基于单片机的自动门控制系统毕业设计.doc
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1、毕业设计基于单片机的自动门控制系统摘 要随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,自动门开始进入人们的日常生活,成为宾馆、超市、银行等现代建筑所必备之物,是建筑智能化水平的重要指标之一。它具有美观大方、防风、防尘、降低噪音等优点,同时方便了人们出入,也方便了管理,增强了安全。它实用性强,功能齐全,技术先进,使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得,数字时代的发展将改变人类的生活,将加快科学技术的发展。控制系统是自动门的心脏,也是衡量其设计制造水平的重要指标,同时自动门控制系统逐渐向大型化、复杂化和智能化的方向发展。本设计主要应用单片机8051作为控制核心,直流电机、热释电型红外
2、传感器等相结合的系统。它充分发挥了单片机的性能,其优点硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠,性价比较高等特点,具有一定的使用和参考价值。关键词:自动门;单片机;控制;热释电红外传感器目录1绪论11.1 自动门发展历史11.2 单片机的发展及89C51系列的运用11.3 红外探测技术的发展22系统总体方案32.1 系统总体规划32.2器件介绍32.2.1 单片机32.2.2热释电红外传感器83 硬件设计103.1 基本单片机系统103.2 红外检测电路103.2.1 放大信号电路113.3 电动机电路124控制系统软件设计144.1 主程序设计144.1.1 主程序流程图144.1.2 主程
3、序144.2调试164.2.1 硬件调试164.2.2 软件调试174.2.3 调试中出现的问题175总结与展望18致谢19参考文献20附录I 总电路图21附录II 程序22附录III 实物图241绪论1.1 自动门发展历史自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸,是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。自动门是指:可以将人接近门的动作(或将某种入门授权)识别为开门信号的控制单元,通过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭,并对开启和关闭的过程实现控制的系统。 自动门开始在建筑物上使用,是在二十世纪年以后。二十年代后期,美国的超级市场的开放,自动门开始被使用,受此影响,世界第一自动门品牌多
4、玛在1945年开发出油压式、空气式自动门,新建大楼的正门也开始使用了。到了1962年,电气式己开始出现,之后伴随着城市的建设,自动门技术的领域每年都在增加。当初,用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难,只好进行油压、空压速度控制,转换但因能源利用效率很低,然而伴随着电气控制的技术发展,现在电气控制技术已经成熟,直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。例如:各种用可识别控制的自动专用门,如:感应自动门(红外感应,微波感应,触摸感应,脚踏感应)、刷卡自动门等。 21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:有效地防范、通行、疏散,同时还突出了建筑艺术的理念,强调门与建筑以及周围环境整体
5、的协调、和谐。门大规模专业化生产始于150年前,在不断发展和完善的过程中,涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式-自动门起源在欧美,迅速发展至今天,已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。1.2 单片机的发展及89C51系列的运用担任本设计处理部分的是89c52单片机(89C51系列).目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,
6、这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。随着半导体集成工艺的不断发展,单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中,80C51系列是其中的佼佼者,加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商,如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等,这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样,80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族,现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为,虽
7、然世界上的MCU品种繁多,功能各异,开发装置也互不兼容,但是客观发展表明,80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。 STC89C51RC系列单片机是宏晶科技出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器和6时钟/机器可选,HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。89C52与89C51的区别在于51的程序空间为4K字节,而52程序空间为8K字节,其余性能与结构相同。本论文以89C51RC系列来讲述。1.3 红外探测技术的发展红外探测技术在军事技术、工业控制、安全保卫、家用电器以及人们的日常生活等诸多领域中都有着非常广泛的应用,而
8、一些教学实验的测控系统也在教学中发挥了很大的作用。红外探测技术利用红外光波(又称红外线)作为载波来传送测量信号或者控制指令,例如红外遥控电视开关、红外报警器、自动玻璃门等。之所以采用红外光波作为测控光源,是由于红外发射器件与红外接收器件的发光与受光峰值波长一般为0.88m0.94m,落在近红外波段内,而且二者的光谱恰好重和能够很好地匹配,可获得较高的传输效率及较高的可靠性。红外测控系统一般包括发射、接收以及处理部分。在本设计中,红外线探测器中的热电元件检测人体的存在或移动,并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后,对电压信号进行波形分析。于是,只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时,才输
9、出检测信号。例如,在两个不同的频率范围内放大电压信号,且将被放大的信号用于鉴别由人体引起的信号。2系统总体方案本章围绕系统的总体设计,介绍系统组成框图、主控芯片单片机的内部硬件资源及其接口技术、整个自动门系统所用到的其它IC的介绍。2.1 系统总体规划本系统主要由单片机及其外围电路、红外检测电路、直流电机控制电路等组成。正常工作时,单片机循环检测红外检测电路输出信号,据此产生直流电机控制信号,电动机带动门运行,当系统检测到控制方式发生改变时,系统进入相应式。如门在的控制方关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开。其原理方框图如2-1所示。 图2-1 原理方框图2.2器件介绍 2.2
