【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(jī)控制器件。該器件具有外圍電路簡(jiǎn)單、易于集成、控制等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是在單片機(jī) SPCE061A 的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了兩片 L293D 構(gòu)成了護(hù)士移動(dòng)機(jī)器人主控電路板，同時(shí)也擴(kuò)展了電源，確保 L293D 為電機(jī) 供電。實(shí)際測(cè)試中， L293D 對(duì)電機(jī)的控制效果良好。 L293D 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) 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(dá) A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 1腳和 15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 L298可驅(qū)動(dòng) 2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1， OUT2和 OUT3， OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 5， 7，10， 12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 EnA， EnB 接控制使能端，控制電 機(jī)的停轉(zhuǎn)。 經(jīng)過(guò)綜合分析考慮，最終決定使用 LM298 作為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片。其電路連接圖如下： 圖 LM298 電路連接圖 11 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)，即將運(yùn)算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲(chǔ)器以及其他一些邏輯部件集成在一個(gè)芯片上，故可以把單片機(jī)看成是一個(gè)不帶外部設(shè)備的微型計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于一個(gè)沒(méi)有顯示器，沒(méi)有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機(jī)。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(chǔ)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(jī)。 AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)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(chǔ)器 * 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 * 全 靜態(tài)工作： 0Hz24Hz * 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 * 128*8位內(nèi)部 RAM * 32可編程 I/O 線 AT89C51 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地13 址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取 時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。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。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(shí)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(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要 保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí) ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí) 鐘工作電路的輸入。 14 XTAL2：來(lái)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(gè)硬件復(fù)位為止。 穩(wěn)壓模塊 電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78 系列和負(fù)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(biāo)準(zhǔn)封裝，也有 9013 樣子的 TO92 封裝。 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò) 熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)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(fù) 9V。 因?yàn)槿斯潭煞€(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(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)：它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移．即結(jié)一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度．因此作常適合于單片機(jī)控制。近 30 年來(lái)．?dāng)?shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù) 和水磁材料的迅速發(fā)展．推動(dòng)廠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣鬧15 的前景。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn) : 步進(jìn)電動(dòng)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。以由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常可靠。同時(shí)．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(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 速度可在相當(dāng)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(dòng)負(fù)載。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能遠(yuǎn)行。它不能直接使用交 流電源和直流電源 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象．必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的噪音和振動(dòng)較大．帶慣性負(fù)載的能力較差。 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)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 37所示： 圖 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖 16 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路的電框圖和原理 紅外自動(dòng)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(jī)及其外圍電路、紅外檢測(cè)電路，門行程檢測(cè)電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、故障檢測(cè)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(jī)循環(huán)檢測(cè)紅外檢測(cè)電路和門行程檢測(cè)電路輸出信號(hào)，據(jù)此產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)門運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到控制方式發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制方式。如門在關(guān)門過(guò)程中遇到人或其他障礙物時(shí)門無(wú)條件朝相反方向打開，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)入故障處理程序。 圖 紅外線自動(dòng)門控制系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計(jì) 感應(yīng) 自動(dòng)門的種 類很多，在此，僅以平移型感應(yīng) 自動(dòng)門機(jī) 作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先，平移式自動(dòng)門機(jī)組由以下部件組成： （ 1） 主控制器：它是自動(dòng)門的指揮中心，通過(guò)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(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過(guò)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(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作17 范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)。 （ 3） 動(dòng)力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn)行。 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(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號(hào)傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步帶，步帶轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間后，馬達(dá)反 轉(zhuǎn)，自動(dòng)門關(guān)閉。 設(shè)計(jì)電路原理圖 圖 42 電路原理圖 18 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件問(wèn)題 它的軟件設(shè)計(jì)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(shí)器的初始化及對(duì)中斷輸入的設(shè)定，然后延時(shí)使傳感器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，等待定時(shí)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(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。 方案程序設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)擬按以下思路展開研究： （ 1）根據(jù)該設(shè) 計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，設(shè)計(jì)大致應(yīng)該分為信號(hào)采集，信號(hào)處理，信號(hào)控制和信號(hào)響應(yīng)四個(gè)部分。 ① 信號(hào)采集接收部分即通過(guò)紅外線傳感器檢測(cè)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(hào)處理部分是將接收部分得到的電壓或電流等變化進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換，為后一部分信號(hào)控制提供準(zhǔn)備。 ③ 信號(hào)控制部分是通過(guò)一預(yù)定控制方式等實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作。 ④ 信號(hào)響應(yīng)是實(shí)現(xiàn)控制部分的要求。 （ 2）對(duì)上述四個(gè)部分進(jìn)行分析，得到如下一些基本的結(jié)論： ① 信號(hào)接收部分為了能準(zhǔn)確采集到人與門的距離應(yīng)選用紅外 線傳感器。 ② 信號(hào)處理部分應(yīng)該根據(jù)實(shí)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(shí)現(xiàn)精確控制，采用單片機(jī)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(diǎn)陣組成。 將上述設(shè)計(jì)思想結(jié)合設(shè)計(jì)要求總結(jié)為：程控自動(dòng)門控制系統(tǒng)通過(guò)紅外線傳感器檢測(cè)移動(dòng)物體與門的距離，檢測(cè)結(jié)果送入 ADC0809 模 /數(shù)芯片中進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換；再通過(guò)單片機(jī)作出自動(dòng)門開關(guān)的動(dòng)作控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，再由傳動(dòng)電路帶動(dòng)自動(dòng)門19 的開關(guān)，并通過(guò) LCD 液晶屏顯示歡迎信息以及客人離開時(shí)的送客信 息，自動(dòng)門還可以通過(guò)按鍵控制開關(guān) 。在開門過(guò)程中首先進(jìn)行門狀態(tài)檢測(cè)，根據(jù)所檢測(cè)到的信號(hào)判斷自動(dòng)門上次停機(jī)所處位置。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定門此刻應(yīng)運(yùn)行方式，如檢測(cè)出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過(guò)程。如檢測(cè)出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時(shí)開門過(guò)程。如檢測(cè)出門是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測(cè)到有人出人時(shí)，門會(huì)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。 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(jī)正轉(zhuǎn)，模擬門的開運(yùn)動(dòng) CALL DELAY ；延時(shí)程序，模擬門的打開時(shí)間 CLR ；將