日集团,上海通用冷气机有限公司,重庆川仪总厂有限公司等,到目前为止,屏蔽门系统的国有化程度还相当低,目前国内有10家以上的公司正在加大对屏蔽门系统的研发力度以加快屏蔽门系统的国产化步伐。本毕业设计采用51单片机为主控芯片,利用ULN2003芯
6、片将单片机电平信号放大,驱动两个步进电机模拟屏蔽门与地铁车门,利用按键控制车门与安全门的开关,车站开门时有绿色指示灯提示开左或右方的车门,并在关门时有蜂鸣器三声警告提示乘客此时不适宜上车,请注意安全。本设计要求对地铁门转速稳定,易于控制,精度高。本毕业论文主要使用步进电机作为车门的实体的模拟器件,步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过
7、控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。 本系统有以下优点:1、 成本底;2、 操作方便;3、 可控制性强;4、体积小、功牦低、可靠性高;1.系统方案论证与器材选型按照本设计要求,本系统共有主控制模块、驱动模块、执行模块、报警模块。首先列车到站时列车员按动车门开启开关,先开车门再开屏蔽门,LED灯闪烁提示下车方向,当按下关门按钮时蜂鸣器报警三声后先关屏蔽门再关车门。中心模块驱动模块触发模块单片机晶振电路串口电路复位电路供电电路步进电机报警系统图1 系统总体方案1.1设计方案方案简介:主模块采用AT89S52作
8、为主处理器,模块 分为三个部分:中心模块、驱动模块、报警模块。方案详细介绍 : 1)触发模块由激光收发器 两个按钮开关检测信号。 2)控制模块由最小系统(电源电路、晶振电路、复位电路、串口电路)来控制。 3)驱动模块电机驱动模块。 4)报警模块蜂鸣器。1.2方案论证1.2.1地铁门屏蔽门开关电机:地铁门与屏蔽门因其所在的环境决定了它必须具有以下功能:1): 电机的转动角度可以用脉冲控制2):电机旋转的精度高,可控 3):电机转矩不应太大,当有人阻挡时不能伤害人我们考虑了一下方案:方案一:直流电机直流电机是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势
9、能实现直流电能和机械能互相转换的电机。感应电动势的方向按右手定则确定方案二:交流电机交流电机是输入或输出为交流电的电机。同直流电机比较有一下优点无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。定子绕组散热比较方便。惯量小,易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。方案三:步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一
10、步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机有以下特点:1):电机旋转的角度正比于脉冲数2):一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积3):优秀的起停和反转响应4)步进电机的力矩会随转速的升高而下降4):由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命5):步进电机外表允许的最高温度。由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围6):步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声综合以上方案的特点并结合本毕业设计的需求我选择了方案三。1.2.2触
11、发模块选择触发模块:触发模块直接影响到整个模块的安全,实效性。在选择触发原件时不仅要考虑元器件的安全性、可操作性。还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。首先我们要考虑器件的安全问题,必须是安全的产品,其次必须易于操作,方便出现紧急状况处理问题。最后就是我们的性价比必须要足够高。综合上面的问题考虑我们提出以下方案:方案一:利用激光收发器:它由激光器(图1)、激光接收管(图2)。激光传感器是新型测量仪表,它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。图2 激光器图3 激光接收管我们利用激光收发器,在屏蔽门上安装信号发射装置,在车门上安装接
12、收装置。当列车到站时车门与屏蔽门重合,车门上的接收装置接收到信号开启车门,等待乘客上车完毕后由列车员关闭激光信号,10秒后(列车已经能开走)激光模块自动启动优点:自动化程度高缺点:遇到紧急情况处理不够人性话,有隐患方案二:利用按键控制车门开关,当列车进站时又列车司机按动开门按键,此时车门打开,屏蔽门打开。当旅客上车完毕时,由列车员按动关门按钮,报警安全提示,关上车门及安全门。优点:操作方便,便于处理紧急突发情况缺点:人工操作麻烦综合上面两个方案考虑,各有千秋。基于最严谨的考虑,本毕业设计准备两个方案同时使用,就是利用激光收发器做日常使用,按钮开关作为紧急情况的备用设备1.2.3 驱动模块选择驱
13、动模块:步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作,而必须使用专用的步进电动机驱动器,如图4所示,它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合,也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口功率驱动单元脉冲发生控制单元控制指令步进电机图4 步进电机驱动控制器关于步进电机去驱动芯片我们提出了以下方案:方案一:MC1413MC1413是摩托罗拉公司出品的高耐压、大电流达林顿陈列反向驱动器,由七个硅NPN达林顿管组成。MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,
14、可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高,工作电流大,灌电流可以达到500mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。如下图 图5 MC1413管脚图图6 每一路等效电路方案二:UNL2003ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。如下图 图7 ULN2003管脚图综合考虑上面两个方案,其性能不相上下,价位相当,但是由于自己先前使用过UL
15、N2003芯片,最终选择了方案二2. 硬件设计根据本毕业设计的要求和设计思路,本设计主要由一片AT89S52芯片、时钟晶振电路、复位电路、串口电路、驱动电路、执行电路、蜂鸣器电路组成。如下图图8 AT89S52管脚图图9 时钟晶振电路图10 复位电路图11 串口通信电路2.1 单片机最小系统简介单片机采用MCS-51系列单片机。由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Fla
16、sh,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。而且,它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器,如果程序没有正常工作,就会强制整个系统复位,还可以在程序陷入死循环的时候,让单片机复位而不用
17、整个系统断电,从而保护你的硬件电路。AT89S52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。单片机管脚说明:VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作
18、为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16
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