【正文】 目前的自動(dòng)門控制系統(tǒng)正向更加智能化的方向發(fā)展, 現(xiàn)階段采用監(jiān)控式完全控制和不完全控制, 隨著控制系統(tǒng)的復(fù)雜性, 涉及領(lǐng)域的廣泛性和國(guó)際間合作性的加大, 這種控制方式也將被進(jìn)一步加強(qiáng), 這樣才會(huì)更加提高它的實(shí)。軟件設(shè)計(jì)要先明確設(shè)計(jì)思路，畫出總體流程圖。因此用匯編語(yǔ)言編寫電機(jī)單片機(jī)實(shí)施控制的應(yīng)用程序，使整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的內(nèi)容。本設(shè)計(jì)程序以匯編語(yǔ)言語(yǔ)言編寫，易于讀寫、易于調(diào)試和修改，同時(shí)匯編語(yǔ)言用來(lái)編制系統(tǒng)軟件和過(guò)程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快。例如電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，有T型和H型驅(qū)動(dòng)，H橋驅(qū)動(dòng)又分單極性雙極性等等。只有現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣了。有自動(dòng)門，自然會(huì)用到電動(dòng)機(jī)。當(dāng)然也要開(kāi)動(dòng)自己的腦筋怎樣使系統(tǒng)電路更完美。只憑借自己頭腦中的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在設(shè)計(jì)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(cuò)誤而多走彎路。 設(shè)計(jì)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。良好的硬件設(shè)計(jì)為整個(gè)系統(tǒng)的順利開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)，反之則后患無(wú)窮?？傊粋€(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試過(guò)程是重中之重，光有正確的軟件是不夠的，軟件和硬件相配合能正常工作才是關(guān)鍵。 然后是加電后用仿真器仿真。首先是進(jìn)行靜態(tài)的調(diào)試，靜態(tài)的調(diào)試的目的是排除明顯的硬件故障。這樣，不但思路清晰了許多，而且變短了不少。這樣可以清晰的知道門處于何位置，應(yīng)調(diào)用何種速度。導(dǎo)致程序很長(zhǎng)且邏輯混亂。后來(lái)經(jīng)過(guò)程序的改進(jìn)，解決了此困難。硬件調(diào)試與軟件調(diào)試是不能完全分開(kāi)的，許多硬件的錯(cuò)誤是通過(guò)對(duì)軟件的調(diào)試而發(fā)現(xiàn)和糾正的。在必要的時(shí)候可以設(shè)置端口狀態(tài)和斷點(diǎn)，并查看標(biāo)志位和各寄存器的狀態(tài)。這可以讓用戶清晰的看到程序執(zhí)行到何處，哪里出現(xiàn)錯(cuò)誤。圖51 調(diào)試前圖52 調(diào)試后 軟件調(diào)試 第二步是將程序利用匯編軟件Keil uVision3對(duì)已經(jīng)調(diào)試好的程序進(jìn)行匯編在線調(diào)試，變成可執(zhí)行的目標(biāo)代碼裝入。有些錯(cuò)誤是因?yàn)榍贸绦驎r(shí)太快了，記憶符都寫錯(cuò)，一改正錯(cuò)誤提示減少了很多。還有點(diǎn)格式上的錯(cuò)誤就是在十六進(jìn)制立即數(shù)的A、B、C、D、E、F前必須加上0，不然系統(tǒng)不認(rèn)識(shí)。雖然有好多指令是通用的，但并不完全一致。但是剛開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試時(shí)一下子出來(lái)了89處錯(cuò)誤。 整體分析第一步調(diào)試是軟件對(duì)所編程序的調(diào)試，看是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤。⑵在Keil中輸入?yún)R編程序，并編譯通過(guò)。軟件部分采用Keil軟件進(jìn)行匯編語(yǔ)言編程，Keil uVision3是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)匯編語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒(méi)有。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對(duì)應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。據(jù)此用戶可以通過(guò)選擇User數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而對(duì)自建元器件進(jìn)行編輯管理。當(dāng)選中Multisim Master時(shí)，窗口中對(duì)庫(kù)的編輯按鈕全部失效而變成灰色。其中Multisim Master庫(kù)中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫(kù)。