【正文】 信號 處理 自動門 控制電路 圖 1 設(shè)計總結(jié)構(gòu)圖 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 第 2 章 . 系統(tǒng)硬件設(shè)計 設(shè)計電路的框圖和原理 （原理圖見 附錄Ⅰ） 紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成如圖 21 所示。 系統(tǒng)硬件框圖如圖 2所示： AT89C51單片機(jī) SRAM 紅外線檢測 門行程檢測 故 障檢測 EPROM 電機(jī)電路控制 故障顯示報警 控制方式切換 圖 2 紅外線自動門控制系統(tǒng)硬件框圖 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 感應(yīng) 自動門的種 類很多，在此，僅以平移型感應(yīng) 自動門機(jī) 作為設(shè)計的重點。 （ 4）門扇行進(jìn)軌道：就 像 火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。 （ 7）當(dāng)門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流 程如下： 感應(yīng)探測器探測到有人進(jìn)入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。單片機(jī)從七十年代常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 問世以來，在二十多年的時間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。 外形及引腳排列如圖 3所示。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲 器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RST：復(fù)位輸入。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。在芯片擦 除 操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任 何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊 光學(xué)系統(tǒng) 的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70分貝以上，這樣就可以測出 1020米范圍內(nèi)人 的行動。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾 光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的 紅外線傳感器 。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件 PZT、場效應(yīng)管 FET等組成。 圖 4 熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路 熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點： 優(yōu)點 ： 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 15 明和報警系統(tǒng)。 1腳（ A）為觸發(fā)方式控制端，當(dāng) A＝ 1時，電路可重復(fù)觸發(fā)；當(dāng) A＝ 0時，電路不可重復(fù)觸發(fā)。 7腳（ VSS） 為電源正端 。 12腳（ OUT2） 為第二級運(yùn)放的輸出端 13腳（ IN2）為第二級運(yùn)放的反相輸人端。 BISS0001 的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)及特點 下圖 5中，運(yùn)算放大器 OPl將熱釋電紅外 傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器 01： 39。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 17 2 VO O 控制信號輸出端。通常接 VDD，當(dāng)接“ 0”時可使定時器復(fù)位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當(dāng) 2腳輸出控制脈沖后，電子開關(guān)被接通，數(shù)字編碼電路和無線電發(fā)射電路由于得到電源而開始工作。 HFC9301為軟封裝發(fā)聲電路，發(fā)聲為“嘀、嘀”聲。 BISS0001 應(yīng)用線路圖如 7所示。圖中 R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選10K，實際使用時可以用 3K，可以提高電路增益改善電路性能。 步進(jìn)電動機(jī) 的 特點 : (1)步進(jìn)電動機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比具有良好的跟隨型。易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。它不能直接使用交流電源和直流電源 (5)步進(jìn)電動機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象．必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。其基本控制作用如下 : 1) 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)控制換相順序 步進(jìn)電動機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格安照步進(jìn)電動機(jī)的工作方 式進(jìn)行。 T1是一個高頻開關(guān)管。由于繞組 電感的作用，只上的電壓逐漸升高，當(dāng)超過給定電壓 Uc的值時 ,比較器輸出低電平，使與門輸出低電平、 Tl 截止，電源被切斷；當(dāng)取樣電阻上的電壓小于給定電壓時，比較器輸出高電乎，與門也輸出高電平，T1又導(dǎo)通，電源又開始向繞組供電。程序設(shè)計中設(shè)置了一個外部中斷 0，它保證紅外 自動門能夠在無人操控情況下自動運(yùn)行，主要功能是當(dāng)檢測到有人出入門時，啟動電機(jī)，從而實現(xiàn)自動開關(guān)門的目的。如檢測出門是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測到有人出人時，門會緩慢打開，之后加速運(yùn)行，接著減速運(yùn)行，最后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，門由于慣性緩慢關(guān)閉。與開門情況不同的是當(dāng)在關(guān)門過程中檢測到故障信號時門會朝反方向運(yùn)動，將門打開，這樣可以排除因自動門遇到障礙物或人身體而產(chǎn)生故障信號使整個系統(tǒng)停止工作的可能。 3． 確保大門活動平穩(wěn) 準(zhǔn)確 在整個移動過程中不出現(xiàn)任何不正常的摩擦現(xiàn)象。它們分別代表開門極限、 行 程極限行程極限 關(guān)門極限。 檢測電路首先將檢測 到的信號轉(zhuǎn)換成電壓，然后經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部的戶以轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，單片機(jī)定期讀取數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，即馬上采取相應(yīng)的緊急措施，向系統(tǒng)發(fā) 出故障信號，系統(tǒng)停止工作，向故障顯示電路發(fā)出指令，發(fā)出報警信號并顯示故障類型。在設(shè)計中，要充分了解所用芯片的使用條件及輸入輸出的特性，這樣才能避免因使用錯誤而多走彎路。當(dāng)然也要開動自己的腦筋怎樣使系統(tǒng)電路更完美。 在電路設(shè)計時，應(yīng)充分發(fā)揮單片機(jī)的記憶運(yùn)算、判斷控制能力，避免采用復(fù)雜的、穩(wěn)定性較差的模擬電路。 最后我非常感謝學(xué)校和老師給我們這么 好的學(xué)習(xí)機(jī)會，讓我親身去體會一個項目開發(fā)的艱難性，第一次站在一個設(shè)計者的角度去看，體會到了他們的艱辛，同時我也感受到了老師對我們的付出，對我們的精心指導(dǎo)，讓我順利完成這次學(xué)習(xí)任務(wù)。在本次論文設(shè)計過程中，王琳老師 對該論文從選題 的審核 、 構(gòu)思 、修改 到最后定稿的 過程中，自始至終都傾注時間、經(jīng)歷和心血。