10、.1 单片机单片机处理模块部分选用的芯片为89C52RC,属于89C51RC系列。选用STC单片机的理由:降低成本,提升性能,原有程序直接使用,硬件无需改动。使产品更小,更轻,功耗更低用STC提供的专用工具可很容易的将2进制代码、16进制代码下载进STC相关的单片机。 图2-2 89C52RC引脚图如图2-2为89C52RC的引脚图;各引脚功能如表2-1。表2-1 89C52RC引脚功能管脚管脚编号说明LQFP44PDIP40PLCC44P0.0 P0.737-3039-324336P0:P0口既可作为输入/输出口,也可作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时,P0是一个8位准双
11、向口,上电复位后处于开漏模式。P0口内部无上拉电阻,所以作I/O口必须外接10K-4.7K的上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时,是低8位地址线A0A7,数据线的D0D7,此时无需外接上拉电阻。P 1.0/T2401 2P 1.0标准I/O口 PORT 0T2定时器/计数器2的外部输入P1. 1/T2EX4123P . 标准I/O口 PORT 1T2EX定时器/计数器2捕捉/重装方式的触发控制P 1.24234标准I/O口 PORT 2P 1.34345标准I/O口 PORT 3P 1.44456标准I/O口 PORT 4P 1.5 167标准I/O口 PORT 5P 1.6278标准
12、I/O口 PORT 6P 1.7389标准I/O口 PORT 7P2.0 P2.7 18-2521 -2824-3Port2: P2口内部有上拉电阻,既可作为输入/输出口,也可作为高8位地址总线使用(A8 A 5)。当P2口作为输入/输出口时,P2是一个8位准双向口。P3.0/RxD5 10 11P3.0标准I/O口 PORT30RxD串口1数据接收端P3.1 /TxD7 11 3P3.1 标准I/O口 PORT31TxD串口1数据发送端P3.2/INT08 12 14P3.2标准I/O口 PORT32INT0外部中断0,下降沿中断或低电平中断P3.3/INT 9 13 15P3.3标准I/O
13、口 PORT33INT 外部中断1,下降沿中断或低电平中断续表2-1 89C52RC引脚功能引脚功能P3.4/T0 1014 16P3.4标准I/O口 PORT34T0定时器/计数器0的外部输入P3.5/T 11 15 17P3.5标准I/O口 PORT35T1 定时器/计数器1的外部输入P3.6/WR 12 16 18P3.6标准I/O口 PORT36WR#外部数据存储器写脉冲P3.7/RD131719P3.7标准I/O口 PORT37RD#外部数据存储器读脉冲P4.0 1723P4.0标准I/O口 PORT40P4.1 2834P4.1 标准I/O口 PORT41P4.2/INT3#391
14、 P4.2标准I/O口 PORT42INT3#外部中断3,下降沿中断或低电平中断P4.3/INT2#6 12P4.3标准I/O口 PORT43INT3#外部中断2,下降沿中断或低电平中断P4.4/PSEN#262932P4.4标准I/O口 PORT44PSEN#外部程序存储器选通信号输出引脚P4.5/ALE273033P4.5标准I/O口 PORT45ALE地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚P4.6/EA#2931 35P4.6标准I/O口 PORT46EA#内外存储器选引脚RST49 10RST复位脚XTAL1 15 1921 内部时钟电路反相放大器输入端,接外部晶振的一个引脚。当直
15、接使用外部时钟源时,此引脚是外部时钟源的输入端。XTAL2 14 1820内部时钟电路反相放大器的输出端,接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时,此引脚可浮空,此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟进行输出。VCC384044电源正极Gnd 162022电源负极,接地1 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图2-3(a) 所示,在RXD和TXD引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率
16、可以在1.212MHz之间选择,电容值在530pF之间选择,电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图2-3(b)所示,RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。(a)内部方式时钟电路 (b)外部方式时钟电路图2-3时钟电路2 复位及复位电路A 复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为
17、摆脱困境,也需按复位键重新启动。除PC之外,复位操作还对其他一些寄存器有影响,它们的复位状态如表2-2所示。表2-2 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00HB 复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振,则复位信号持续时间应超过4
18、us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图2-4所示图2-4复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器,再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样,然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,其电路如图2-5(a)所示。这佯,只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中,按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而
19、实现的,其电路如图2-5(b)所示;而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。其电路如图2-5(c)所示: (a)上电复位 (b)按键电平复位 (c)按键脉冲复位图2-5复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振,能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图2-5(b)上电复位方式。2.2.2热释电红外传感器热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自
20、身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104,故引入的沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有
21、极性的,因此极化后的探测元也是有正、负极性的。人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长10UM左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生信号。1D脚 2S脚 3G脚图2-6热释电红外传感器内部结构图2-6是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极,G端接电源负极,S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串
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