基于单片机的自动门控制系统设计

毕业设计（论文）

设计题目 基于单片机自动感应门设计与仿真 学 院 机电工程学院 教 学 系 电气技术系 班 级 12电气5 姓 名 李春宇 指导教师 张永红

2017年3月

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摘要

现代社会是一个快速发展的信息化社会，随着科学技术的不断进步，人们不断去追求舒适，方便的生活环境。于是相应的电子产品产生，智能型自动门同样出现在人们的生活中。自动门的控制系统是随着人们对生活条件的不断追求，科技的不断发展应运而生的产品。由于单片机系统的适应能力强，稳定性高，所以本设计采用AT89C51单片机作为主控制器。

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，检测到人体时红外线能量变化，传给单片机。电机作为门驱动装置。通过单片机控制电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。

关键词：单片机；热释红外线传感器；AT89C51；BIS0001芯片

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目 录

摘要 ................................................................................................................................................. 1 1. 绪论 ............................................................................................................................................ 3

1.1 课题研究的背景 ........................................................................................................... 3 1.2 自动门的发展 ............................................................................................................... 3 1.3 电机自动控制系统的应用和发展 ............................................................................... 4 1.4 课题研究的目的和意义 ............................................................................................... 4 1.5 设计的基本思路 ........................................................................................................... 5 2. 系统硬件设计 ............................................................................................................................ 6 2.1 系统硬件与功能设计 ................................................................................................... 6 2.2 单片机介绍 ................................................................................................................... 9 2.3 热释电红外传感器介绍 ............................................................................................. 11 2.4 BISS0001芯片介绍和典型电路 ................................................................................ 13 2.5 步进电机 ..................................................................................................................... 15 2.6 斩波驱动 ..................................................................................................................... 16 3. 系统软件设计及调试 .............................................................................................................. 18

3.1 系统软件结构 ............................................................................................................. 18 3.2 各部分程序流程设计 ................................................................................................. 18 3.3 调试 ............................................................................................................................... 20 3.4 门行程检测及故障检测 ............................................................................................... 22 总结 ............................................................................................................................................... 23 谢辞 ............................................................................................................................................... 24 参考文献 ....................................................................................................................................... 25 附录：程序源代码 ....................................................................................................................... 26

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1. 绪论

1.1 课题研究的背景

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。 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。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 自动门的发展

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。

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1.3 电机自动控制系统的应用和发展

电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱、空调、DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。

随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微型计算机的性能越来越高，价格也越来越便宜。此外电力电子技术的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制各类电机．完成备种新颖的、高性能的控制策略，是电机的各种潜在能力得到充分发挥，是电机的性能更符合使用要求，还可以制造出便于控制纳新型电机，使电机出现新的面貌。

比较简单的电机微机控制，例如在适当的时候让电机启动、制动或反转之类，只要让微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了：在各种机床设备及生广流水线中，现在已普遍采用微机的可编程控制器。按一定的规律控制各类电机的动作。

至于复杂的控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等，使电机按指定的指令准确工作。

通过微机控制，电机的性能有很大的提高。例如传统的直流电集合变流电机各有忧缺点，直流电动机的调速性能好。但带有机械按向器，有机械磨损及换向火化等问题；交流电动机，不论是异步电动机还是同步电动机，结构都比直流电动机简单。工作也比直流电动机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，他们的速度不能方便而又经济的调节。

复杂的电机微机控制主要用于以下两个方而：

1、发电机励磁系统的控制。用以保证正常工作时发电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定，达到优化控制的目的。

2、电动机调速及其位置伺服控制。用于鼓风机或水泵的调速节能、数控机床、微型计算机磁盘驱动器、机器人等控制系统。

在电机微机控制系统中，微机主要完成下列工作：

1、实时控制。根据给定的要求控制规律，对发电机的电压，电动机的转速等物理量实现在线实时控制。

2、监控。完成事故报警、事故处理、系统诊断及管理等。

3、数据处理 完成必要的数据采集、分析处理、计算、显示、记录等。

1.4 课题研究的目的和意义

自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、

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自动圆弧门、自动折叠门等，其中自动平移门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门。

