【正文】 ....................................................... 20 致謝 ..................................................................... 25 基于單片機的光電檢測裝置設(shè)計 1 1 緒論 自動門的 發(fā)展現(xiàn)狀 自動門從理論上理解應(yīng)該是門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進行的發(fā)展和完善。自動門是指可以將人接近門的動作識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟 ,在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用 。到了 1962 年，電氣式 已 開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。 在 經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市，自動門已經(jīng)是隨處可見，在各大廈、賓館、酒店、銀行、商場、醫(yī)院、寫字樓等場所，自動門更是得到大范圍的普及使用。 自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門和自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門和感應(yīng)門就是指自動平移門。當(dāng)人通過門 之后，再將門關(guān)閉。同時也幾乎成為銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項配置。其設(shè)計裝置將與本組同學(xué)開發(fā)的其它模塊共同組成完整的自動門控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)有多種控制方式 ，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開關(guān)，工作歷史紀錄統(tǒng)計、防盜報警等多種控制功能。 其 光電檢測裝置設(shè)計 的任務(wù)要求主要有： (1)要求所設(shè)計的 光電檢測裝置 能夠 達到系統(tǒng)規(guī)定的檢測距離要求。 (3) 要求所設(shè)計的 光電檢測裝置 電路的 輸出信號形式符合系統(tǒng)其它部分要求。 (5) 能與其它模塊正確連接并調(diào)試通過。本課題主要是基于單片機的光電檢測裝置設(shè)計，其設(shè)計要求主要是考慮 用 光發(fā)射器和光接收器裝置 ，負責(zé)有人 ， 無人信號的檢測；用 編碼器， 譯碼器負責(zé)紅外線編碼，譯碼；用 AT89C52 單片機，負責(zé)軟件程序的運行； 通過單片機處理的信號給 同步 電機 ，使其實現(xiàn) 正反轉(zhuǎn)， 從而 實現(xiàn)門的開關(guān) 等幾個方面的問題 。 本次設(shè)計以自動平移門為模型進行系統(tǒng)設(shè)計，并使 系統(tǒng) 具 有多種控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開關(guān) 門 ，工作歷史紀錄統(tǒng)計、防盜報警等多種控制功能。 2 方案論證與比較 系統(tǒng)的軟硬件方案選擇 方案一 ：同步 電機的 PLC 控制 PLC 采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU、 RAM、 ROM 和輸入 /輸出接口電路等。 方案二 ：同步 電機的單片機控制 單片機是把中央處理器 (CPU)、隨機存取存儲器 (RAM)、只讀存儲器 (ROM)、輸入 /輸出端口 (I/O)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機 ， 是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物 [3] 。 根據(jù)以上比較可以看出：利用可編程序控制器可以方便地實現(xiàn)對電機速度和位置的控制，方便可靠地進行各種電機的操作，完成各種復(fù)雜的工作。同時本課題設(shè)計實現(xiàn)的多種控制利用單片機可以設(shè)好的實現(xiàn)，而且基于單片機的編程對我們來說也相對熟練、簡單 。同時工作過程中要通過宏觀機械動作來實現(xiàn)，宏觀機械動作必然使響應(yīng)時間加大，機械動作的接觸與斷開瞬間也容易產(chǎn)生信號抖動和失真，還要考慮線圈頻繁沖放電和機械動作對器件壽命的影響，所以不適合做脈沖輸出控制 電機 系統(tǒng)。因此，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、 I/O 端口、功率消耗及可靠性等方面均有其獨特之處，其最顯著的特點之一就是具有非常有效的控制功能。 綜上所述，應(yīng)選擇單片機控制 同步 電機。 AT89C51 有 4K 字節(jié)的內(nèi)部 FLASH PERAM， 32 可編程 I/O 線，兩個 16 位定時器 /計數(shù)器，與 MCS51 兼容 [3] 。片上帶有 8KB Flash 存儲器，且允許在系統(tǒng)改寫或用編程器編程。所以， AT89C52 單片機應(yīng)用極為廣泛。同時，與 CHMOS 工藝的 80C52 一樣，支持軟件選擇的空閑和掉電兩種節(jié)電運行方式。 可根據(jù)以上比較，在單片機的 CPU 部分選用 AT89C52 單片機 。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。 方案一 ： 漫反射式光電開關(guān) 漫反射式光電開關(guān) 是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了基于單片機的光電檢測裝置設(shè)計 4 開關(guān)信號。 