【文章內容簡介】 下兩個方而： 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。用以保證正常工作時發(fā)電機電壓穩(wěn)定， 發(fā)生 故障后盡可能保持穩(wěn)定，達到優(yōu)化控制的目的。 電動機調速及其位置伺服控制。用于鼓風機或水泵的調速節(jié)能、 數(shù)控機床、微型計算機磁盤驅動器、機器人等控制系統(tǒng)。 在電機微機控制系統(tǒng)中，微機主要完成下列工作： 實時控制。根據給定的要求駛控制規(guī)律，對發(fā)電機的電壓，電動機的轉速等物理量實現(xiàn)在線實時控制。 監(jiān)控。完成事故報警、事故處理、 系統(tǒng)診斷及管理等。 數(shù)據處理 完成必要的數(shù)據采集、分析處理、計算、顯不、記錄等。 6 課題研究的意義和目的 隨著電子科技的不斷發(fā)展 , 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動門控制系統(tǒng)成為地鐵、超市等人流密集地疏導人流、控制出入的首選。自動門能實現(xiàn) 入門授權的 自動 識別 控制和防擠壓等功能。 為了使地鐵自動門能夠更好的為地鐵服務 , 得到一種電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高的地鐵自動門系統(tǒng)，本文研究一種雙翼對開式自動門控制系統(tǒng) , 實現(xiàn)了 入門授權的識別 控制和防擠壓等功能。該系統(tǒng)以 8051 作為控制核 心，直流電機、紅外傳感器、磁開關相結合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機的性能。具有一定的使用和參考價值。 天津工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 第二章 自動門系統(tǒng)方案 7 第二章 自動門系統(tǒng)方案 設計思想和整體框圖 本 設計主要應用單片機程序對直流伺服電機的正轉、反轉進行控制，從而對門進行開、關的控制。在門的兩側各有一個感應器，分別感應從里面出去和從外面進來的人。 感應探測器探測到有人靠近時，將脈沖信號傳給主控器 單片機 ，主控器判斷后通知 電機 運行，同時監(jiān)控 電機的 轉數(shù)，以便通知 電機 在一定時候加力和進入慢行運行。 直流電動機采用 H 橋驅動。檢測人進出的傳感器采用紅外傳感器。下圖 21 是 自動門系統(tǒng) 整體框圖。 圖 21 自動門系統(tǒng) 整體框圖 器件選型 單片機 AT89C51 各個引腳的作用 VCC/GND： 供電電源。 P0 口： 可以被定義為數(shù)據 /地址的低八位，能夠用于 外部程序 /數(shù)據存儲器 。在FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此 單片機 位置 給定 PWM 功率接口 電動機 負載 傳感器接口 電流反饋信號 正 /負位置反饋脈沖 絕對零位脈沖 天津工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 第二章 自動門系統(tǒng)方案 8 時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： 標準輸入 輸出 I/O， P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： 既可用于標準輸入輸出 I/O，也可用于外部程序 存儲器 或數(shù)據存儲器訪問時的高八位地址。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： 既可以作標準輸入輸出 I/O，也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口， 管腳 備選功能 RXD（ 串行 輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（ 外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（ 外部數(shù)據 存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據存儲器讀選通） RST： 復位輸入。當 振蕩器 復位器件時，要保持 RST 腳兩個 機器周期 的高 電平 時間。 ALE/PROG： 當訪問 外部存儲器 時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程 脈沖 。