【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 漏極 D。反之亦然。調(diào)壓控制信號和反饋信號采用比較器作比較放大后送 PWM 控制器，使兩者不會產(chǎn)生沖突，也不會漏掉其中任一控制信號，兩者同時(shí)控制開關(guān)脈沖的占空比來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電壓。其系統(tǒng)原理框圖如圖 1 所示。 按功能系統(tǒng)可基本劃分為兩大部分，即開關(guān)電源的模擬部分和數(shù)字控制部分。而紅外感應(yīng)器是對存在的物體進(jìn)行感應(yīng)，只要在其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)有物體，紅外感應(yīng)器就能夠感應(yīng)到，而無需辨別感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的物體是否是運(yùn)動的，也就避免了門將人夾到的行為。這其間，感應(yīng)器不停的對其范圍內(nèi)的空間進(jìn)行掃描，一旦兩個(gè)感應(yīng)器都無法掃描到其間的人或物品，也就說明人或物品已經(jīng)離開，那么就開始執(zhí)行關(guān)門程序。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ,自動門 ,直流電機(jī) ,紅外傳感器 ,轉(zhuǎn)速測量 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁 共 50 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Abstract As it bees more and more automatic and informational nowadays, the application of microcontroller also bees more and more extensively. Progress of with the development of the society, science and technology and gradual improvement of people39。 單片機(jī)在控制領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)：體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，它能方便的組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用單片機(jī) 8051 作為控制核心，步進(jìn)電機(jī)、熱釋電型紅外傳感器、電位器相結(jié)合的系統(tǒng)。┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁 共 50 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 摘 要 隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。通過對 “ 控制自動門系統(tǒng) ” 的研究和設(shè)計(jì)，精心撰寫了控制自動門系統(tǒng)論文。單片機(jī)主要組成部分：中央處理器 CPU（ Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲器 RAM（ Ramdom Access Memory）、只讀存儲器 ROM(Read Only Memory)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及 I/O（ Input/Output）口電路等部件。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單，但功能強(qiáng)，能有效的對門進(jìn)行開關(guān)控制。 自動平移門最常見的形式是自動門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動門時(shí)，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)有人或物品進(jìn)入到感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，感應(yīng)器就會做出感應(yīng)，向中央處理器提出申請，中央處理器轉(zhuǎn)而控制電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了開門的過程。這是因?yàn)槲⒉ǜ袘?yīng)器只能對其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動的物體進(jìn)行感應(yīng)，雖說反應(yīng)速度快，但對于其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)不動的物體不能夠進(jìn)行感應(yīng)，便會根據(jù)程序所設(shè)定的步驟進(jìn)行關(guān)門操作，容易出現(xiàn)門將人夾到的行為。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一種基于 TOP234Y 的電壓可調(diào)數(shù)控開關(guān)電源，利用 PWM 原理控制占空比，采用可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換放大做控制信號，對輸出電壓進(jìn)行相對較大范圍的調(diào)節(jié)，由 反饋電路確保電壓的穩(wěn)定性，數(shù)字芯片電源由內(nèi)部電源提供。 基本設(shè)計(jì)思路 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括模擬開關(guān)電源、反饋電路、 PWM 及比較器控制和數(shù)字調(diào)壓控制四大模塊。開關(guān)電源反饋采用輸出電壓 的雙向控制。轉(zhuǎn)化后的反饋信號電壓與脈沖調(diào)制器前置的比較器的計(jì)數(shù)調(diào)壓控制電壓比較后的電壓偏低，導(dǎo)致占空比的寬度變窄，引起輸出電壓下降 。計(jì)數(shù)器輸出的信號為數(shù)字量，故須再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換形成相應(yīng)的控制電壓，即數(shù)字調(diào)壓控制信號。它的工作原理是利用反饋電流 IC 來調(diào)節(jié)占空比 Dmax，達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。實(shí)際上，占空比不僅與 IC 有關(guān)，還取決于 IM 值。但在 電壓可調(diào)的開關(guān)電源中，因?yàn)檩敵鲭妷罕旧硎且笞兓?，所以不能用類似的反饋電路。而為了在調(diào)壓時(shí)禁止反饋，反饋輸出后加脈沖控制反饋電路的通斷，當(dāng)有調(diào)壓脈沖信號存在時(shí)，反饋通路中斷，這里由壓控繼電器來實(shí)現(xiàn)。電源整體輸出電壓為 5至 40V，步長值設(shè)計(jì)為 ，總計(jì)數(shù)次數(shù)為 175 次，故須采用八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)控制電路 控制按鈕為四鍵，分別用于步加、步減、清零和預(yù)置為最大值。 LD 接地，即預(yù)置功能在輸出為最低時(shí)有效，預(yù)置數(shù)據(jù)均接高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)到 175時(shí)，加無效，當(dāng)計(jì)數(shù)為 0 時(shí)，減無效。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖 2 所示。第二路為數(shù)字IC 提供電源。在輸入端和輸出端與地之間要接大濾波電容，在芯片引腳根部還要接小容量電容（ ～ 10uF）到地。縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng) 絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能ＩＣ卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 50 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 5 章 單片機(jī)的工作原理 單片機(jī)的基本組成 它由 CPU 、存儲器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。