【文章內(nèi)容簡介】 器電路圖 為使用方便，我們改用成品。 10 圖 紅外線感應(yīng)模塊 L293D 芯片介紹和典型電路 L293D 是一種直流電機控制器件。該器件具有外圍電路簡單、易于集成、控制等特點。本設(shè)計是在單片機 SPCE061A 的基礎(chǔ)上，擴展了兩片 L293D 構(gòu)成了護士移動機器人主控電路板，同時也擴展了電源，確保 L293D 為電機 供電。實際測試中， L293D 對電機的控制效果良好。 L293D 可接受標準 TTL 邏輯電平信號 VSS， VSS 可接 4． 5～ 7 V 電壓。 4腳 VS 接電源電壓，VS 電壓范圍 VIH 為＋ 2． 5～ 46 V。輸出電流可達 A，可驅(qū)動電感性負載。 1腳和 15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。 L298可驅(qū)動 2個電動機，OUT1， OUT2和 OUT3， OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。 5， 7，10， 12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。 EnA， EnB 接控制使能端，控制電 機的停轉(zhuǎn)。 經(jīng)過綜合分析考慮，最終決定使用 LM298 作為本設(shè)計的驅(qū)動芯片。其電路連接圖如下： 圖 LM298 電路連接圖 11 AT89C51 單片機簡介 單片機是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些邏輯部件集成在一個芯片上，故可以把單片機看成是一個不帶外部設(shè)備的微型計算機，相當于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機。其結(jié)構(gòu)如圖 33所示： 圖 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編 程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案， 外形及引腳排列如圖 34所示。 12 圖 AT89C51外形及引腳排列 AT89C51 主要特性 ： * 與 MCS51 兼容 * 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 * 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 * 全 靜態(tài)工作： 0Hz24Hz * 三級程序存儲器鎖定 * 128*8位內(nèi)部 RAM * 32可編程 I/O 線 AT89C51 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地13 址的第八位。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，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取 時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 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： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 在實際應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都使用 P3口的第二功能。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要 保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時 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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /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(jù)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(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)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(nèi)部時 鐘工作電路的輸入。 14 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 。 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。 穩(wěn)壓模塊 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78 系列和負電壓輸出的79系列。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管， TO 220 的標準封裝，也有 9013 樣子的 TO92 封裝。 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過 熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V， 7909 表示輸出電壓為負 9V。 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 電路圖如下： 圖 7805 電源模塊 步進電機 步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移．即結(jié)一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度．因此作常適合于單片機控制。近 30 年來．數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù) 和水磁材料的迅速發(fā)展．推動廠步進電動機的發(fā)展，為步進電動機的應(yīng)用開辟了廣鬧15 的前景。 步進電動機有如下特點 : 步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比具有良好的跟隨型。以由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常可靠。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)。 步進電動機的動態(tài)響應(yīng)快。易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。 步進電動機只能通過脈沖電源供電才能遠行。它不能直接使用交 流電源和直流電源 步進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象．必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應(yīng)的措施。 步進電動機自身的噪音和振動較大．帶慣性負載的能力較差。 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如 37所示： 圖 驅(qū)動控制系統(tǒng)方框圖 16 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 設(shè)計電路的電框圖和原理 紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成如圖 1 所示。本系統(tǒng)主要由 AT89C51 單片機及其外圍電路、紅外檢測電路，門行程檢測電路、步進電機控制電路、故障檢測電路、故 障顯示電路、控制方式切換電路等七部分組成。單片機循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進電機控制信號，電動機帶動門運行，當系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應(yīng)的控制方式。如門在關(guān)門過程中遇到人或其他障礙物時門無條件朝相反方向打開，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進入故障處理程序。 圖 紅外線自動門控制系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計 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 作為設(shè)計的重點。首先，平移式自動門機組由以下部件組成： （ 1） 主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內(nèi) 部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （ 2） 感應(yīng)探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作17 范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號。 （ 3） 動力馬達：提供開門與關(guān)門的主動力，控制門扇加速與減速運行。 當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入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，步帶轉(zhuǎn)動一段時間后，馬達反 轉(zhuǎn)，自動門關(guān)閉。 設(shè)計電路原理圖 圖 42 電路原理圖 18 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件問題 它的軟件設(shè)計主要包括主程序和中斷處理兩大部分：主程序要完成 I／ O 口，定時器的初始化及對中斷輸入的設(shè)定，然后延時使傳感器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時器的中斷；中斷處理程序根據(jù)具體情況需要有相應(yīng)的子程序。要對程序進行多次調(diào)試，分塊編程。對各個子程序塊所解決的問題要相當明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計要求的功能。 方案程序設(shè)計思路 本設(shè)計擬按以下思路展開研究： （ 1）根據(jù)該設(shè) 計要實現(xiàn)的基本功能，設(shè)計大致應(yīng)該分為信號采集，信號處理，信號控制和信號響應(yīng)四個部分。 ① 信號采集接收部分即通過紅外線傳感器檢測人與門的距離，并將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓或電流等模擬量的變化。 ② 信號處理部分是將接收部分得到的電壓或電流等變化進行必要的轉(zhuǎn)換，為后一部分信號控制提供準備。 ③ 信號控制部分是通過一預(yù)定控制方式等實現(xiàn)對設(shè)計要求的準確操作。 ④ 信號響應(yīng)是實現(xiàn)控制部分的要求。 （ 2）對上述四個部分進行分析，得到如下一些基本的結(jié)論： ① 信號接收部分為了能準確采集到人與門的距離應(yīng)選用紅外 線傳感器。 ② 信號處理部分應(yīng)該根據(jù)實際情況選用八位的 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 ③ 控制部分為了實現(xiàn)精確控制，采用單片機較為合適。 ④ 顯示部分可以考慮采用 LCD 顯示器和喇叭加 LED 點陣組成。 將上述設(shè)計思想結(jié)合設(shè)計要求總結(jié)為：程控自動門控制系統(tǒng)通過紅外線傳感器檢測移動物體與門的距離，檢測結(jié)果送入 ADC0809 模 /數(shù)芯片中進行模 數(shù)轉(zhuǎn)換；再通過單片機作出自動門開關(guān)的動作控制信號，通過驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機的正反轉(zhuǎn)，再由傳動電路帶動自動門19 的開關(guān)，并通過 LCD 液晶屏顯示歡迎信息以及客人離開時的送客信 息，自動門還可以通過按鍵控制開關(guān) 。在開門過程中首先進行門狀態(tài)檢測，根據(jù)所檢測到的信號判斷自動門上次停機所處位置。根據(jù)檢測結(jié)果確定門此刻應(yīng)運行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過程。如檢測出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時開門過程。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，之后加速運行，接著減速運行，最后電機停止運轉(zhuǎn)，門由于慣性緩慢關(guān)閉。 系統(tǒng)程序流程圖 圖 總程序流程圖 20 軟件的匯編程序 ORG 0000H LJMP MAIN ；主程序跳轉(zhuǎn) ORG 0003H ；外部中斷 0的入口地址為 03H LJMP EXT0 ；外部中斷 0跳轉(zhuǎn) ORG 0030H MAIN: ；主程序 SETB EA ；開總中斷 SETB EX0 ；開外部中斷 SETB HERE: SJMP HERE ；程序原地跳轉(zhuǎn)，等待中斷 EXT0: ；外部中斷 0子程序 SETB ；將 CLR ；將 置低，使電機正轉(zhuǎn)，模擬門的開運動 CALL DELAY ；延時程序，模擬門的打開時間 CLR ；將