电气工程及其自动化专业毕业论文范文基于ARM的自动门控制系统设计.docx
《电气工程及其自动化专业毕业论文范文基于ARM的自动门控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气工程及其自动化专业毕业论文范文基于ARM的自动门控制系统设计.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电气工程及其自动化专业毕业论文范文基于ARM的自动门控制系统设计
20XX年度本科生毕业论文（设计）
基于ARM的自动门控制系统设计
院－系：
工学院电气系
专业：
电气工程及其自动化
年级：
XXX
学生姓名：
XXX
学号：
XXX
导师及职称：
XX
20XX年4月
20XXAnnualGraduationThesis（Project）oftheCollegeUndergraduate
DesignofautomaticdoorcontrolsystembasedonARM
Department:
DepartmentofElectrical Engineering
College
Major:
Electricalengineeringandautomation
Grade:
20XX
Student’sName:
ZhongWanlong
StudentNo.:
20XXX030054
Tutor:
Dr.LiuXiangming
FinishedbyApril,20XX
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
毕业论文（设计）授权使用说明
本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：
指导教师签名：
日期：
日期：
XXX毕业论文（设计）答辩委员会（答辩小组）成员名单
姓名
职称
单位
备注
主席（组长）
摘要
从过去到现在，人们以乐为居，在居住的影响下便产生了门，门的发展也就自然而然的成了一个重点。
21世纪，随着科技的发展，门的发展也就更加具有了科学性的理念，不再像以往只是一个简单的开与关的装置。
今天，自动门的发展强调的是安全性，有效性，科学性等。
同时，安全有效，交通疏散集齐的自动门不应当只是一个摆设简单和单一的装饰，自动门应与现代建筑和周边环境的整体性协调与和谐。
要使自动门符合现在的发展规律，其核心控制系统的设计是关键，只有设计出方便，先进，科学的控制系统才能让自动门更好的服务人们。
而现在很多的厂商都是以其控制系统的好坏来衡量其生产水平。
本次设计采用人体红外感应器，当感应到人的时候，光信号转变为电信号传输入单片机，在单片机的处理下又传给其他电机，实现门的开合。
在开合的基础上，添加了点阵显示装置和语音装置及安全设置。
在开门的同时，显示器显示“欢迎观临”语音装置并发出一样的声音。
在合理的设计上和不断的试验中，此次设计功能均达到。
本次设计主要探究，ARM与红外感应器及显示模块和语音模块之间的转换关系。
关键词：
ARM；点阵显示屏；语音装置；直流减速电机
ABSTRACT
Fromthepasttothepresent,thepeopletomusichome,producedinlivingundertheinfluenceofthedevelopmentofnaturallybecomeafocus.Twenty-firstCenturynow,Nolongerasinthepastisjustasimpleopeningandclosingdevice.Today,thedevelopmentofautomaticdoorisemphasizedthesafety,effectivenessandotherpropertieswithmultiplefunctions.Atthesametimeinthesafeandeffectiveprevention,evacuationpassage,alsohighlightstheconceptandarchitectureaswellascoordination,thesurroundingenvironmentandtheoverallharmonyofarchitecturalart.Thedevelopmentofscienceandtechnologywillchangethelivesofhumanbeings.Theautomaticdooristheheartofthecontrolsystem,controlsystemandadvanceddegreeisalsoanimportantindextomeasurethelevelofdesignandmanufactureofautomaticdoorcontrolsystem.
ThisisadesignofautomaticdoorcontrolsystembasedonARM.Thehumanbodyinfraredsensor,whentheinductiontothepeople,changethelightsignalinputmicrocontrollerassignaltransmission,intheSCMprocessingandpassedtothemotor,toachievetheopeningandclosingofthedoor.Intheopeningandclosingofthefoundation,addadotmatrixdisplaydeviceandavoicedeviceandsecuritysettings.Intheopenatthesametime,thedisplayof"welcome"andissuedasthevoiceofthevoicedevice.Thereasonabledesignandexperiment,thedesignoffunctionmeetsthe.ARMandinfraredsensoranddisplaytheconversionbetweenthemoduleandthevoicemodulerelationship.
