毕业设计(论文)基于单片机的自动门控制设计与实现.doc
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1、本 科 毕 业 论 文论文题目: 基于单片机的自动门控制设计与实现 作 者: 专 业: 电子与信息工程 指导教师: 职称: 2012年4月 20日目 录摘 要1Abstract2第一章 绪 论31.1课题研究的必要性31.2 智能自动门的理论依据31.3 课题的设计要求41.4 课题研究设计思路6第二章 方案论证72.1 电动机调速控制72.2 单片机72.3 传感器的分类82. 4系统组成8第三章 主要器件的介绍93.1 红外传感器的原理和使用93.2 L293D芯片介绍和典型电路103.3 AT89C51单片机简介113.3.1 AT89C51主要特性123.3.2 AT89C51管脚说明
2、:123.4 稳压模块143.5 步进电机143.5.1步进电动机有如下特点:153.5.2 驱动控制系统组成15第四章 系统硬件设计164.1 设计电路的电框图和原理164.1.1系统硬件总体逻辑设计164.2设计电路原理图17第五章 系统软件设计185.1系统软件问题185.2 方案程序设计思路185.3 系统程序流程图195.4 软件的汇编程序 20第六章 调试266.1 初步检查266.2 自动化性能测试266.2.1手工操作266.2.2恢复正常运行模式266.3 维护27结 论28致 谢 词29参考文献30基于单片机红外线自动门控制设计专业班级:电气自动化(1)班 学生姓名:李征胜
3、 指导教师:陈彦涛 职称:讲师摘 要 :单片机SCM(Single Chip Microcomputer),即MicroController,是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。主要包括了微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出口(1/0口)和定时器/计数器、中断系统等功能部件。单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,受到人们的重视和关注,应用很广、发展很快。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计是红外线自动门控制系统,使用红外线传感器作为感应器,检测到人体辐射的红外线能量变化,将其转化为电信号,传给单片机。交流电机
4、作为门驱动装置。通过单片机控制交流电机,使门自动打开,当人进门后又可以使门自动关闭。本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。关键词:单片机 STC89C52 Based on SCM infrared automatic control designAbstract:Single-chip Microcomputer) SCM (performance Chip cluster generator attempts, namely, the Microcomputer MicroController, is the main part in a Chip are inte
5、grated on the Single Chip Microcomputer. Mainly includes microprocessor (CPU), memory (ROM, RAM), input/output (1/0 mouth) and timer/counters, interrupt system function components. SCM since the 1970s, since the advent of its extremely high performance-price ratio, attention by people and attention,
6、 it is widely used and fast development. And 51 SCM is the most typical and every SCM most representative one.This design is infrared automatic control system, using infrared sensors as sensor detects human radiation infrared energy change, transformed into electrical signals, to microcontroller. Ac
7、 motor as a door drive device. Through the single-chip microcomputer control ac motor, making the door automatically open, when people can make the door again after the door shut down automatically. This subject mainly realizes infrared detection and based on AT89C51 single-chip control system.Key w
8、ords: SCM STC89C52第一章 绪 论1.1课题研究的必要性近年来随着社会的进步,人类的发展,计算机在社会领域的渗透,单片机以其体积小、重量轻、价格便宜等特点广泛应用到国民经济建设及人们工作和生活各方面,并成为科学技术现代化的重要工具。由于单片机所拥有的诸多特点,人们将其溶入于生活。在我们所处的生活环境中,充斥着各种各样与单片机相结合而诞生的产物,如交通灯、声控灯、感应自动门等。我在这次毕业设计中所选择的,就是单片机与门结合的产物,自动门系统。 通过对“红外线自动门控制系统”的研究和设计,我精心撰写了红外线控制自动门系统论文。本论文着重阐述了以单片机为主体,步进电机、传感器为核心的
9、系统。1.2 智能自动门的理论依据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
10、速度控制很难,只好进行油压、空压速度控制,转换但因能源利用率低很低,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。自动门机的基本组成大体上相同,有了以上构成,再加上开门信号,就可以配置成一套简单的自动门系统了。 自动门的系统设置是指根据使用要求而配备的,与自动门控制器相连的外围辅助控制装置,如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的组成,楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。 自动门主要有:旋
11、转自动门、弧形自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、重叠自动门、医用自动门、卷闸自动门、车库自动门、特种自动门。1.3 课题的设计要求一个自动门的设计还要包括下面三个方面: 一、智能化设计 自动门选择配置智能化控制系统,可随意设定门扇的运行速度,并可设定半开状态,调节方便。使自动门始终保持在最佳运行状态。并具有自动矫正功能,即使遇到大风等原因引起的运行阻力增大,仍然能够保持平稳的开关门动作。 二、安全性设计 具有自动反转安全装置,当碰到障碍物或人体等异常状况时,门扇自动反转退出,并在下次接近阻力区域时以安全速度前进,避免夹人事件和机件损毁的现象发生,提高自动门运行时的安全性,延长自动门寿
12、命。门扇开启轻巧方便,当停电时,老人、儿童等均可开闭自如,开闭力量在3.5公斤以下,方便、安全、可靠。 三、稳定性设计 自动门采用步进电机,具有高效、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不过热等特性,大大超越传统交流伺服马达。 由于采用步进电机驱动,配合T型齿条同步带,使门体自低速至高速的运行中具有卓越的稳定性。由于采用高性能的电源输入,不管电压波幅多大均可自动稳压。此外在负载瞬间短路时还有过压及过流保护措施,有效保障自动门运转的稳定耐久和安全。自动门在具体场合的使用设计上,还应注意做好以下配置的选用: 1、安全辅助装置 如在高档酒店等地方可以选择安装防夹人红外感应器,防止停留在门附近的人被