驗(yàn)證程序時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。在對 EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，由它輸 入 高 8 位 地 址 。 P3 能驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。而式中的計(jì)數(shù)值與定時(shí)器的工作方式有關(guān)。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位選擇，其中 D6 位選擇 T1 的工作方式， D2 位選擇 T0 的工作方式。 3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計(jì)數(shù)器， THi 的值在計(jì)數(shù)中不變， TLi 溢出 時(shí)， THi 中的值自動裝入 TLi 中。 串行口工作方式及幀格式 MCS51 單片機(jī)串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式： 方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計(jì)算機(jī)的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。第 9 個(gè)數(shù)據(jù)即 D8 位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS51 單片機(jī)串行口適用于多機(jī)通信。所以方式 3 也適合于多┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 50 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 機(jī)通信。步進(jìn)電動機(jī)多用于數(shù)字式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤等裝置。機(jī)電式步進(jìn)電動機(jī)由鐵心、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。 A 相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場方向 。 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電機(jī)依其構(gòu)造上的差異可分為三大類： 1） 可變磁阻式（ VR 型） 。 永久磁鐵式（ PM 型）： 轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，其磁┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 50 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 化方向?yàn)檩椣虼呕?，無激磁時(shí)有保持轉(zhuǎn)矩。 、 176。 3） 混和式（ HB 型）： 轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù) 極的形式，其乃兼采可變磁阻式步進(jìn)電機(jī)及永久磁鐵式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，精確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進(jìn)角度小。 （半步級），是非常小的；停止定位精度誤差皆在 177。（步進(jìn)電機(jī)的定位精度是取決于電機(jī)本身的機(jī)械加工精度） 位置及速度控制：步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號時(shí)，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進(jìn)而得到靈活 的角度控制（位置控制），并可得到與該脈沖信號周波數(shù)（頻率）成比例的回轉(zhuǎn)速度。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻 度、高精度之定位控制的場合下使用。 (2)脫出轉(zhuǎn)矩：又稱最大轉(zhuǎn)矩，為電機(jī)于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所能帶動的最大負(fù)荷。所以欲使步進(jìn)電機(jī)動作的必要系統(tǒng)組成有： ：給予角度（位置移動量）、動作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方向之脈沖信號的電機(jī)驅(qū)動指令。 步進(jìn)電機(jī)的速度、位置控制 速度控制： 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會跟著加快；脈波速度愈慢時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。 /圈，又代表要讓電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。位置控制： 步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器（ SENSOR），就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動量，并將負(fù)載順利、正確的送達(dá)指定位置點(diǎn)上。 ） 輸入脈沖數(shù) 實(shí)例：二相全步級角 176。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。依次類推， A、B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。 基于 AT89C2051 的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路 。AT89C2051 選用頻率 22MHz 的晶振，選用較高晶振的目的是為了在方式 2下盡量減小 AT89C2051 對上位機(jī)脈沖 信號周期的影響。與續(xù)流二極管串聯(lián)的 200Ω 電阻可減小回路的放電時(shí)間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時(shí)間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。 方式 3 為撥碼開關(guān)控制方式：通過 K1~K5 的不同組合，直接控制步進(jìn)電機(jī)。其中 20H 單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位 。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，就可以上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動，避免了電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)步。 MC33033 的另一個(gè)特點(diǎn)是內(nèi)含三個(gè)集電極開路的頂部驅(qū)動器和為 MOSFET 驅(qū)動電源而設(shè)計(jì)的三個(gè)高電流推拉式底部驅(qū)動器，并具有電機(jī)過流檢測和保護(hù)功能。 /240176。 在通常情況下，控制器在 PWM 頻率為 25kHz 時(shí)就能正常工作，電機(jī)速度的控制可以通過調(diào)節(jié)誤差放大器的同相輸入電壓來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)它也為 PWM 提供基準(zhǔn)和限幅電平。 將邏輯運(yùn)算電路得出的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)作為三個(gè)輸入信號，其中 ,優(yōu)先級高低順序是停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)(正常情況下三個(gè)信號中有且僅有一個(gè)有效 )。 下面將具體分析電路是如何實(shí)現(xiàn)調(diào)速的