Keywords:
ARM;Dotmatrixdisplay;Speechdevice;DCmotor
第一章绪论
1.1研究课题的背景及意义
现代是一个不断快速发展和变化的社会，随着科技的不断发展，创新和突破，人们所享受的生活环境已经不同于往日。
无论是生活用品还是环境设备都在趋向于便捷和智能化。
尤其是电子产品，更是高度的发达。
为了适应这样的环境，自动门应运而生。
自动门打破以往对门的概念，在都市化的现在，更加方便了人们的日常生活。
因为自动门的实用，现在已经广泛应用在政府机关、银行、宾馆、学校、商业大楼等不同性质的行业，在这些场所展现了它现有的价值。
自动门在给人们带来出入方便的同时还具有安全，防风，防沙，隔音效果好等好处，而且还让我们的建筑物更加的具有美感。
随着电子产品科技的不断发展，各种智能设备应运而生，为了很好的疏通和疏导人流的进出，由于自动门的实用性，自动门便成了这些公共场合的首选设备，自动门广泛应用于公共场所，在商场，超市，宾馆，酒店等人流密集和集中的地方以及大中型公共场所都能见到自动门的影子。
从过去门到现在自动门的转变，是人们对门的功能和性能的需要和要求所导致的，也是人们不断探索不断前行的突破，更是人性理念上的飞跃。
秉着让自动门能够更好的为人们的日常生活服务为目的，本次设计进行了深入的资料查询和与有关人士的探讨。
设计要求是当红外感应器受到干扰，门会自动打开，点阵显示屏和语音装置同时工作，安全设置，当有人被门夹住，报警器报警，自动门停止工作，当移除障碍物，自动门重新工作。
采用ARMSTM32F103C芯片为主控制核心，直流电机，点阵显示屏，语音装置，红外线对射管等相结合的系统。
基本实现了单片机的性能和硬件的功能，此次设计具有一定的参考价值。
1.2国内外的发展状况
在国内，进入新世纪后，自动化技术得到快速发展，在一些领域获得了惊人的成就。
在人们生活中，自动门可以节约能源，同时也具有庄雅的外观。
因此在很多领域都有使用。
中国是世界的加工厂，不论什么商品都可以在中国制造，所以中国便成为了全球最大的自动门建造生产中心并且拥有着世界上最大的自动门市场，因此在中国自动门的发展前景非常可观，全世界的自动门厂商都想与中国合作，在中国谋求发展。
纵观当今市场的基本情况，电子科技发达的日本、美国等的自动门本土品牌已经在市场上取得一定的占有率，并确立了各自在市场中的定位及发展模式。
各种尺寸的门机生产和销售的厂家都在数百以上。
随着自动门产品的应用正在不断的向着平民化，随着各各地区城市的建设，以及自动门技术的不断成熟，自动门的使用已经不仅仅局限于高端建筑。
一些小型和中型的建设，如便利店，一家小酒店的照片画廊，，也开始重视对自动门的使用。
在国外，自动化技术的高度发展是从进入90年以来兴起的，之后在这一方面的技术日渐成熟，并取得了很多举世触目的成就，自动门的核心部分就是自动化技术。
现在自动门比较出名的品牌来自于欧洲的德国、美国和亚洲的日本、韩国等国家和地区的著名电器制造商。
在国外大都市里的一些公共场合，已经可以随处见到自动门，那时在国内，因为和国外的技术有一定的差距，受到技术的限制，自动门的应用并不广泛。
近年来，因为科研人员的坚持和不断创新，自主研发的自动门的核心控制系统也在发生着巨大的变化。
尤其随着我国经济的持续增长，科技的高速发展，在很多领域都能随处见到自动门。
自动门不但可以隔离室内和室外，而且还具有防尘、防沙、隔音、的功能。
由于自动门具有良好的功能，又有全方位的安防设置，自动门便成为很多场合必备的工具，现在自动门已经成为了生活环境中的必备品。
自动门的实惠和方便，让它及其受人们喜爱。
自动门的实用性大大方便了人们的日常生活。
1.3研究内容和目的及论文结构
本次设计是针对自动门的控制系统为主的设计，在基于STM32的基础上实现，电机，显示屏，语音装置和报警装置的功能实现。
电机通过ARM的信号传送实现正转和反转，正转表示开门，反转表示关门。
开门的同时，点阵显示屏显示“欢迎光临”，语音装置一起工作，发出“欢迎光临”的声音。
同时增加了报警设计，即有障碍物被门夹住的时候，报警器会发出报警。
障碍物移除，系统又继续工作。
