基于单片机的自动门控制系统课程设计

齐鲁工业大学1齐鲁工业大学课程设计2015年1月15日齐鲁工业大学课程传感器课程设计题目自动门控制系统设计院系电气学院专业班级测控2012级1班学生姓名魏涛学生学号201202051018指导教师孙凯齐鲁工业大学2课程设计任务书课程：单片机的控制系统课程设计题目：自动门控制系统设计专业：测控技术与仪器姓名：魏涛学号：201202051018主要内容：利用51板实现自动门控制系统设计。具体要求如下：1、有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门不远的时候时，安装在门上侧的热释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、无人时关门延迟，当热释收发装置没有检测到有人在离门1m的范围内，将延迟1秒启动电动机带动传动链关门。3、关门中途来人，立即开门。当启动电动机带动传动链关门时，感应探头突然检测到在离门1m的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机带动传动链开门。基本要求：1、熟悉MCS单片机系统的基本构成和工作原理。2、了解自动门系统的原理及控制方法。3、掌握MCS-51系列单片机I/O、定时器等操作方法。4、掌握单片机的一般编程技巧。参考资料：1、张毅刚．单片机原理及应用[M]．北京：高等教育出版社，2010.2、蔡美琴．MCS-51系列单片机系统及其应用[M]．北京：高等教育出版社，2004.完成期限2015-1-15指导教师孙凯专业负责人魏涛2015年1月15日目录齐鲁工业大学3第1章绪论................................................................................................................41.1自动门发展历史..............................................................................................41.2单片机的发展及89C51系列的运用.............................................................41.3红外探测技术的发展......................................................................................51.4设计的主要内容..............................................................................................5第2章系统结构及主要元器件..................................................................................62.1设计整体框图及总电路图..............................................................................62.2主要元器件介绍..............................................................................................7第3章硬件设计........................................................................................................143.1基本单片机系统............................................................................................143.2红外检测电路................................................................................................143.3步进电机..........................................................................................................153.4检测模块........................................................................................................17第4章软件设计........................................................................................................194.1系统软件结构..............................................................................................194.2各部分程序流程设计..................................................................................194.3门行程检测及故障检测................................................................................27结论............................................................................................................................27参考文献......................................................................................................................28齐鲁工业大学4第1章绪论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，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齐鲁工业大学5多著名IC制造厂商，如Philips、NEC、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。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0.88μm-0.94μm,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。1.4设计的主要内容1、有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门不远的时候时，安装在门上侧的热释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、无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门1m的范围内，将延迟1秒启动电动机带动传动链关门。3、关门中途来人，立即开门。当启动电动机带动传动链关门时，感应探头突然检测到在离门1m的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机带动传动链开门。总体结构图如下图1-1：人体信号光学系统（菲涅尔透镜）热释电红外线传感器信号处理自动门控制电路图1-1设计总结构齐鲁工业大学6第2章系统结构及主要元器件2.1设计整体框图及总电路图本设计主要应用单片机程序对步进伺服电机的正转、反转进行控制，从而对门进行开、关的控制。在门的两侧各有一个感应器，分别感应从里面出去和从外面进来的人。感应探测器探测到有人靠近时，将脉冲信号传给主控器单片机，主控器判断后通知电机运行，同时监控电机的转数，以便通知电机在一定时候加力和进入慢行运行。检测人进出的传感器采用红外传感器。图2-1，是自动门系统整体框图。图2-2，是总电路图。图2-1自动门系统整体框图单片机PWM功率接口电动机负载传感器接口电流反馈信号正/负位置反馈脉冲绝对零位脉冲位置给定齐鲁工业大学7图2-2总电路图2.2主要元器件介绍2.2.1单片机单片机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，即将运算器，控制器，输入输出接口，部分存储器以及其他一些逻辑部件集成在一个芯片上，故可以把单片机看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器，没有键盘，不带监控程序的单板机。由于单片计算机具有体积小，重量轻，耗电少，功能强和价格低等特点，又由于数据大多是在芯片内传送处理，所以运行速度快，抗干扰能力强。单片机从七十年代问世以来，在二十多年的