Multisim以庫(kù)的形式管理元器件，經(jīng)菜單Tools/ Database Management打開(kāi)Database Management（數(shù)據(jù)庫(kù)管理）窗口（如下圖所示），對(duì)元器件庫(kù)進(jìn)行管理。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 仿真軟件介紹 本設(shè)計(jì)的仿真軟件采用Multisim和Keil uVision3軟件相結(jié)合的方法。這有助于準(zhǔn)確的判斷所應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作。 JB指令是當(dāng)此引腳為高電平時(shí)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。查尋方法如下：JNB ，KSLOW還有JB ，GSLOW等語(yǔ)句。因?yàn)槿羰褂弥袛嗟姆椒ǎ谥袛喾?wù)程序中開(kāi)門的速度很難確定，因?yàn)殚T無(wú)論處于何種狀態(tài)，都有可能有人進(jìn)出而需要執(zhí)行開(kāi)門動(dòng)作。該位可由軟件置l或清0。 C/T=1時(shí)為計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳TO(P3．4腳)或Tl(P3．5腳)的外部脈沖(負(fù)跳變)計(jì)數(shù)。 MM0為工作方式選擇位。它用于選擇定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作模式和工作方式，它的字節(jié)地址為89H，不能進(jìn)行位尋址。如果計(jì)數(shù)值小于最小值的二倍則代表有障礙物，從而轉(zhuǎn)到開(kāi)門程序執(zhí)行。計(jì)數(shù)器采用的Tl計(jì)數(shù)。 測(cè)試一秒內(nèi)的轉(zhuǎn)速 SETB TR1LOOP2:LCALL DEL DJNZ R0，LOOP2 CLR TR1 MOV A,TL1 CJNE A，0,JIXU1JIXU1:JB ,GSLOW AJMP GFAST 當(dāng)調(diào)用關(guān)門程序的過(guò)程中才有必要測(cè)速，其他部分不需要設(shè)置此程序。具體程序如下：T10: MOV TMOD,50H。其中定時(shí)沒(méi)有采用定時(shí)器／計(jì)數(shù)器。 MOV R0，14H LOOPl：CALL DEL DJNZ R0，LOOPI就實(shí)現(xiàn)了20*=2s的定時(shí)。外層循環(huán)執(zhí)行時(shí)間為200*=100ms=。DJNZ指令的機(jī)器周期為2，則如果單片機(jī)的晶振頻率為l2MHz則一個(gè)機(jī)器周期是l us，因此執(zhí)行一條DJNZ指令的時(shí)間為2us。即分別賦其一初始值。常見(jiàn)的循環(huán)是計(jì)數(shù)循環(huán)，循環(huán)了一定次數(shù)后就結(jié)束循環(huán)。一個(gè)循環(huán)程序由以下三部分組成： 循環(huán)體：就是要求某一段程序重復(fù)執(zhí)行的程序部分。它的設(shè)計(jì)采用了多重循環(huán)定時(shí)。此程序嚴(yán)格按照自動(dòng)門開(kāi)關(guān)一次的順序來(lái)編寫的，考慮了各階段可能遇到的所有問(wèn)題，因此根據(jù)程序執(zhí)行的控制器可判斷自動(dòng)門是該快速還是慢速。直至有中斷打斷時(shí)，執(zhí)行清0 。然后判斷有沒(méi)有中斷要執(zhí)行，如到達(dá)限位開(kāi)關(guān)或是有人進(jìn)出時(shí)。 PWM信號(hào)發(fā)生程序設(shè)計(jì)PWM信號(hào)就是脈沖寬度信號(hào)，一定時(shí)間的高電平和一定時(shí)間的低電平的循環(huán)即可形成PWM信號(hào)。 功能模塊設(shè)計(jì)，但是基于本系統(tǒng)的要求，因?yàn)槿绻捎糜腥诉M(jìn)入INT0中斷服務(wù)程序的話，服服務(wù)程序很不容易判斷自動(dòng)門究竟出于哪一部分，要用哪種速度開(kāi)門。 本程序的設(shè)計(jì)主要由PWM信號(hào)發(fā)生程序、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊程序和檢測(cè)開(kāi)關(guān)程序組成。由圖37可知，TW等于UI2從0上升到VTH所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。接下來(lái)，C放電，放電回路為：UI2→VDD→UO1→C→UI2 ，放電使UI2下降，當(dāng)UI2下降到等于VDD時(shí)（此時(shí)，C兩端均為VDD，C中無(wú)電荷），電路穩(wěn)定，保證UO=0。當(dāng)UI2上升到等于G2門的閾值電平VTH時(shí)，UO2突跳為0，電路返回到自然穩(wěn)態(tài)：UO=0。故有暫態(tài)：UO=1。C中無(wú)電荷，是穩(wěn)態(tài)的標(biāo)志。故有自然穩(wěn)態(tài)：UO=0。圖37 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)觸發(fā)脈沖V1加到輸入端時(shí)，在Rd和Cd組成的微分電路輸出端得到很窄的正、負(fù)脈沖Vd。根據(jù)RC電路的不同接法(即接成微分電路形式或積分電路形式)又把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的這些特性可以實(shí)現(xiàn)脈沖整形、脈沖定時(shí)、延時(shí)等功能。 ，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。形成一個(gè)窄的脈沖信號(hào)。當(dāng)光信號(hào)照射其基極(受光城口)時(shí)，光敏三極管將導(dǎo)通，從發(fā)射極或集電極輸出放大后的電信號(hào)。 光敏三極管是具有放大能力的光電轉(zhuǎn)換三極管，廣泛應(yīng)用于各種光控電路中。工作電流一般小于20mA。從而測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。有紅外發(fā)光二極管從圓盤一側(cè)照射到小孔上，紅外光透過(guò)小孔照射到圓盤那一側(cè)的光敏三極管上，于是光敏二極管發(fā)出脈沖。限位開(kāi)關(guān)的安裝方法如下圖35所示。相反輸出低電平。 限位開(kāi)關(guān)分別設(shè)置在開(kāi)門極限位置、關(guān)門極限位置、和一半處的位置。這樣不論是有人進(jìn)門或有人出門，都會(huì)有低電平信號(hào)輸入INT0端口，從而使單片機(jī)得到有人的信息，并調(diào)用相應(yīng)程序執(zhí)行相應(yīng)的開(kāi)門動(dòng)作。接收管的光線被阻擋時(shí)輸山高電平信號(hào)。 本設(shè)計(jì)在自動(dòng)門的門內(nèi)門外一定高度處各設(shè)置一個(gè)對(duì)射探測(cè)器。其中發(fā)射器發(fā)射出一定波長(zhǎng)的紅外線，當(dāng)然人眼是看不到的但可以通過(guò)特定的裝置檢測(cè)到，也可以成像。其中以對(duì)射紅外探測(cè)器的應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)樗装惭b、價(jià)格低、上市早，被廣大的消費(fèi)者所接受。下面介紹一下具體實(shí)現(xiàn)方法及原理。 圖34 單片機(jī)控制受限單極性可逆PWM系統(tǒng)原理圖 檢測(cè)模塊 檢測(cè)有無(wú)人進(jìn)出采用對(duì)射主動(dòng)紅外探測(cè)器。第3路經(jīng)非門Fl連接到與門Y2的輸入端，使與門Y2輸出為0，這樣使開(kāi)關(guān)管Q4截止。當(dāng)單片機(jī)要求正轉(zhuǎn)時(shí)，該信號(hào)分成3路：第1路接與門Yl的輸入端，使與門Yl的輸出由PWM決定，所以開(kāi)關(guān)管vl柵極受PWM控制。規(guī)定其中高電平代表正轉(zhuǎn)，低電平代表反轉(zhuǎn)。tUitUitUotUotItI (a) 正轉(zhuǎn) （b）輕載 圖33 受限單極可逆PWM電流波形首先單極性驅(qū)動(dòng)方式在輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，這是這種方式不利的一面，可以通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率或改進(jìn)電路設(shè)計(jì)來(lái)克服；但是由于能夠避免開(kāi)關(guān)管直通，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，所以得以普遍使用。在反電動(dòng)勢(shì)的作用下，電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但是由于V2處十截止?fàn)顟B(tài)，使耗能制動(dòng)電流通路受到限制，所謂“受限”因此而得名。占空比比仍可按式31計(jì)算。在每個(gè)PWM周期的tlt2區(qū)間，Q1截止，電流在自感電動(dòng)勢(shì)的作用下，經(jīng)Q2和D4型重新流回路，如圖31的虛線2所示，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作在電動(dòng)狀態(tài)。 在要求電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1受PWM控制信號(hào)的控制，開(kāi)關(guān)管V2施加高電平使其常開(kāi)；開(kāi)關(guān)管2施加低電平，使它們?nèi)冀刂埂? 圖32 受限單極可逆PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)止轉(zhuǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)管Ql受PWM控制信號(hào)的控制，開(kāi)關(guān)管Q2施加高電半使其常開(kāi)；開(kāi)關(guān)管4施加低電平，使它們?nèi)冀刂?。H型又可以分為多種控制方式，此設(shè)計(jì)采用受限單極性驅(qū)動(dòng)方式和受限倍頻單極性驅(qū)動(dòng)方式。 單極性驅(qū)動(dòng)方式是指住一個(gè)PWM周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的電樞制成收單極性的電壓。 直流電動(dòng)機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)又分為可逆與不可逆、雙極性與單極性之分。 單片機(jī)的PWM口：新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括PWM功能。 