本次设计，如何使这些硬件设备，在主芯片的指挥下，合同运行是重点，在这个前提下既要了解硬件的属性，又要知道如何与软件搭配，协调各模块，使之整体顺利工作。
论文结构较为简单，以绪论为开始，首先说明本次设计的背景及意义，然后再指出设计的内容即本次设计要达到的目的。
然后介绍系统，，从整体上知道做的是什么，接着介绍各硬件属性及设计，最后总结。
第二章系统的分析及硬件的选择
2.1系统分析
本次设计系统采用总控制，即采用ARM芯片作为核心，作为系统的中心。
当人作为信号源来的时候，人体红外感应模块受到感应，把光信号转换为电信号传入单片机，单片机发生动作。
总体结构图下：
图2-1总体结构图
电机处理之后，门开的同时又把信号传给点阵屏和语音装置及电机，使它们同时工作，已达到设计的目的。
当人在关门的时候处在门的中间位置来不及走出时，及被夹住时，报警装置报警，电机停止工作，当障碍处理之后，电机又继续工作。
总方框图如下：
图2-2总方框图
所以本次设计，收到信号，通过主芯片，电机要实现正反转，显示屏要显示，语音装置要出发出声音，在有障碍物的时候报警装置会报警。
2.2单片机和芯片的介绍
2.2.1单片机的发展史
目前，单片机已经应用到社会生活的方方面面，从航天飞机到毛茸茸的儿童玩具，都离不开单片机。
把中央处理器（CPU）、数据寄存器（RAM）、程序存储器（ROM）、定时器\计数器，以及输入输出（I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一块芯片上。
因此，组成计算机的芯片便是单片机或微处理器。
在我国，我们用来调用单片机。
从形状来看是一块小小的芯片，但从性质和功能的观点，它可以被解释为微机系统的部分意义。
在1971年1月，在与日本商业通信公司合作中，英特尔公司的Ted霍夫开发了一个桌面计算器，十几个芯片压缩到三个集成电路芯片中。
此中两个芯片各用于保存程序和数据，另外一个芯片集成了运算器和控制器及一些寄存器，称为微处理器。
目前已经淘汰，甚至市场上无法购买。
由此单片机开始了历程。
第一个发展段：
那时候的单片机定义为初级阶段。
由于科技的局限性和工艺的限制，单片机只能使用双片形式，且功能单一、简单。
第二发展段：
初级单片机向着低性能单片机转变。
那时的单片机没有串行口，中断也比较简单，但是片内集成有8位CUP，比起现在的16位，32位，差距很大，并行着简单的I/O口，有8位定时器计数器，RAM及ROM等。
第三阶发展段：
高级单片机阶段。
这时候的单片机逐渐成型，尤其是51系列，功能齐全，性能良好，而且价格低廉，慢慢的渗透到了生活的个个方面。
继51系列之后，又出现很多系列，很多型号的单片机，如STM32系列，这一系列成为了现在的主打产品，因为其强大的功能性和稳定性，称为各大商业的首选芯片。
随着单片机的发展，单片机生产商也不断涌现，而且随着技术的逐渐成长，各大厂商为了节约成本，提高性能，占据市场有利地位，都在纷纷投入强大的科研，对单片机进行深入的研究。
于是，单片机开发成为到现在电子工程技术人员急需驾驭的技术。
现在常规的单片机一般体积小，功能全，重量轻，大部分单片机都是将中央处理器、RAM、中断系统、看门狗、R0M集成在一块独立的芯片上，增强型单片机A/D转换器，PWM，LED，驱动电路集成在独立的芯片，该芯片包含许多的单元电路，功能也更加强大。
现在，随着科技的发展，一些单片机厂商还可以根据用户的要求定制，使自己的需要为客户。
总归单片机的发展历程，现在的单片机主要正在朝着质轻、型小、量大的方向前进。
2.2.2主芯片STM32F系列
本次设计主要采用是是STM32系列芯片。
STM32A按照功能的不同可以分为两个不同的版本，一个为基本型（STM32F101），一个增强型（STM32F103）但是两个版本都是高性能，低功耗，低成本的嵌入式应用设计的ARMCortex-M3内核。
两者的不同点是两者外围设备接口的选择是不同的，相同点是内存从32K到128K是一致的。
增强型STM32的功能消耗是非常小的，仅为36MA,在32位单片机系列中算得上是最低功耗的产品，仅仅为0.5A/MHZ，时钟频率能达到72MHZ。