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出 正 脈沖信號 ，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 /PSEN： 外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 但在訪問外部數(shù)據存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA / VPP： 當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有 內部程序 存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內 部程 序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1： 反向振蕩 放大器 的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。 天津工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 第二章 自動門系統(tǒng)方案 9 8051 單片機最早由 Intel 公司推出 ， 其后 ， 多家公司購買了 8051 的內核 ， 使得以 8051 為內核的 MCU 系列單片機在世界上產量最大 ,應用也最廣泛 ， 有人推測 8051 可能最終形成事實上的標準 MCU 芯片 。 凌陽單片機系列芯片中相同的片內硬件功能模塊具有相同的資源特點；不同型號的芯片只是對片內資源進行刪減 。 其最大的特點就是超強抗干擾 . 廣泛應用于家用電器、工業(yè)控制、儀器儀表、安防報警、計算機外圍等領域。 其主要優(yōu)勢在 語音 方面。 8051 作為系統(tǒng)的控制器 ， 單片機算術運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術成熟，成本低廉 ， 在各個領域應用 廣泛。而且我們也比較熟悉這款芯片，因此 采用 8051 構成系統(tǒng)控制部分。 直流電機采用 H 橋驅動：單片機的一個引腳分別產生兩種占空比不同的PWM（脈沖寬度調制）波形作為驅動信號，實現(xiàn)不同的轉速和制動；另外由一個引腳產生轉向控制信號，在門 的 中間及其兩邊設置磁開關，作為中斷信號產生源，來判斷電機是否應該轉換速度或停止 ；有無人進出采用紅外線來探測，有人時則產生中斷，執(zhí)行開門動作；轉速測量采用在電機的轉軸上設置一個 帶有相差180 度且位于同一半徑上的兩小孔的圓盤，用紅外線照射轉動的圓孔，光透過小孔被光敏三極管接收，從而產生 脈沖經整形電路后送到單片機內部定時計數(shù)測出頻率。 在感應器的選擇方面是很靈活的，在高檔酒店、寫字向中央處理器提出申請樓，可以選擇高靈敏度的感應器；在人行道邊上的銀行、商店等經常有人路過的地方，可以選擇特定區(qū)域有效的感應器；在醫(yī)院手術室門前可以采用壓力感應器；而車庫的門可以采用固定光照感應器。而現(xiàn)在被廣泛應用的感應器主要有微波感應器和紅外感應器。 微波感應器 ， 又稱微波雷達，對物體的移動進行反應，因而反應速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達便不再反應，自 動門就會關閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外感應器 ， 對物體的存在進行反應，不管人員是否移動，只要處于感應器的掃描范圍內，它都會反應。紅外感應器的反應速度比微波感應器慢。本系統(tǒng)首先要求的是安全，所以選用紅外線傳感器 。 天津工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設計 10 第三章 自動門系統(tǒng)的 硬件設計 系統(tǒng)硬件整體邏輯設計 數(shù)字控制伺服系統(tǒng)由計算機控制器、 PWM 功率驅動接口、傳感器接口和電機本體四部分組成。計算機的作用是：完成位置信號的設置，根據傳感器接口給出的絕對零位脈沖和電流反饋控制，產生 PWM 脈寬調制信號，最后由 PWM 功率開關接口對電動機進行最 終的功率驅動。在這個系統(tǒng)中，由于反饋控制是通過軟件實現(xiàn)的，故可以根據負載的性質改變系統(tǒng)的參數(shù)，求得最佳匹配。信號濾波也可以通過軟件實現(xiàn)，更有可能通過計算機補償技術使傳感器精度得以補償提高。計算機控制在可靠性、小型化、聯(lián)網群控制等方面的優(yōu)點都是經典模擬伺服系統(tǒng)無法比擬的。 控制器單元的硬件設計 控制器單元硬件電路圖如圖 31 所示： 圖 31 控制器最小系統(tǒng) 天津工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設計 11 一片 MCS51 單片機芯片內包含一個 8 位 CPU、振蕩器和時鐘電路、至少128 字節(jié)的內部數(shù)據存儲器，可尋址外部程序存儲器和數(shù)據存儲器個 64k 字 節(jié)，21 個特殊功能寄存器， 4 個并行 I/O 接口， 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 ,至少 5 個中斷源，提供兩級中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷服務程序嵌套。具有有位尋址功能，有較強的布爾處理能力。各功能單元（包括 IO 端口和定時器 /計數(shù)器等）都由特殊功能寄存器（ SFR）集中管理。 