13、门所夹住。 2、备用电源 为保证停电时自动门也能工作正常,应配置备用电源。 3、辅助光线传感器 在需要的地方,自动门可以安装辅助光线传感器(红外对射保护装置),当门打开时,人站着不动,用手遮挡辅助光线传感器,门应该保持打开状态。当手离开后几秒后,门应该重新关闭。综上所述,自动门在很多领域具有不可比拟的优越性,随着国民经济的快速发展,自动门在我国已经迎来了快速发展的黄金时期。 自动门构造的技术参数 一、 主要的技术指标: 技术指标 单门 双开门 门重量 130kg1扇 100kg2扇 导轨长度 20005000mm 开门速度 200450mm/秒(可调) 闭门速度 200450mm/秒(可调)
14、慢行速度 3050mm/秒(可调) 开门时间 开门静止后110秒的范围内(可调) 控制器 高速智能电脑处理器控制 马达 DC24V 40W无刷步进电机 电源电压 AC220V 50Hz 消耗功率 100W 手动开启力 3.5公斤以下 安全功能 开闭时遇到障碍物能立即开启,晚间转换到报警功能 使用环境 -20+50 二、主要构造部件 部件特性 智能控制器:自动检测门的重量、宽度,使门保持在最佳运行状态。 步进电机:高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热。 皮带:高效同步齿型带,防止打滑,保证平稳运行。 吊架:用于运动门扇的悬挂,安全可靠。1.4 课题研究设计思路1、有人来时(进门或
15、出门)开门。当人走到离门不远的时候时,安装在门上侧的红外线传感器信号检测装置检测到有人时,将启动电动机带动传动链开门。2、当人离开后,自动门将延迟1秒启动电动机带动传动链关门。图 1-1 红外门原理图第二章 方案论证2.1 电动机调速控制1电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种 : 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。 控制电动机输入功率以调节电动机的转速。 电机、电动机、制动电机、变频电机、调速电机、三相异步电动机、高压电机、多速电机、双速电机和防爆电机
16、。2 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲: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(及步进角)。您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;同时您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。2.2 单片机单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成
17、进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 20世纪80年代以来,单片机的发展非常迅速,就通用单片机而言,世界上一些著名的计算机厂家已投入市场的产品就有50多个系列,数百个品种。尽管单片机的品种很多,但是在我国使用的最多的是INTER公司的MCS-51系列单片机,直到现在MCS-51系列单片机仍不失为主流系列。在最近的若干年仍是工业检测控制的主角。MCS-51系列单片机有3个基本类型:8031、8051、8751。这里选用的是8751单片机。8031内部包括一个8位CPU,128个字节RAM,21个
18、特殊功能寄存器,4个8位并行I/O口,1个全双功串行口,2个16位定时器/计数器,但片内无程序存储器,需要外扩EPROM芯片。8051在8031基础上,片内又集成有4K ROM,作为程序存储器,是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时,代为用户烧制的,出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合用于应用在程序已定的产品中。2.3 传感器的分类 可以用不同的观点对传感器进行分类:它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应);它们的用途;它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作原理,可分为物理传感器和化学传感器二大类 : 传感器工作原理
19、的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 2. 4系统组成 本设计属于单片机应用系统。它是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用,是典型的嵌入式系统。通常将满足海量高速数值计算的计算机称为通用计算机系统;而把面向工控领域对象,嵌入到工控应用系统中,实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统。嵌入式系统一般分为四种:工控机,通用CPU模块,嵌入式微机处理,单片机。嵌入式系统具有以
20、下特点:(1)面对控制对象。如传感信号输入、人机交互操作,伺服驱动等。(2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。(3)能在工业现场环境中可靠运行的品质。(4)突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统(I/O控制、位操作和转移指令等)。单片机有惟一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统,最能满足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统,能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求,是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。第三章 主要器件的介绍3.1 红外传感器的原理和使用 利用红外线的物理性质来
21、进行测量的传感器。红外线又称红外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质,只要它本身具有一定的温度(高于绝对零度),都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触,因而不存在摩擦,并且有灵敏度高,反应快等优点。使用红外接收头和发射管配合,利用38k频率解决灵敏度问题。38K调制和发射电路。使用一个定时器的快速PWM模式产生38K调制信号,通过剩余的四个施密特触发器(有2个已经用在光电编码部分)缓冲,推动8050三极管和红外发光管来发射已经调制的红外线。 图 3.1 红外线感应器电路图为使用方便,我们改用成品。 图3.2 红外线感应模块 3.2 L293D芯片介绍和典型电路
22、 L293D是一种直流电机控制器件。该器件具有外围电路简单、易于集成、控制等特点。本设计是在单片机SPCE061A的基础上,扩展了两片L293D构成了护士移动机器人主控电路板,同时也扩展了电源,确保L293D为电机供电。实际测试中,L293D对电机的控制效果良好。L293D可接受标准TTL逻辑电平信号VSS,VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压,VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达2.5 A,可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本实验装
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