一般基本型钟频率为36MHz，功能消耗虽然也比较低但与增强型有着一定的差距。
STM32F103系列属于单片机市场中的中低端产品，但是性价比极高，内核是Cortex-M3，根据芯片内部Flash的不同可以分为大小中三类：
大容量（256K、384K和512K）、中容量（64K和128K）、小容量（16K和32K）。
包含单片机定时器，ADC，SPI，I2C，USB，UART等。
目前，该芯片是意法半导体（ST）公司推出。
内核：
CPU为ARM32位的Cortex-M3。
内存：
主要用于存储数据和程序，分为数据存储器和程序存储器，程序存储器可以从64K或128K闪存，20K字节的数据存储定时器：
有3个同步的标准定时器在通用定时器中内置。
三标准计时器单独有一个预分频器（16），自动加载增量或减量计数器（16）和4个独立的通道，每个通道都可以用来做PWM输出。
在调试模式下，计数器因为需要能够被冻结，这是其余单片机不具备。
因为定时器与高级控制定时器具有链接功能，他们可以协同工作。
高级控制定时器（TIM1）是由一个可编程预分频器驱动，一个16位的自动装载计数器组成，它与通用定时器具有相同的功能，但又是完全独立的，不共享任何资源，它能够当做一个完全的通用定时器，也能够当做是一个分配到6个通道的三相PWM发生器。
四个单独的通道，具有使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路，PWM生成（边缘或中心对齐模式），在指定数目的计数器周期以后更新定时器寄存器，单脉冲输出模式，PWM输出，可编程死区插入。
当计数器被冻结的时候，即在调节模式下，因为与标准定时器具有相同的内部构造，和一些功能也相同。
配置为16位标准定时器时。
通信：
具有多达两个串行外设接口（SPI），一般通过4个引脚与外部器件连接，可以在从或主模式下工作，MISO主设备出入，从设备输出，SCK为串口时钟，NSS从设备选择，全双工和半双工拥有18兆位每秒的通信速率。
硬件CRC/检查支持SD卡和MMC模型。
I^2C总线：
两线式串行总线在单片机中应用比较广泛，拥有2个I^2C总线接口，能够工作在MISO和MOSI模式下，支持快速模式和标注模式。
内置了硬件CRC发生器/校验器。
USART：
是一种很常见的标准接口，在异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换，在通用异步/同步接受发送器中，其中一个可达到4.5兆位/秒的通信速率，其他接口也可达2.25兆位/秒通信速率。
接口具备硬件的CTS和兼容IrDA的SIRENDEC、与ISO7816并具有LIN主发送同步断开符能力。
USART接口可以使用DMA操作。
USB1个：
通用串行总线内嵌一个USB设备，用来发送和存放USB的各种数据，完全遵循USB全速标准。
CAN1个：
控制器区域网络，BXCAN有三个主要工作模式，初始化，正常，睡眠模式。
CAN接口支持2.0A和2.0B，带有FIFO，中断等，1兆位/秒的为速率让其工作速度很快。
它具备接收和发送11位标识符的标准帧的功能，也接收和发送29位标识符的扩展帧。
具有2个接收FIFOs，3级14个可调节的滤波器。
通用输入/输出接口（GPIO）：
GPIO引脚可由配置的软件输出（推挽或开），输入（有或没有上拉或下拉）或其他外围功能；；大多数的GPIO引脚和数字或模拟外设功能引脚共享，所有GPIO引脚有能力通过大电流。
ADC（模拟数字转换器）：
ADC模拟数字转换器，嵌入在模拟/数字转换器有两个12位，多达18通道，可测量16个外部通道和两个内部信号源也可以执行单次或扫描转换模式。
ADC接口上额外的逻辑功能允许：
保持和采样同时就行也可以分叉进行，ADC可以使用DMA操作时是单次采样。
ADC通常要与DMA一起使用，如果ADC转换的模拟电压低于底阀值，AWD模拟看门狗状态位会被设置。
模拟看门狗功能，在正常使用AD转换的同时，启动模拟看门狗，AD采样照常进行，允许AD转换和应用程序同步和时钟操作。