MCS51 單片機在物理結構上有四個存儲空間： 片內程序存儲器 片外程序存儲器 片內數(shù)據存儲器 片外數(shù)據存儲器 程序內存 ROM 的 尋址范圍： 0000H~ FFFFH 容量 64KB。 EA = 1,尋址內部ROM； EA = 0,尋址外部 ROM。 地 址長度： 16 位 。 作用：存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。 七個具有特殊含義的單元是： 0000H—— 系統(tǒng)復位， PC 指向此處； 0003H—— 外部中斷 0 入口 000BH—— T0 溢出中斷入口 0013H—— 外中斷 1 入口 001BH—— T1 溢出中斷入口 0023H—— 串口中斷入口 002BH—— T2 溢出中斷入口 內部數(shù)據存儲器 RAM 物理上分為兩大區(qū)： 00H~ 7FH 即 128B 內 RAM 和 SFR區(qū)。作用：作數(shù)據緩沖器用。 一個微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實微處理 器并不聰明，它們只是完全按照人們預先編寫的程序而執(zhí)行之。那么設計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器 (ROM)。程序相當于給微處理器處理問題的一系列命令。其實程序和數(shù)據一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲器中。 MCS51 具有 64kB 程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序。數(shù)據和表格等信息。對于內部無 ROM 的 8031 單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為 64kB,此時單片機的端必須接地。強制 CPU 從外部程序存儲器讀取程序。對于內部有 ROM 的 8051 等單片機，正常運行時，則需接高電平，使 CPU 先從內部的程序存儲中讀取程序，當 PC 值超過內部 ROM 的容量時，才會轉向外部的程序存儲器讀取程序。 天津工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設計 12 8051 片內有 4kB 的程序存儲單元，其地址為 0000H— 0FFFH,單片機啟動復位后，程序計數(shù)器的內容為 0000H,所以系統(tǒng)將從 0000H 單元開始 執(zhí)行程序。但在程序存儲中有些特殊的單元，這在使用中應加以注意。 其中一組特殊是 0000H— 0002H 單元，系統(tǒng)復位后， PC 為 0000H,單片機從0000H 單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從 0000H 單元開始，則應在這三個單元中 存放一條無條件轉移指令，讓 CPU 直接去執(zhí)行用戶指定的程序。 另一組特殊單元是 0003H— 002AH,這 40 個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下： 0003H— 000AH 外部中斷 0 中斷地址區(qū)。 000BH— 0012H 定時 /計數(shù)器 0 中斷地址區(qū)。 0013H— 001AH 外部中斷 1 中斷地址區(qū)。 001BH— 0022H 定時 /計數(shù)器 1 中斷地址區(qū)。 0023H— 002AH 串行中斷地址區(qū)。 可見以上的 40 個單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應后，按中斷的類型，自動轉到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。從 上面可以看出，每個中斷服務程序只有 8 個字節(jié)單元，用 8 個字節(jié)來存放一個中斷服務程序顯然是不可能的。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內容，只能存放中斷服務程序。但是通常情況下，我們是在中斷響應的地址區(qū)安放一條無條件轉移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務程序的空間去執(zhí)行，這樣中斷響應后，CPU 讀到這條轉移指令，便轉向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務程序。 0000H0002H,只有三個存儲單元， 3 個存儲單元在我們的程序存放時是存放不了實際意義的程序的，通常我們在實際編寫程序時是在這里安排一條 ORG 指令， 通過 ORG 指令跳轉到從 0033H 開始的用戶 ROM 區(qū)域，再來安排我們的程序語言。從 0033 開始的用戶 ROM 區(qū)域用戶可以通過 ORG 指令任意安排，但在應用中應注意，不要超過了實際的存儲空間，不然程序就會找不到。 數(shù)據存儲器 數(shù)據存儲器也稱為隨機存取數(shù)據存儲器。數(shù)據存儲器分為內部數(shù)據存儲和外部數(shù)據存儲。 片內數(shù)據存儲器為 8 位地址，所