地铁自动门设计Word文档格式.docx

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现代社会是一个快速发展的信息化社会，随着科学技术的不断进步，人们不断去追求舒适，方便的生活环境。

于是相应的电子产品产生，智能型自动门同样出现在人们的生活中。

随着自动门的技术、性能日趋成熟、完善，它被广泛应用在政府机关、银行、医院、商业、工业等不同行业，改善了人们的生产生活条件。

自动门不但能给我们带来人员出入方便、节约空调能源、防风、防尘、防噪音等好处，更令我们的建筑物增添了不少高贵典雅的气息。

自动门是指可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。

按启闭形式分：

可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门；

按门体的材料分：

不锈钢门有安全玻璃、不锈钢饰面、建筑铝合金型材、彩色涂层钢板、木材等。

自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。

必须根据建筑物的使用特点。

通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。

一、自动门系统方案

（一）设计思想和整体框图

本设计主要应用单片机程序对直流伺服电机的正转、反转进行控制，从而对门进行开、关的控制。

在门的两侧各有一个感应器，分别感应从里面出去和从外面进来的人。

感应探测器探测到有人靠近时，将脉冲信号传给主控器单片机，主控器判断后通知电机运行，同时监控电机的转数，以便通知电机在一定时候加力和进入慢行运行。

直流电动机采用H桥驱动。

检测人进出的传感器采用红外传感器。

下图1-1是自动门系统整体框图。

（二）器件选型

单片机AT89C51各个引脚的作用

VCC/GND：

供电电源。

P0口：

可以被定义为数据/地址的低八位，能够用于外部程序/数据存储器。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

标准输入输出I/O，P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

既可用于标准输入输出I/O，也可用于外部程序存储器或数据存储器访问时的高八位地址。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

既可以作标准输入输出I/O，也可作为AT89C51的一些特殊功能口，

管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出

正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序

存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平，此间内部程

序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

8051单片机最早由Intel公司推出，其后，多家公司购买了8051的内核，使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛，有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。

凌阳单片机系列芯片中相同的片内硬件功能模块具有相同的资源特点；

不同型号的芯片只是对片内资源进行删减。

其最大的特点就是超强抗干扰.广泛应用于家用电器、工业控制、仪器仪表、安防报警、计算机外围等领域。

其主要优势在语音方面。

8051作为系统的控制器，单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法，并且具有功耗低，体积小，技术成熟，成本低廉，在各个领域应用广泛。

而且我们也比较熟悉这款芯片，因此采用8051构成系统控制部分。

直流电机采用H桥驱动：

单片机的一个引脚分别产生两种占空比不同的PWM（脉冲宽度调制）波形作为驱动信号，实现不同的转速和制动；

另外由一个引脚产生转向控制信号，在门的中间及其两边设置磁开关，作为中断信号产生源，来判断电机是否应该转换速度或停止；

有无人进出采用红外线来探测，有人时则产生中断，执行开门动作；

转速测量采用在电机的转轴上设置一个带有相差180度且位于同一半径上的两小孔的圆盘，用红外线照射转动的圆孔，光透过小孔被光敏三极管接收，从而产生脉冲经整形电路后送到单片机内部定时计数测出频率。

在感应器的选择方面是很灵活的，在高档酒店、写字向中央处理器提出申请楼，可以选择高灵敏度的感应器；

在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，可以选择特定区域有效的感应器；

在医院手术室门前可以采用压力感应器；

而车库的门可以采用固定光照感应器。

而现在被广泛应用的感应器主要有微波感应器和红外感应器。

微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动，雷达便不再反应，自动门就会关闭，有可能出现夹人现象。

