基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng).doc

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基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng) 班 級(jí)：120406 學(xué) 號(hào)：20124310 姓 名：李強(qiáng) 指導(dǎo)教師：郭昕剛 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年12月15-2014年12月19日 基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng) 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，自動(dòng)門開始進(jìn)入人們的日常生活，成為賓館、超市、銀行等現(xiàn)代建筑所必備之物，是建筑智能化水平的重要指標(biāo)之一。它具有美觀大方、防風(fēng)、防塵、降低噪音等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)方便了人們出入，也方便了管理，增強(qiáng)了安全。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳睿瑢⒓涌炜茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展。控制系統(tǒng)是自動(dòng)門的心臟，也是衡量其設(shè)計(jì)制造水平的重要指標(biāo)，同時(shí)自動(dòng)門控制系統(tǒng)逐漸向大型化、復(fù)雜化和智能化的方向發(fā)展。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用單片機(jī)8051作為控制核心，直流電機(jī)、熱釋電型紅外傳感器等相結(jié)合的系統(tǒng)。它充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)門；單片機(jī)；控制；熱釋電紅外傳感器 The Automatic Door Control System Based On SCM Abstract Along with societys development, the technical progress as well as the people living standards gradual enhancement, automatic valve starts to enter peoples life. It is not only indispensable for hotels, supermarkets, banks and other modern architecture, but also become an important indicator of the level of construction of intelligent. There is beautiful, generous,windbreak, dustproof, lower noise. Meanwhile it is convenient for people to access. And it facilitate the management, enhance the safety. Its usable, he function is complete, the technological advance, causes the people to believe that this is the advance in technology achievement. It lets the humanity understand that Digital Ages development will change humanitys life, will speed up the science and technology the development. Automatic control system is the heart of the design, and the measure of the important indexes, the manufacture level. Also, it gradually toward large-scale, complicated and intelligent direction. This design mainly 8052 takes the control core using the monolithic integrated circuit, direct current system which the electrical machinery, the pyroelectric infrared sensor, the potentiometer unify. Has displayed monolithic integrated circuits performance fully. Its merit hardware circuit is simple, the software function is perfect, the control system is reliable, the performance-to-price ratio higher characteristic, has certain use and the reference value. Keyword：automatic door;SCM;control;PIRS 目錄 1緒論..................................................................................................1 1.1 自動(dòng)門發(fā)展歷史...................................................................1 1.2 單片機(jī)的發(fā)展及89C51系列的運(yùn)用...................................1 1.3 紅外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展...........................................................2 2系統(tǒng)總體方案..................................................................................3 2.1 系統(tǒng)總體規(guī)劃.......................................................................3 2.2器件介紹................................................................................4 2.2.1 單片機(jī).........................................................................4 2.2.2熱釋電紅外傳感器....................................................10 3 硬件設(shè)計(jì).......................................................................................11 3.1 基本單片機(jī)系統(tǒng)................................................................11 