方案二： 鏡反射式光電開關(guān) 鏡反射式光電開關(guān) 亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。因此，本次設(shè)計選取 漫反射式光電開關(guān) 作為光電傳感器。 3 總體設(shè)計原理圖 該系統(tǒng)有多種控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開關(guān) 門 ，工作歷史紀錄統(tǒng)計、防盜報警等多種控制功能。在硬件上實現(xiàn)了 LED 系統(tǒng)報警顯示，人員進出信號的采集與A/D 轉(zhuǎn)換，監(jiān)控報警，以及電機驅(qū)動控制。與此同時，采用 Protues 軟件對所編程序進行模擬仿真，以完成設(shè)計系統(tǒng)的仿真調(diào)試。 （ 2） 當(dāng)發(fā)生盜竊事件時，其比產(chǎn)生一定頻率的振動信號，被振動傳感器檢測到時產(chǎn)生一信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生脈沖信號給單片機，經(jīng)單片機處理后產(chǎn)生一控制信號給報警顯示電基于單片機的光電檢測裝置設(shè)計 5 路，發(fā)出報警聲。（ 3）用串行口顯示控 制裝置將計算機與單片機連接起來，實現(xiàn)自動門工作歷史記錄統(tǒng)計和顯示等功能。本系統(tǒng)主要有 AT89C52 單片機及其外圍電路，光電檢測電路，門行程檢測電路，振動檢測電路， 同步 電機控制電路， 報警電路以及串行口顯示部分六部分組成。單片 機循環(huán)檢測光電檢測電路和行程開關(guān)檢測電路的輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生 電機控制信號，電動機帶動門運行，當(dāng)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。檢測距離可以根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。 其 技術(shù)參數(shù) 如下： 尺寸： 直徑 :17MM， 傳感器長度 :45MM， 引線長度 :45CM 響應(yīng)時間 2ms 外殼材料：塑料 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [3] 。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 32 個雙向 I/O 口 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 2 個串行中斷 2 個外部中斷源 2 個讀寫中斷口線 低功耗空閑和掉電模式 利用單片機寫啟動 A/D轉(zhuǎn)換部分 ，轉(zhuǎn)換結(jié)束后再由 光電傳感器采集到的信號 向 AT89C52發(fā)出中斷請求信號， CPU響應(yīng)中斷請求。再重新選擇被測量，并再次啟動 A/D轉(zhuǎn)換后中斷返回 。 （ 2）感應(yīng)探測器： 這里指光電傳感器， 負責(zé)采集外部信號， 如同 人們的眼睛，當(dāng)有光電傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換部分 AT89C52 單片機 基于單片機的光電檢測裝置設(shè)計 9 移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號 。 （ 4）門扇行進軌道：就 像 火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進 。 （ 6）同步皮帶 ：用于傳輸 電機 所產(chǎn) 生的 動力，牽引門扇 的打開或關(guān)閉。 同時，要了解自動門 完成一次開門與關(guān)門 的工作流程 ，其工作流程如下： 感應(yīng)探測器 (光電傳感器 )探測到有人進入時，將脈沖信號傳給 單片機 ， 單片機 判斷后通知 電機 運行，同時監(jiān)控 電機 轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知 電機 在一定時候加力和進入慢行運行。 最后，進行自動門模型的制作。 Keil 的編譯器和鏈接器包括 C5 A5 L51 和 BL51。 A51 是匯編語言編譯器， 其功能是將匯編源代碼編譯生成可重新定位的目標模塊。 BL51 也是鏈接／定位器，它比 L51 鏈接／定位器多了可以鏈接定位大于 64KB 的程序，具有代碼域切換功能和可用于 RTX51 實時多任務(wù)造作系統(tǒng)等功能 [13] 。其編 程 過程如下：（ 1） 項目的建立：項目命名和選擇 CPU；（ 2）給項目加入程序文件：此程序采用 C 語言編程即 C 文件；（ 3） 項目的編譯鏈接； (9)編譯鏈接后，會產(chǎn)生一“ .hex” 文 件，該文件可以燒錄到的單片機中運行。其系統(tǒng)功能分析如下： （ 1） 系統(tǒng)工作流程分為兩種情況：有人員進 出和 無人員進出。即在初始狀態(tài)下，自動門是閉合的。接收到控制信號后， 若此時的門狀 態(tài) 是開的，則不必驅(qū)動電機，只要繼續(xù)保持開狀態(tài)即可；如若門的狀態(tài)是 閉合的，則要驅(qū)動電機使門打開。 （ 4） 在系統(tǒng)中完成顯示與報警功能。 其 基于 AT89C52 單片機 的開關(guān)門 C 語言程序設(shè)計流程圖如下 圖 61 所示： 圖 61 程序設(shè)計流程圖 程序的編寫完成 基于單片機的光電檢測裝置設(shè)計 11 本 次自動門 設(shè)計的程序采用 C 語言進行編譯，其主要包括控制電機正傳子程序，控制電機反轉(zhuǎn)子程序，報警子