红外感应器，对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应。

红外感应器的反应速度比微波感应器慢。

本系统首先要求的是安全，所以选用红外线传感器。

二、自动门系统的硬件设计

（一）系统硬件整体逻辑设计

数字控制伺服系统由计算机控制器、PWM功率驱动接口、传感器接口和电机本体四部分组成。

计算机的作用是：

完成位置信号的设置，根据传感器接口给出的绝对零位脉冲和电流反馈控制，产生PWM脉宽调制信号，最后由PWM功率开关接口对电动机进行最终的功率驱动。

在这个系统中，由于反馈控制是通过软件实现的，故可以根据负载的性质改变系统的参数，求得最佳匹配。

信号滤波也可以通过软件实现，更有可能通过计算机补偿技术使传感器精度得以补偿提高。

计算机控制在可靠性、小型化、联网群控制等方面的优点都是经典模拟伺服系统无法比拟的。

（二）控制器单元的硬件设计

控制器单元硬件电路图如图2-0所示

图2-0控制器最小系统

一片MCS-51单片机芯片内包含一个8位CPU、振荡器和时钟电路、至少128字节的内部数据存储器，可寻址外部程序存储器和数据存储器个64k字节，21个特殊功能寄存器，4个并行I/O接口，2个16位定时/计数器,至少5个中断源，提供两级中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。

具有有位寻址功能，有较强的布尔处理能力。

各功能单元（包括IO端口和定时器/计数器等）都由特殊功能寄存器（SFR）集中管理。

MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：

1.片内程序存储器

2.片外程序存储器

3.片内数据存储器

4.片外数据存储器

程序内存ROM的寻址范围：

0000H~FFFFH容量64KB。

EA=1,寻址内部ROM；

EA=0,寻址外部ROM。

地址长度：

16位。

作用：

存放程序及程序运行时所需的常数。

七个具有特殊含义的单元是：

0000H——系统复位，PC指向此处；

0003H——外部中断0入口

000BH——T0溢出中断入口

0013H——外中断1入口

001BH——T1溢出中断入口

0023H——串口中断入口

002BH——T2溢出中断入口

内部数据存储器RAM物理上分为两大区：

00H~7FH即128B内RAM和SFR区。

作数据缓冲器用。

一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。

那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。

程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。

其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。

只是程序代码则存放于程序存储器中。

MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序。

数据和表格等信息。

对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB,此时单片机的端必须接地。

强制CPU从外部程序存储器读取程序。

对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。

8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH,单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H,所以系统将从0000H单元开始执行程序。

但在程序存储中有些特殊的单元，这在使用中应加以注意。

其中一组特殊是0000H—0002H单元，系统复位后，PC为0000H,单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。

另一组特殊单元是0003H—002AH,这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：

0003H—000AH外部中断0中断地址区。

000BH—0012H定时/计数器0中断地址区。

0013H—001AH外部中断1中断地址区。

001BH—0022H定时/计数器1中断地址区。

0023H—002AH串行中断地址区。

可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的中断区去执行程序。

从上面可以看出，每个中断服务程序只有8个字节单元，用8个字节来存放一个中断服务程序显然是不可能的。

因此以上地址单元不能用于存放程序的其他内容，只能存放中断服务程序。

但是通常情况下，我们是在中断响应的地址区安放一条无条件转移指令，指向程序存储器的其它真正存放中断服务程序的空间去执行，这样中断响应后，CPU读到这条转移指令，便转向其他地方去继续执行中断服务程序。

0000H-0002H,只有三个存储单元，3个存储单元在我们的程序存放时是存放不了实际意义的程序的，通常我们在实际编写程序时是在这里安排一条ORG指令，通过ORG指令跳转到从0033H开始的用户ROM区域，再来安排我们的程序语言。

从0033开始的用户ROM区域用户可以通过ORG指令任意安排，但在应用中应注意，不要超过了实际的存储空间，不然程序就会找不到。

数据存储器

数据存储器也称为随机存取数据存储器。

数据存储器分为内部数据存储和外部数据存储。

片内数据存储器为8位地址，所以最大可寻址的范围为256个单元地址，对片外数据存储器采用间接寻址方式，R0、R1和DPTR都可以