采用单片机控制的红外自动门毕业论文.doc
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1、毕业论文采用单片机控制的红外自动门摘 要在今天自动化、信息化程度越来越高,单片机的应用领域也就越来越广,成为人们生活不可或缺的一部分。随着社会与科技的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活,以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。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。它更让我们懂得,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。通过对“自动门单片机控制系统”的研究和设计,本论文着重阐述了以单片机为主体,步进电机为核心的自动门运行系统。本设计主要应用AT89C52
2、作为控制核心,步进电机、红外传感器、磁开关结合的系统。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。关键词:单片机;自动门;步进电机;红外传感器AbstractIn todays increasingly high degree of automation, informationization, application field of SCM is more and more widely, become an integral part of peoples life. Along with the development of society
3、 and science and technology, the progress of science and technology, and improve the peoples living standard, convenient to gradually, the automatic control system of life into peoples life, based on singlechip automatic system is one of them. Also marks the automatic control field became a member o
4、f the digital age. It is practical, complete functions, advanced technology, make people believe that it is the results of scientific and technological progress. Let us know more, and digital age will change the development of human life, will speed up the development of science and technology. Base
5、d on the automatic control system of research and design, this paper mainly discusses the microcontroller as main body, dc motors, speed measurement as the core of the automatic operation system.This design is mainly used as control core and AT89C52 dc motor, infrared sensor, the combination of magn
6、etic switch system. Give full play to the chip. The advantages of simple circuit hardware, software function perfect, reliable, cost-effective control system is higher characteristic.Keywords:SCM; automatic door;DC;nfrared sensor目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题开发背景11.2 立题目的和意义11.3 自动门的分类与特点21.4 系统完成的功能
7、21.5 本章小节3第2章 整体设计方案选择42.1 系统功能及需求分析42.1.1 系统功能42.1.2 需求分析42.2 自动门系统整体方案设计52.2.1 主控芯片选择52.2.2 电动机的选择52.2.3 传感器模块的选择62.3 本章小结7第3章 系统硬件设计83.1 系统硬件的总体设计与元器件的选择83.1.1 系统硬件总体设计83.1.2 元器件选择93.2 各功能模块的介绍与设计93.2.1 AT89C52单片机的介绍93.2.2 步进电机的介绍143.2.3 红外热释电探测模块介绍183.2.3 报警模块介绍203.2.4 系统电路图213.3 本章小结23第4章 系统软件设
8、计244.1 系统软件设计244.2 软件流程244.3 本章小结26第5章 系统调试275.1 初期检测275.1.1 系统硬件调试275.1.2 系统软件调试275.1.3 系统整体调试275.3 本章小结29结论30致 谢31参考文献32附录1 译文33附录2 英文参考资料34附录3 系统程序设计代码36附录4 实物照片40第1章 绪论1.1 课题开发背景随着社会的发展和人民生活水平的提高,社会中智能化工具越来越多。作为建筑物一部分的门,从最基本的意义上讲,要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行两种要求。因此,门体本身要求牢固和密封。使用方便的最高要求就是自动控制,于是就产生了自动门。在
9、我们许多的高楼耸立的大都市,在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼,自动门已经是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处,更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。如:电动车库门、电动卷帘门、电动户外大门等不在此范围内。不同使用环境对使用的方便性有不同的要求,于是就发展出各种功能配置的自动门.使用环境的不同可以分为两类,即公共区域与非公共区域。公共区域的特点是不对出入的人员进行选择,门的使用频率较高甚至很高,所以公共区域对自动门的基本要求是耐用:然而,公共区域也会有某些特殊的要求。非公共区域的特点是要对出入的人员进行选择,因此对锁功能、门禁系统、安全
10、性、保安性能、紧急状态功能、极端情况下的功能等要求会很高。各种非公共区域对门控功能可能有不同的要求,因此,自动门的配置就应该不同。入口门由于其位置的关系,对建筑物的美学意义上的风格会产生很大的影响。研究自动门业的重要发展趋势之一是为不同风格的建筑、甚至为同一建筑的不同风格的区域,提供不同形式的自动门,来满足人们的日常生活需要与审美需要。1.2 立题目的和意义随着科技的发展以及人们生活水平的大幅度提高,特别是近几年国内经济的发展以及科学技术的不断发展,人们对防盗的要求也是越来越高,同时对使用的便捷性也有了更高的需求,目前国内外对自动门的研究逐渐增多,主要目的就是为了更适合现在的生活与生产。由于自
11、动门的广泛应用与适应性强,所以本文根据单片机技术、步进电机、红外传感器对自动门在保证质量的情况下更实用与节约进行了研究。与传统自动门相比在相同成本下更美观、实用与便捷。1.3 自动门的分类与特点自动门形式上可以分为自动平移门、自动平开门、自动圆弧门、自动折叠门和自动旋转门。由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求,所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。客流量的差异会对自动门的使用产生很大影响,因此,自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。从形式上选择自动门,主要根据建筑风格和建筑环境的条件及特点,达到整体的协调,以及突出或加强建筑设计的某种创意。而根据门