專用PWM集成電路：從PWM控制投術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的PWM集成電路芯片，這些芯片除了有PWM信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。這種方法要占用CPU大量的時(shí)間，使單片機(jī)無(wú)法進(jìn)行其他的工作，因此現(xiàn)在用得也較少了?，F(xiàn)在已被淘汰了。 PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法有四種： 分立電子元件組成的PWM信號(hào)發(fā)生器：這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號(hào)電路。 前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)將會(huì)引于控制脈沖的頻率，且考慮到程序設(shè)計(jì)的方便性問(wèn)題，仍是用的第二種方法。調(diào)寬調(diào)頻法：這種方法是保持t2不變，只改變tl，這樣使周期T(或頻率)也隨之改變。 在PWM調(diào)速時(shí)，占空比a是一個(gè)重要參數(shù)。a的變化范同為0≤a≤1。這樣，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓平均值U0為： U0=(tlUs+0）/（t1+t2）=t1Us/T= a Us (32) 式中，a為占空比，a=tl／T。當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)電機(jī)電樞兩端的電壓為0。 當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)兩端響電壓Us。 絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都是用電樞控制法。這種控制方式很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)，從而為直流電動(dòng)機(jī)控制數(shù)字化提供了契機(jī)。 近年來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。長(zhǎng)期以來(lái)直流電機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。此次設(shè)計(jì)我采用的方法是由功率場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)組成驅(qū)動(dòng)電路。本設(shè)就是由單片機(jī)控制產(chǎn)生PWM信號(hào)，通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。無(wú)論被控制量的大小如何，都可以保證足夠的控制精度。在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)時(shí)，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制 微處理器有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精度高、有大容量的存儲(chǔ)單元，因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，如優(yōu)化控制等。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊微處理器取代模擬電路作為電動(dòng)機(jī)控制器有如下特點(diǎn)：使電路更簡(jiǎn)單 模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路復(fù)雜。定時(shí)器定時(shí)時(shí)間和計(jì)數(shù)初值之間的關(guān)系：定時(shí)時(shí)間 = (滿計(jì)數(shù)值 ? 計(jì)數(shù)初值) ? 機(jī)器周期機(jī)器周期 = 12 / fosc滿計(jì)數(shù)值： 16位計(jì)數(shù)：216 = 65536 8位計(jì)數(shù)： 28 = 256 定時(shí)/計(jì)數(shù)器編程操作步驟：確定工作模式：編程TMOD；計(jì)算定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，并裝載到THx和TLx中，或THx和TLx清零；在中斷方式工作時(shí)，開(kāi)CPU中斷和源中斷：編程IE。0—T/C的啟停僅受TR0或TR1的控制；1—T/C的啟停受到雙重控制。0—定時(shí)器；1—計(jì)數(shù)器。表34 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0T/C1T/C0 其中高4位對(duì)應(yīng)于T/C1，低4位對(duì)應(yīng)于T/C0。TCON上電復(fù)位時(shí)清零。TF0、TF1：T/C0、T/C1計(jì)數(shù)溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。表33 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF0TR0TF1TR1IE1IT1IE0IT0TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動(dòng)控制位，需軟件控制。和T/C有關(guān)的