3.2 紅外檢測(cè)電路.....................................................................12 3.2.1 放大信號(hào)電路...........................................................13 3.3 電動(dòng)機(jī)電路.........................................................................15 4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)........................................................................16 4.1 主程序流程圖.....................................................................17 4.2調(diào)試......................................................................................17 4.2.1 硬件調(diào)試...................................................................17 4.2.2 軟件調(diào)試...................................................................18 5總結(jié)與展望....................................................................................19 致謝...................................................................................................20 參考文獻(xiàn)...........................................................................................21 附錄I 總電路圖...............................................................................22 1緒論 1.1 自動(dòng)門發(fā)展歷史 自動(dòng)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(jìn)行的發(fā)展和完善。自動(dòng)門是指：可以將人接近門的動(dòng)作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識(shí)別為開門信號(hào)的控制單元，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動(dòng)關(guān)閉，并對(duì)開啟和關(guān)閉的過程實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)。 自動(dòng)門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)年以后。二十年代后期，美國(guó)的超級(jí)市場(chǎng)的開放，自動(dòng)門開始被使用，受此影響，世界第一自動(dòng)門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動(dòng)門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動(dòng)門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動(dòng)機(jī)的電氣式自動(dòng)門逐漸成為主流。例如：各種用可識(shí)別控制的自動(dòng)專用門，如：感應(yīng)自動(dòng)門(紅外感應(yīng)，微波感應(yīng)，觸摸感應(yīng)，腳踏感應(yīng))、刷卡自動(dòng)門等。 21世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級(jí)形式--自動(dòng)門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動(dòng)門家族。 1.2 單片機(jī)的發(fā)展及89C51系列的運(yùn)用 擔(dān)任本設(shè)計(jì)處理部分的是89c52單片機(jī)（89C51系列）.目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。 STC89C51RC系列單片機(jī)是宏晶科技出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器和6時(shí)鐘/機(jī)器可選，HD版本和90C版本內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。89C52與89C51的區(qū)別在于51的程序空間為4K字節(jié)，而52程序空間為8K字節(jié)，其余性能與結(jié)構(gòu)相同。本論文以89C51RC系列來(lái)講述。 1.3 紅外探測(cè)技術(shù)的發(fā)展 紅外探測(cè)技術(shù)在軍事技術(shù)、工業(yè)控制、安全保衛(wèi)、家用電器以及人們的日常生活等諸多領(lǐng)域中都有著非常廣泛的應(yīng)用,而一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)控系統(tǒng)也在教學(xué)中發(fā)揮了很大的作用。紅外探測(cè)技術(shù)利用紅外光波(又稱紅外線)作為載波來(lái)傳送測(cè)量信號(hào)或者控制指令,例如紅外遙控電視開關(guān)、紅外報(bào)警器、自動(dòng)玻璃門等。之所以采用紅外光波作為測(cè)控光源,是由于紅外發(fā)射器件與紅外接收器件的發(fā)光與受光峰值波長(zhǎng)一般為0.88μm~0.94μm,落在近紅外波段內(nèi),而且二者的光譜恰好重和能夠很好地匹配,可獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。紅外測(cè)控系統(tǒng)一般包括發(fā)射、接收以及處理部分。在本設(shè)計(jì)中，紅外線探測(cè)器中的熱電元件檢測(cè)人體的存在或移動(dòng)，并把熱電元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。然后，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行波形分析。于是，只有當(dāng)通過波形分析檢測(cè)到由人體產(chǎn)生的波形時(shí)，才輸出檢測(cè)信號(hào)。例如，在兩個(gè)不同的頻率范圍內(nèi)放大電壓信號(hào)，且將被放大的信號(hào)用于鑒別由人體引起的信號(hào)。 2系統(tǒng)總體方案 本章圍繞系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，介紹系統(tǒng)組成框圖、主控芯片單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源及其接口技術(shù)、整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)所用到的其它IC的介紹。 2.1 系統(tǒng)總體規(guī)劃 本系統(tǒng)主要由單片機(jī)及其外圍電路、紅外檢測(cè)電路、直流電機(jī)控制電路等組成。