自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，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，提高了建筑的档次。

随着电子科技的不断发展, 各种智能控制系统进入人们的生活。自动平移门控制系统成为学校、公司等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

1.5 设计的基本思路

1、有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门1m的时候，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 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。

图1-1 设计总结构

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2. 系统硬件设计

2.1 系统硬件与功能设计

红外自动门控制系统主要由AT89C51单片机及其外围电路、红外检测电路，门行程检测电路、步进电机控制电路、故障检测电路、故障显示电路、控制方式切换电路等七部分组成。单片机循环检测红外检测电路和门行程检测电路输出信号，据此产生步进电机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应的控制方式。如门在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，当系统出现故障，进入故障处理程序。

系统硬件框图如图2-1所示：

AT89C51单片机 EPROM SRAM 电机电路控制 红外线检测 故障显示报警 门行程检测 控制方式切换 故障检测 图2-1 红外线自动门控制系统硬件

感应自动门的种类很多，在此，仅以平移型感应自动门机作为设计的重点。首先，平移式自动门机组由以下部件组成：

（1）主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。

（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号。

（3）动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。 （4）门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向

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行进。

（5）门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。 同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。

（6）下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。

（7）当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：

感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器做出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。

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下图为设计电路原理图

图 2-2电路原理图

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2.2 单片机介绍

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图2-3所示。

图2-3 AT89C51外形及引脚图

2.2.1 AT89C51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门电流。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

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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位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。在实际应用中，大多数情况下都使用P3口的第二功能。

P3.0 —RXD：串行输入口 P3.1 —TXD：串行输出口 P3.2 —/INT0：外部中断0 P3.3 —/INT1：外部中断1 P3.4 —T0：记时器0外部输入 P3.5 —T1：记时器1外部输入 P3.6 —/WR：外部数据存储器 P3.7 —/RD：外部数据存储器

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

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XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。

2.2.2 AT89C51主要特性

* 与MCS-51 兼容

* 4K字节可编程闪烁存储器 * 寿命：1000写/擦循环 * 数据保留时间：10年 * 全静态工作：0Hz-24Hz * 三级程序存储器锁定 * 128*8位内部RAM * 32可编程I/O线 * 两个16位定时器/计数器 * 5个中断源 * 可编程串行通道 * 低功耗的闲置和掉电模式 * 片内振荡器和时钟电路

2.3 热释电红外传感器介绍

热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

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热释红外线传感器内部结构与电路如下图2-3所示。热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生微弱电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。热释电红外传感器的结构及内部电路见下图所示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm-12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。

热释电红外探头的优缺点：

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。

2.3.1热释电红外传感器结构

由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2-20um。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外

如图2-4热释电红外传感器内部结构

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图2-4 热释电红外传感器内部结构

2.4 BISS0001芯片介绍和典型电路

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

图2-5 BISS0001 芯片管脚

BISS0001芯片管脚

1脚（A）为触发方式控制端，当A＝1时，电路可重复触发；当A＝0时，电路不可重复触发。

2脚（V0）为控制信号输出端，当有传感信号输人时，V0输出高电平。

3脚（RX）和4脚（CX）为输出定时控制器T，的外接元件端，定时时间为：TX＝50×103RXCX。

5脚（Ri）和6脚Ci）为锁定时间控制器Υi的外接元件，锁定时间Ti＝24RiCi。

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7脚（VSS）为电源正端。

8脚（VRF）为参考电压及复位端，使用时一般接VDD，若按ⅤSS，可使定时器复位。 9脚（Vc）为触发禁止端，当VC＜VR时禁止触发；当VC＞VR时，允许触发，VR＝0.2VDD.