12、体特点和门的使用条件不同来选择自动门,是我们用来保证自动门正常使用和延长自动门使用寿命的关键所在.我们主要使用的研究对象是自动平移门:自动平移门,也可以叫做感应门,其最常见的配置是门机和门内外两侧加雷达。当人走近自动门时,雷达感应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后,再将门关闭。由于这种门在通电后可以实现无人管理,既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内建筑市场上普及起来。然而,由于对自动门缺乏透彻的认识,因为使用和维修不当常常造成门机故障率高,进而影响门机的使用寿命。同时,国家没有相应的标准,使确定各种品牌产品的档次缺乏依据,尤其是自动门的使用安全性没
13、有保证。所以透彻而全面地了解自动平移门是有很多用处的。自动平开门有以下特点:自动平开门的最主要特点是对门体没有特殊要求,只要是有安装条件就可以使一普通的平开门变成自动门,唯一的要求是对于重型自动平开门机来说,应配备高强度的合页,因为门机运行时开门力矩对合页的作用力很大。自动平开门从工作原理上可分为全电动和半电动两种,两种门机各有特点,适用范围也有所不同。1.4 系统完成的功能设计并实现采用单片机控制的红外自动门系统。确定设计方案制作硬件电路板,用C语言编写单片机程序实现自动门功能。而单片机是整个控制系统的核心,通过合理的设计单片机程序可以有效解决其故障问题。通过合理硬件选择可以有效降低其成本。
14、自动门控制系统是自动门的控制核心,本系统的具体功能实现如下:1、当红外探测器检测到有人过来时,门自动打开,延时5秒后自动关门;2、当门出现故障或中间有异物时,超过关门的设定时间,蜂鸣器发出警报,直到故障问题解决之后自动关门;3、红外探测模块设置开关,使门既可以被电机驱动开关,也可以手动开关。1.5 本章小节本章通过介绍由原始的门到现有的各种诸如防盗门、车库门、卷帘门、自动门等,并例举了几种自动门的优缺点,与传统自动门相比在相同成本下更美观、实用与便捷,从而满足了人们的日常生活需要与审美需要。第2章 整体设计方案选择2.1 系统功能及需求分析2.1.1 系统功能由于自动门是通过芯片控制电机驱动而
15、工作,从而控制自动门的开关。现在应用较广的自动门是使用红外探测的自动门。其性能和便捷性以大大超过了其他的自动门,功能特点如下1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。2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
16、在3.5公斤以下,方便、安全、可靠。3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。2.1.2 需求分析随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活,以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。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。由于自动门在通电后可以实现无人看管,同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音,既方便又提高了建筑的
17、档次,于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成为了银行,写字楼,酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达,当人走近自动门时,雷达感应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后,再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理,既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。2.2 自动门系统整体方案设计2.2.1 主控芯片选择在本系统设计中所需要的I/O输入输出口为32个,综合各方面的因素考虑,本控制系统设计的硬件选用ATMEL公司生产的AT89C52作为主控中心。A
18、T89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统及80C52产品引脚结构。AT89C52芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52具有如下特点:40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 字节内部RAM,32
19、个外部双向输入/输出(I/O)口,1个6向量两级中断结构,3个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。2.2.2 电动机的选择在设计本系统使用的是步进电机。步进电动机有几个特点如下:1电机旋转的角度正比于脉冲数; 2电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时); 3由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性; 4优秀的起停和反转响应; 5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; 6电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本; 7仅仅将
20、负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 8由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围。2.2.3 传感器模块的选择方案一:被动式热释电红外探头的优点:本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好。价格低廉。缺点:容易受各种热源、光源干扰;被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收;环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。抗干扰性能好。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。方案二:磁电感应传感器是利用电
21、磁感应原理将被测量转换成电信号的一种传感器。他不需要辅助电源就可以把被测对象的机械量转换成便于我们测量的电信号,是有源传感器。他被人们普遍应用是应为其良好的输出功率与稳定性一、工作原理依据磁感应定律,当W匝线圈恒定磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Q,则线圈内的感应电势E与磁通变化率dQ/dt的关系为E=-w(2-1) (2-3)根据此原理,可以设置自动门的非接触开关。开次路边同事的线圈、磁铁不动,当测量道门上的磁铁时,输出一个电量信号。二、基本特性在此电传感器电路中接入需要被测量的电路,磁电传感器输出电流Io,传感器的电流灵敏度为 (2-4)公式中:Rf表示测量电路输入电阻 R表示线圈等效电阻
22、传感器输出电压和电压灵敏度为 (2-5) (2-6)当传感器受到外界磁场干扰、温度变化、振动时,他的灵敏度就会发生变化必然有相应误差。这个相对的误差为 (2-7)传感器通常灵敏度比较高,一般不用高增益放大器,直接输出感应电势。感应到有人电机正传并延时反转,系统有限位保护和定时锁功能。电机需要用三相步进电机六拍工作方式。在本系统中采用红外探测方式来进行驱动门的开关,主要目的就是保证只对人体探测,确保探测器不被其他的红外辐射所干扰,更加方便人们使用。 热释电红外探测器只针对人体红外辐射探测,不容易被其他的红外辐射所干扰;而磁电感应传感器探测范围广与本设计的初衷不符,所以采用方案一。2.3 本章小结
23、本章主要是对本设计系统中使用的主要器件的选择做了一个详细的说明,将本系统中所选的器件和其它器件做比较,从而体现出所选器件的优势所在,提高本系统的整体性能,为系统硬件的选择和设计提供了依据。第3章 系统硬件设计3.1 系统硬件的总体设计与元器件的选择3.1.1 系统硬件总体设计本系统主要是使用红外探测器控制自动门开关的设计,系统主要有以下几个模块:红外检测模块、门行程模块、故障检测模块、步进电机控制模块、故障显示模块、警报模块。红外自动门的系统硬件框图如图3-1AT89C52单片机警报模块故障显示模块故障检测模块门行程检测模块红外线检测模块步进电机控制模块图3-1 红外自动门系统硬件框图各功能模
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