正常工作時(shí),單片機(jī)循環(huán)檢測(cè)紅外檢測(cè)電路輸出信號(hào)，據(jù)此產(chǎn)生直流電機(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)式。如門在的控制方關(guān)門過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。其原理方框圖如2-1所示。 圖2-1 原理方框圖 2.2器件介紹 2.2.1 單片機(jī) 單片機(jī)處理模塊部分選用的芯片為89C52RC，屬于89C51RC系列。選用STC單片機(jī)的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬件無(wú)需改動(dòng)。使產(chǎn)品更小，更輕,功耗更低用STC提供的專用工具可很容易的將2進(jìn)制代碼、16進(jìn)制代碼下載進(jìn)STC相關(guān)的單片機(jī)。 圖2-2 89C52RC引腳圖 如圖2-2為89C52RC的引腳圖；各引腳功能如表2-1。 表2-1 89C52RC引腳功能 管腳 管腳編號(hào) 說明 LQFP44 PDIP40 PLCC44 P0.0 ~ P0.7 37-30 39-32 43~36 P0:P0口既可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使 用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，上電復(fù) 位后處于開漏模式。P0口內(nèi)部無(wú)上拉電阻，所以作I/O口必須外接 10K-4.7K的上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是 低8位地址線[A0~A7]，數(shù)據(jù)線的[D0~D7]，此時(shí)無(wú)需外接上拉電 阻。 P 1.0/T2 40 1 2 P 1.0 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [0] T2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部輸入 P1. 1/T2EX 41 2 3 P . 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [1] T2EX 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕捉/重裝方式的觸發(fā)控制 P 1.2 42 3 4 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [2] P 1.3 43 4 5 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [3] P 1.4 44 5 6 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [4] P 1.5 1 6 7 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [5] P 1.6 2 7 8 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [6] P 1.7 3 8 9 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT [7] P2.0 ~ P2.7 18-25 21 -28 24-3 Port2: P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8 位地址總線使用(A8 ~ A 5)。當(dāng)P2口作為輸入/輸出口時(shí)，P2是一 個(gè)8位準(zhǔn)雙向口。 P3.0/RxD 5 10 11 P3.0 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[0] RxD 串口1數(shù)據(jù)接收端 P3.1 /TxD 7 11 3 P3.1 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[1] TxD 串口1數(shù)據(jù)發(fā)送端 P3.2/INT0 8 12 14 P3.2 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[2] INT0 外部中斷0,下降沿中斷或低電平中斷 P3.3/INT 9 13 15 P3.3 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[3] INT 外部中斷1,下降沿中斷或低電平中斷 續(xù)表2-1 89C52RC引腳功能引腳功能 P3.4/T0 10 14 16 P3.4 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[4] T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入 P3.5/T 11 15 17 P3.5 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[5] T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入 P3.6/WR 12 16 18 P3.6 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[6] WR# 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖 P3.7/RD 13 17 19 P3.7 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT3[7] RD# 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖 P4.0 17 23 P4.0 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[0] P4.1 28 34 P4.1 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[1] P4.2/INT3# 39 1 P4.2 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[2] INT3# 外部中斷3，下降沿中斷或低電平中斷 P4.3/INT2# 6 12 P4.3 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[3] INT3# 外部中斷2，下降沿中斷或低電平中斷 P4.4/PSEN# 26 29 32 P4.4 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[4] PSEN# 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳 P4.5/ALE 27 30 33 P4.5 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[5] ALE 地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳 P4.6/EA# 29 31 35 P4.6 標(biāo)準(zhǔn)I/O口 PORT4[6] EA# 內(nèi)外存儲(chǔ)器選?引腳 RST 4 9 10 RST 復(fù)位腳 XTAL1 15 19 21 內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引 腳。