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪 。s 72hour visafree policy has attracted wide attention from both Chinese and foreign experts and businessmen since it took effect on Sept 1 last year. The program permits citizens from 51 countries and regions including the United States, Australia, Canada and Japan who have valid visas and flight tickets to a third country to spend three days in the city. The capital of Sichuan province is the first city in the western region of China to offer foreign tourists a threeday visa and the fourth nationwide to adopt the policy following Shanghai, Beijing and Guangzh。 最后，我要 向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師 真心地表示感謝， 謝謝你們 。而我在老師的指導(dǎo)下，也不敢松懈，盡可能早的完成畢業(yè)設(shè)計。 距 離 離 校 的日子 已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。 為了使微機(jī)控制系統(tǒng)各種硬件設(shè)備能夠正常運(yùn)行，有效地實現(xiàn)電機(jī)各個控制環(huán)節(jié)的實時控制和管理，除了要設(shè)計合理的硬件電路，還必須要有高質(zhì)量的軟件支持。有自動門，自然會用到電動機(jī)，每種電機(jī)都有不同的特性和功能，你就要進(jìn)行選擇了。只憑借自己頭腦中的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 設(shè)計硬件之前，要首先收集好有關(guān)的基礎(chǔ)性資料，應(yīng)備有良好的應(yīng)用類參考書和專業(yè)類 參考書。門運(yùn)行到極限位置時，限位開關(guān)動作，單片機(jī)根據(jù)接收到響應(yīng)的信號，改變電機(jī)運(yùn)行速度。 5． 認(rèn)真檢查上方導(dǎo)軌和行程限位的機(jī)械擋塊是否安裝到位。 調(diào)試 調(diào)試 為了確保該 門控系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行必須滿足下列條件： 1． 大門的結(jié)構(gòu)必須適合于自動控制 特別要注意滾輪的直徑必須與需要控常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 22 制的大門重量相匹配其尺寸和重量符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范之規(guī)定。 關(guān)門是開門的一個反過程，它經(jīng)過慢速運(yùn)行、加速運(yùn)行、減速運(yùn)行、慣性運(yùn)動直至停止這幾個過程。根據(jù)檢測結(jié)果確定門此刻應(yīng)運(yùn)行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過程。 8051 系列 單片機(jī) A 相驅(qū)動 A 相驅(qū)動 A 相驅(qū)動 圖 9 控制電路模型 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 21 第 3 章 . 系統(tǒng)軟件設(shè)計 及調(diào)試 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 整個系統(tǒng)軟件主要由主程序、開門子程序、關(guān)門子程序、 T0中斷服務(wù)程序、 T1中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)子程序組成。比較器的一端接給定電壓 Uc，另一端接取樣電阻上的壓降，當(dāng)取樣電壓為 0時，比較器輸出高電平。三相六拍步進(jìn)電機(jī)工作方式通電換相的正序是AABBBCCCA；反序為 ACACBCBAB；共有八個通電狀態(tài) P1口輸出控制信號， 0表示繞子通電，表示繞子斷電，則可以用六個字來表示六個通電狀態(tài)。 驅(qū)動控制系統(tǒng) 的 組成 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如圖 8所示： 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。低速下仍能保證獲很大轉(zhuǎn)矩，因此，一般常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。同時．它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉外數(shù)控系統(tǒng)。在 BISS0001的內(nèi)電路中，運(yùn)放 A是一個獨立的放大器，由它放大后輸出的信號電壓通過 . 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)：它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移．即結(jié)一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度．因此作常適合于單片機(jī)控制。當(dāng)作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會降低，使 9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號 Vs。將發(fā)射電路和接收電路組裝好后，先將發(fā)射機(jī)中 C10的調(diào)至適當(dāng)位置后固定不動，接著調(diào)整接收機(jī)中的 C1，使接收機(jī)能收到發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號。 S1為鎖控電源開關(guān)，可根據(jù)需要安裝在適當(dāng)處所，用來接通工作電源，無必要時可取消設(shè)置。當(dāng)熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測信號，然后由 14腳輸入 BISS0001,經(jīng)地內(nèi)部電路處理，由 2腳輸出探測信號（正向脈沖信號）。在輸出延遲時間 Tx之外和無 VS的上跳變時， Vo保持低電平狀態(tài)。 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 16 圖 5 熱釋紅外傳感器處理芯片 BISS0001的特點： *CMOS工藝，公耗低 *數(shù)模混合 *具有獨立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器 *采用 16腳 DIP封裝 * 內(nèi)置參考電源 *工作電 壓范圍寬（ 3V～ 5V) BISS001 管腳圖 及管腳說明 ： 圖 6 BISS001管腳圖 BISS001管腳說明： 表 1 BISS0001管腳說明 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。 15凈（ IN1）第一運(yùn)放的反相輸 入端。 9腳（ Vc）為觸發(fā)禁止端，當(dāng) VC＜ VR時禁止觸發(fā)；當(dāng) VC＞ VR時，允許觸發(fā)， VR＝ . 10腳（ IB）為偏置電流設(shè)置端，由外接電阻 RB接Ⅴ SS端， RB一般取 1MΩ的電阻。 3腳（ RX）和 4腳（ CX）為輸出定時控制器 T，的外接元件端，定時時間為： TX＝ 50 103RXCX。它的內(nèi)部是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路 等組成。 缺點：容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不 易被探頭接收 ； 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。濾光片為 6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約 5mm以下）可很好濾除。當(dāng)