10脚（IB）为偏置电流设置端，由外接电阻RB接ⅤSS端，RB一般取1MΩ的电阻。 11脚（VDD）为电源正、负端。 12脚（OUT2）为第二级运放的输出端 13脚（IN2-）为第二级运放的反相输人端。 14脚（IN1+）第一运放的同相输入端。 15净（IN1-）第一运放的反相输入端。 16脚（OUT1）为第一运放的输出端。 2.4.1 BISS0001的内部结构及特点

下图2-3中，运算放大器OPl将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器01：'2进行第二级放大，再经由电压比较器COPl和ODP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器，输出信号VO经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。

BISS0001的特点： *CMOS工艺，公耗低 *数模混合

*具有独立的高输入阻抗运算放大器 *内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 *内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 *采用16脚DIP封装 * 内置参考电源

*工作电压范围宽（3V～5V) 2.4.1 BISS0001工作原理

BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。当热释电红外传感器接收到人体红外辐射后输出检测信号，然后由14脚输入BISS0001,经地内部电路处理，由2脚输出探测信号（正向脉冲信号）。输出脉冲信号的宽度由外接电阻R9和电容C6来决定。当 2脚输出控制脉冲后，电子开关被接通，数字编码电路和无线电发射电路由于得到电源而开始工作。电源变压器为5W/15V，E为12V免维护蓄电池，供停电使用。S1为锁控电源开关，可根据需要安装在适当处所，用来接通工作电源，无必要时可取消设置。SCR采用1A的单向可控硅。HFC9301为软封装发声电路，发声为“嘀、嘀”声。电路的调试主要是主机与各分机之间的统调。将发射电路和接收电路组装好后，先将发射机中C10的调至适当位置后固定不动，

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接着调整接收机中的C1，使接收机能收到发射机发出的信号。若为“一对多”或“多对一”报警系统，应先将主机“一”（可以是发射机，也可以是接收机 ）调好固定，然后调整各分机，使其与主机统调。BISS0001 应用线路图如2-6所示。

图2-6 BISS0001的热释电红外开关应用电路图

上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间TX由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。在BISS0001的内电路中，运放A是一个独立的放大器，由它放大后输出的信号电压通过.

2.5 步进电机

步进电动机是纯粹的数字控制电动机：它将电脉冲信号转变成角位移．即结一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度．因此非常适合于单片机控制。近30年来．数字技术、计算机技术和水磁材料的迅速发展．推动厂步进电动机的发展，为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。

2.5.1 步进电动机有以下特点

(1)步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比具有良好的跟随型。以由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时．它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭外数控系统。

(2)步进电动机的动态响应快。易于起停、正反转及变速。

(3)速度可在相当宽的范围内平滑调节。低速下仍能保证获很大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。

(4)步进电动机只能通过脉冲电源供电才能远行。它不能直接使用交流电源和直流电源 (5)步进电动机存在振荡和失步现象．必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。

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(6)步进电动机自身的噪音和振动较大．带惯性负载的能力较差。 2.5.2 驱动控制系统的组成

使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如图2-7所示：

图 2-7系统框图

步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下:

步进电动机控制换相顺序

步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行。通常我们把通电换相这—过程称为脉冲分配。三相六拍步进电机工作方式通电换相的正序是A-AB-B-BC-C-CA；反序为A-CA-C-BC-B-AB；共有六个通电状态

2.6 斩波驱动

下面讲的是斩波恒流驱动的原理图。T1是一个高频开关管。T2开关管的发射极接一只小电阻只，电动机绕组的电流经这个电阻到地，所以这个电阻是电流取样电阻。比较器的一端接给定电压Uc，另一端接取样电阻上的压降，当取样电压为0时，比较器输出高电平。

图2-8 斩波恒流驱动的原理图

当控制脉冲Ui为低电平时．T1和T2两个开关管均截止；当U1为高电平时，T1和

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T2两个开关管均导通，电源向绕组供电。由于绕组电感的作用，只上的电压逐渐升高，当超过给定电压Uc的值时,比较器输出低电平，使与门输出低电平、Tl截止，电源被切断；当取样电阻上的电压小于给定电压时，比较器输出高电乎，与门也输出高电平，T1又导通，电源又开始向绕组供电。这样反复循环，直到Ui为低电平。