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸 入端。 XTAL2 14 18 20 內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器的輸出端，接外部晶振的另一 端。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳可浮空，此時(shí) XTAL2實(shí)際將XTAL1輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出。 VCC 38 40 44 電源正極 Gnd 16 20 22 電源負(fù)極，接地 1 時(shí)鐘電路 STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖2-3(a) 所示，在RXD和TXD引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時(shí)鐘電路如圖2-3（b）所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。 (a)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 (b)外部方式時(shí)鐘電路 圖2-3時(shí)鐘電路 2 復(fù)位及復(fù)位電路 A 復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2-2所示。 表2-2 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0-P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H B 復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖2-4所示 圖2-4復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖2-5（a）所示。這佯，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖2-5（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 其電路如圖2-5（c）所示： (a)上電復(fù)位 (b)按鍵電平復(fù)位 (c)按鍵脈沖復(fù)位 圖2-5復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖2-5（b）上電復(fù)位方式。 2.2.2熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá)104ＭΩ，故引入的Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。 人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生信號(hào)。 1——D腳 2——S腳 3——G腳 圖2-6熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2-6是一個(gè)雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負(fù)極，S端為信號(hào)輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。 制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0．2～20μm。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽(yáng)光和其它紅外輻射拒之門外。 3硬件設(shè)計(jì) 3.1 基本單片機(jī)系統(tǒng) 這是自動(dòng)門系統(tǒng)的控制核心， 一般情況下以單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源為主,，有必要時(shí)再擴(kuò)展部分外部器件.。在本設(shè)計(jì)中需要完成的控制比較簡(jiǎn)單，以單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源完全可以實(shí)現(xiàn)， 因此不需擴(kuò)展。其單片機(jī)電路圖如圖3-1。 圖3-1 單片機(jī)電路圖 3.2 紅外檢測(cè)電路 紅外檢測(cè)電路主要由熱釋電紅外傳感器和檢測(cè)放大電路組成, 核心元件是熱釋電紅外傳感器, 它能以非接觸形式檢測(cè)人體輻射出的紅外線能量變化,并將此變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出。不需要紅外線和電磁波發(fā)射源以及各種主動(dòng)接觸開關(guān)由于敏感元件的輸出電壓極微弱且其阻抗很高, 故在傳感器內(nèi)部設(shè)有場(chǎng)效應(yīng)管及偏置厚膜電阻, 從而構(gòu)成信號(hào)放大及阻抗變換電路, 一般熱釋電紅外傳感器自身的接收靈敏度較低, 檢測(cè)距離僅2m 左右。當(dāng)有人靠近自動(dòng)門時(shí),被熱釋電紅外傳感器接收下來(lái), 并將其轉(zhuǎn)換成信號(hào), 經(jīng)檢測(cè)放大電路內(nèi)部放大等處理后輸出給單片機(jī)。其熱電釋紅外檢測(cè)電路如圖3-2所示。 圖3-2熱電釋紅外檢測(cè)電路 3.2.1 放大信號(hào)電路 LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，lm324原理圖如圖3-3所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。 每一組運(yùn)算放大器可用圖3-3（1）所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324引腳圖見圖3-3（2）。 當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說反饋電阻趨于無(wú)窮大時(shí)(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無(wú)窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬(wàn)倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。 圖3-4中使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻R1、R1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時(shí)加到A1的正輸入端和A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)Ui >U1時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平；當(dāng)Ui U2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，LED點(diǎn)亮，這便是一個(gè)電壓雙限指示器。若選擇U2 > U1，則當(dāng)輸入電壓在[U2，U1]區(qū)間范圍時(shí)，LED點(diǎn)亮，這是一個(gè)“窗口”電壓指示器。 此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。 