监视各路被转换电压非常精准，只有监视信号超出预置的最低阀值时，才会产生中断。
分别由高级控制定时器产生和标准定时器产生的事件，可以由内部级联到ADC的开始触发、外部触发和DMA触发。
引脚图如下：
图2-3引脚图
1.I输入，O输出，S电源，Hiz高阻。
2.FT：
兼容5V。
3.通过开关电源供电引脚为PC13，OC14和PCcXX，所以要注意作为输出引脚三引脚最大负荷为30pF，三个引脚只有一个输出引脚时，只有频率在2MHz的唯一方式。
4.仅在内嵌大等于64KFlash的型号中支持此类功能。
2.3红外及BIS0001介绍
2.3.1热释红外线传感器
热释电红外传感器是一种根据不同物体发出的红外线而转变为电信号的传感器，能检测出人或动物，因为人体和动物的体温往往是不同的，人为恒温动物正常体温为37℃上下，根据温度的不同从而提高了检测的精确度。
1938，红外辐射波的热释电效应检测已经开始，并提出了它的使用，但由于技术的限制，没有注意到那个建议，直到六十年代，随着芯片技术的逐渐完善，才又推动了对热释电效应的研究。
目前热释红外线正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。
使用热释电红外传感器应注意：
一．尽可能在试验红外感应区之外，虽然有时不在模块前体，但感应区有一个范围，只要身体太靠近模块感应范围，该模块还具有输出，需要注意的是人体不接触任何部分的电路调试，可能导致电路模块不稳定。
二．工作负荷模块连接，连接到负载不工作，可能有两个原因，一个原因是因为继电器或螺线管和其他感性负载将产生反向电动势，也就是负载得电工作时会产生干扰，3XXM发射板工作时会有电磁辐射等都会影响模块。
原因二，是因为电源容量很小而负载又比较耗电，也就是说电源的电量对负载供应不足，负载工作时会因缺电而引起电压的不稳定波动导而致模块误动。
解决办法如下：
A、把两者的电压分开，能降低电压对模块的影响，其间用三端稳压器隔离。
B、电源部分加电感滤波，使电流保证稳定。
C:
使用更大容量的电源。
三．也有对电源的要求，直流电压必须满足数值要求，太高或太低，会导致模块模块性能的不稳定或烧坏模块，电源供应器必须经过好的过滤器，在一定范围内控制，如电脑USB供电，万能充电器，手机充电宝电源，无法满足要求的模块，所以需要用变压器的电源并经过三端稳压芯片稳压后再通过220UF和0.1UF的电容滤波后供电。
四．人体感应模块在工作的时候应该保证工作环境的相对稳定，在室内工作要避免阳光、强烈灯光直接照射或是其他光线的干扰，如果有强大的射频装置在工作环境里干扰，要把该装置移除室内或是采用屏蔽措施。
若因为室外有强烈气流或其他因素干扰，应关闭门窗保证室内安静或阻止对流。
五．模块中的探头（PIR）可以装焊在电路板的另一面。
也可将探头用双芯屏蔽线延长，长度应在20厘米以内为好。
2.3.2热释电传感器处理芯片BIS0001
BIS0001是一款将传感信号处理集成电路的芯片，与其它热释电传感器处理芯片相比具有很高的性能。
芯片本身具有的热释电红外传感器很少的外部设备，属于被动式热释电红外。
与它搭配的有白炽灯，电机，报警器等设备，因为性能高，它能自动快速开启这些设备，常用于企业、宾馆、商场过道、走廊等区域范围内，或用于安全区域的报警。
管脚功能：
图3-1红外芯片管脚图
表3-1红外芯片引脚功能表
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
重复触发和不可重复触发选择。
为1时，允许重复触发；反之，不可重复触发。
2
VO
O
控制信号输出端。
由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。
在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
工作电源负端
8
VRF
参考电压及复位输入端。
通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
当VcVR时允许触发）
10
IB
--
运算放
升级会员 