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3. 系统软件设计及调试

3.1 系统软件结构

整个系统软件主要由主程序、开门子程序、关门子程序、T0中断服务程序、T1中断服务程序、外部中断服务子程序组成。主程序主要是完成系统进行初始化、中断设置等功能。程序设计中设置了一个外部中断0，它保证红外自动门能够在无人操控情况下自动运行，主要功能是当检测到有人出入门时，启动电机，从而实现自动开关门的目的。

3.2 各部分程序流程设计

各部分程序设计：

红外自动门运行状态分为慢速开门、加速开门、减速开门、延时开门、慢速关门、加速关门、减速关门几个部分。在开门过程中首先进行门状态检测，根据所检测到的信号判断自动门上次停机所处位置。根据检测结果确定门此刻应运行方式，如检测出门是半开状态，门直接转入加速开门的过程。如检测出门是全开状态，门转入延时开门过程。如检测出门是全关状态，那么在检测到有人出人时，门会缓慢打开，之后加速运行，接着减速运行，最后电机停止运转，门由于惯性缓慢关闭。

自动门开门后暂停一段时间，然后关门。关门是开门的一个反过程，它经过慢速运行、加速运行、减速运行、惯性运动直至停止这几个过程。在自动门关闭过程中当系统接收到由红外线传感器电路发出的有人出入的信号时，门会重新打开。与开门情况不同的是当在关门过程中检测到故障信号时门会朝反方向运动，将门打开，这样可以排除因自动门遇到障碍物或人身体而产生故障信号使整个系统停止工作的可能。

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开始 系统初始启动红外探测器 N 有人K4 Y 快速开N 有人K1 Y N 到半处限位开关吗? Y K3 慢速开N 有人K2 Y N 到开门限位开关吗? Y K5 电机停延时2秒 Y 有人K5 N K2 快速关Y 有人K3 N Y 有障碍吗? N N 到半处限位开关吗? Y K1 慢速关Y 有人K4 N Y 有障碍吗? N N 到关门限位开关吗? Y 电机停延时2秒 返回 19

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在开门过程中首先进行门状态检测，根据所检测到的信号判断自动门上次停机所处位置。根据检测结果确定门此刻应运行方式，如检测出门是半开状态，门直接转入加速开门的过程。如检测出门是全开状态，门转入延时开门过程。如检测出门是全关状态，那么在检测到有人出人时，门会缓慢打开，之后加速运行，接着减速运行，最后电机停止运转，门由于惯性缓慢关闭。自动门开门后暂停一段时间，然后关门。关门是开门的一个反过程，它经过慢速运行、加速运行、减速运行、惯性运动直至停止这几个过程。在自动门关闭过程中当系统接收到由红外线传感器电路发出的有人出入的信号时，门会重新打开。与开门情况不同的是当在关门过程中检测到故障信号时门会朝反方向运动，将门打开，这样可以排除因自动门遇到障碍物或人身体而产生故障信号使整个系统停止工作的可能。

为了运行过程可靠，在以不同速度运行过程中，对运行时间做了安全设置，当在开门状态下检测到运行时间超过安全时问或系统出现故障时，程序转人故障处理程序。

3.3 调试

3.3.1机械调试

调试为了确保该门控系统的安全高效运行必须满足下列条件：

1．大门的结构必须适合于自动控制 特别要注意滚轮的直径必须与需要控制的大门重量相匹配其尺寸和重量符合有关技术规范之规定。

2．确保大门在滑动过程中不发生倾斜。

3．确保大门活动平稳 准确 在整个移动过程中不出现任何不正常的摩擦现象。 4．确保地面条件稳固 避免固定基座的膨胀螺丝发生摇晃。 5．认真检查上方导轨和行程限位的机械挡块是否安装到位。 3.3.2软件调试

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图3-1 软件调试

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3.4 门行程检测及故障检测

门行程检测电路通过检测门行程开关的闭合情况来发送不同的信号，使电机改变转速，进而控制门运行的速度以提高运作效率，为了保护门不受到损害和保证门运行效率，在门行程检测电路中设置了四个行程开关。它们分别代表开门极限、行程极限1、行程极限2、关门极限。门在开启过程中，分别经过慢速、加速、减速和停止四个过程，门的关闭过程则与上述过程相反。门运行到极限位置时，限位开关动作，单片机根据接收到响应的信号，改变电机运行速度。