3.3 電動(dòng)機(jī)電路 所選用的電動(dòng)機(jī)為普通的直流電機(jī)，在單片機(jī)的控制下，可接一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片或者通過其他的一些原件可使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本文為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用其他方式代替了電路驅(qū)動(dòng)芯片。電動(dòng)機(jī)電路圖如圖3-5所示。 圖3-5 電動(dòng)機(jī)電路圖 4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)面向硬件，選用C語(yǔ)言編程。最主要部分是單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)(包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn))和時(shí)間的延遲。 4.1 主程序流程圖 圖4-1主程序流程圖 4.2調(diào)試 4.2.1 硬件調(diào)試 首先，在Protel中畫出電路的原理圖，并繪制出PCB板接線圖。接著根據(jù)PCB板接線圖實(shí)物的制作。在制作的過程中，事先根據(jù)元件的大小排版布局，以單片機(jī)為中心，從簡(jiǎn)單.線路少的元件開始著手,圍繞單片機(jī)把所有元件焊接完畢.最后，焊接完畢之后需要檢查調(diào)試。 首先通電觀察電路板是否有異常，一般觀察的是有無(wú)因接錯(cuò)產(chǎn)生短路而使電路冒煙，發(fā)熱過高而使電路發(fā)燙甚至燒毀電路。 如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后再通電重新檢測(cè)。在第一步檢測(cè)完畢無(wú)異常后，再輸入信號(hào)，用萬(wàn)用表進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)。再與原始數(shù)據(jù)的對(duì)比,通過比較檢查出出現(xiàn)錯(cuò)誤的部分，再進(jìn)行修改調(diào)試，直到未發(fā)現(xiàn)漏洞。通過調(diào)試，確保硬件接線合理安全，電路完整能夠達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。 4.2.2 軟件調(diào)試 首先，并不是把編號(hào)的程序直接燒進(jìn)單片機(jī)，而先用Keil C51編譯器進(jìn)行調(diào)試。在使用Keil C51編譯器時(shí),對(duì)工程成功地進(jìn)行編譯（匯編）、連接以后，在主菜單中打開“調(diào)試”欄，點(diǎn)擊“開始/停止調(diào)試模式”，即可進(jìn)入軟件模擬仿真調(diào)試狀態(tài)，Keil C51內(nèi)建了一個(gè)仿真CPU用來(lái)模擬執(zhí)行程序，該仿真CPU功能非常強(qiáng)大，可以在沒有硬件和仿真器的情況下進(jìn)行程序的調(diào)試，但是在時(shí)序上，軟件模擬仿真是達(dá)不到硬件的時(shí)序的。進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)后，“調(diào)試”欄菜單項(xiàng)中原來(lái)不能用的命令現(xiàn)在已經(jīng)可以使用了。調(diào)試程序看是否能仿真，如果運(yùn)行正常再將在Keil C51編譯器中調(diào)試好的程序燒寫至單片機(jī)。 在接上電源時(shí)，觀察整體電路是否按照預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)的運(yùn)作，電機(jī)是否正轉(zhuǎn)，電機(jī)是否反轉(zhuǎn)等。可根據(jù)電路的運(yùn)行情況推測(cè)出程序出錯(cuò)的部分，修改程序后再經(jīng)過Keil C51編譯器調(diào)試后燒到單片機(jī)，反復(fù)檢測(cè)直到能工作完全正常。 5總結(jié)與展望 本次課程設(shè)計(jì)經(jīng)歷了1個(gè)星期，我從中學(xué)到了許多。從最開始收集資料，購(gòu)買元器件，中間的電路板的焊接，程序的設(shè)計(jì)，到最后的調(diào)試。這些都使我學(xué)到了好多，成長(zhǎng)了好多。通過查找各種資料，將大學(xué)所學(xué)到的東西結(jié)合在一起，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)將知識(shí)變?yōu)閷?shí)際，在調(diào)試過程培養(yǎng)了我的堅(jiān)持能力，打磨了我的性格。這次經(jīng)歷不僅僅擴(kuò)充了我的知識(shí)面，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，還教會(huì)了我怎樣做好一件事的方法。課程設(shè)計(jì)的過程中讓我更系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了大學(xué)所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)了耐心和毅力。雖然在這中間走過許多歪路，遇到很多失敗，但是堅(jiān)持下來(lái)收獲的是勝利的微笑。 本次設(shè)計(jì)為單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng),主要應(yīng)用單片機(jī)8052作為控制核心，直流電機(jī)、熱釋電型紅外傳感器等相結(jié)合的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于開發(fā)，加之價(jià)格低廉，安全可靠，操作方便，應(yīng)而應(yīng)用前景廣闊，適合于對(duì)電子設(shè)計(jì)制作感興趣的學(xué)者動(dòng)手試一試。 致謝 在本次課程設(shè)計(jì)中，碰到了許多問題，幸虧有老師的悉心指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，最終能夠完成本次課程設(shè)計(jì)，給本次設(shè)計(jì)過程畫上一個(gè)完美的句號(hào)。 我非常感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我的監(jiān)督指導(dǎo)，感謝老師的鼓勵(lì)和引導(dǎo)，我會(huì)銘記老師的教誨。通過本次課程設(shè)計(jì)讓我明白實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一途徑，只有通過實(shí)踐的檢驗(yàn)，才能檢驗(yàn)平時(shí)所講的理論的正確與否，只懂得理論知識(shí)卻沒經(jīng)過實(shí)踐，是不可能完全掌握其精華所在的。通過這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了動(dòng)手的重要性，在動(dòng)手的過程中掌握理論這樣才能記得更牢，理解更透徹。感謝學(xué)校提供這個(gè)動(dòng)手學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)！ 參考文獻(xiàn) [1] 馬爭(zhēng)、汪亞南. 微計(jì)算機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 高等教育出版社，2009 [2] 林立、張俊亮、曹旭東、劉得軍.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2009 [3] 肖俊峰、鄭小琴.一種紅外線自動(dòng)門單片機(jī)控制系統(tǒng)[J].門窗,2008(10). 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