在故障检测电路中，配置了温度和速度传感器，用来监测电机的工作情况，从而实现检测电路首先将检测到的信号转换成电压，然后经单片机内部的户以转换器变成数字信号，单片机定期读取数据，一旦发现数据异常，即马上采取相应的紧急措施，向系统发出故障信号，系统停止工作，向故障显示电路发出指令，发出报警信号并显示故障类型。

电机过热保护和门运行障碍保护，同时还设置了电压监控电路，用于检测系统异常情况。

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总结

在此次有关自动门的控制系统的设计，让我感觉到了单片机既复杂，又很贴切我们的日常生活，无所不在，应用无处不有，它并不是想象中的那么简单，也并非是无法克服的堡垒。

设计硬件之前，要首先收集好有关的基础性资料，应备有良好的应用类参考书和专业类参考书。对于有关的科技期刊和专利文献，也要经常阅读以便了解最新的发展情况，借鉴现成的经验，避免重复劳动。在设计中，要充分了解所用芯片的使用条件及输入输出的特性，这样才能避免因使用错误而多走弯路。

电路设计部分最主要的部分就是收集资料。只凭借自己头脑中的知识是远远不够的。哪里出现了问题，就要翻书本，或上网查资料。当然也要开动自己的脑筋怎样使系统电路更完美。例如我的设计题目是基于单片机的自动门控制系统设计。有自动门，自然会用到电动机，每种电机都有不同的特性和功能，你就要进行选择了。例如对电机的选择，你就要选择你所熟悉的，所了解的。

在电路设计时，应充分发挥单片机的记忆运算、判断控制能力，避免采用复杂的、稳定性较差的模拟电路。

本设计程序以C语言编写，易于读写和修改，同时C语言用来编制系统软件和过程控制软件，其目标程序占用内存空间少，运行速度快。

为了使微机控制系统各种硬件设备能够正常运行，有效地实现电机各个控制环节的实时控制和管理，除了要设计合理的硬件电路，还必须要有高质量的软件支持。因此用汇编语言编写电机单片机实施控制的应用程序，是整个系统中十分重要的内容。

最后我非常感谢学校和老师给我们这么好的学习机会，让我亲身去体会一个项目开发的艰难性，第一次站在一个设计者的角度去看，体会到了他们的艰辛，同时我也感受到了

老师对我们的付出，对我们的精心指导，让我顺利完成这次学习任务。

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谢辞

在本次论文的撰写中，我得到了张永红老师的精心指导，不管是从开始定方向还是在查资料准备的过程中，一直都耐心地给予我指导和意见，使我在总结学业及撰写论文方面都有了较大提高;同时也显示了老师高度的敬业精神和责任感。在此，我对张永红老师表示诚挚的感谢以及真心的祝福。

五年大学生活即将结束，回顾几年的历程，老师们给了我们很多指导和帮助。他们严谨的治学，优良的作风和敬业的态度，为我们树立了为人师表的典范。在此，我对所有的机电工程学院的老师表示感谢，祝你们身体健康，工作顺利!

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if (int_flag==1) //中途有人来 则关门失败，返回0 }

if(P1==0X9f) break; } }

if (temp==0Xf9) //减速, 直到遇到霍尔传感器4,5 { { k++;

cp1=0;

delay(2*k); //延时时间增加，即减速 cp1=1; K=0; While(1)

{

temp=0X9f; return 0;

delay(2*k);

if (int_flag==1) //中途有人来 则关门失败，返回0 }

if(P1==0Xf9) break; } } } }

//(5) 延时程序 viod delay (uint time1) {

uint deli,delj;

for (deli=0;deli

30

{

temp=0Xf9; return 0;

return 1;

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}

for (delj=0;delj<240;delj++)

31

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0017.html