车库门自动开闭控制系统设计要点.docx

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车库门自动开闭控制系统设计要点

摘要

现在的车库门关闭基本上都采用了现代电子设备和识别技术，减少了人工管理工作，实现了车库门禁的半自动化管理。

在本课题中，单片机、继电器，PT2272模块和315M无线模块组成的主控制器。

PT2272电源端一般会断开，若想打开车库门，可以按下遥控器开关，编码器PT2272将地址和数据通过无线发射模块发射。

同时无线接收器的输出端接解码器的输入端。

在这个时候，车库门自动关闭就可以形象的实现。

关键词：

车库门；单片机；无线收发模块；手动控制

Abstract

Now,thegaragedoorclosedbasicallyusingmodernelectronicdevicesandidentificationtechnologies,reducinglabormanagement,toachieveasemi-automaticgarageaccesscontrolmanagement.Inthisissue,microcontroller,relays,PT2272wirelesstransmitterandreceivermodule315Mwirelessreceivermoduleconsistsofthemastercontroller.DisconnectthepowersupplyterminalPT2272generally,ifyouwanttoopenthegaragedoor,youcanpresstheremotecontrolswitches,encodersPT2272addressandtransmitdatathroughawirelesstransmittermodule.Whiletheinputofthedecoderoutputterminationwirelessreceiver.Atthistime,thegaragedoorcanbeclosedautomaticallyrealizetheimage.

Keyword：

GarageDoor;SCM;Wirelesstransceivermodule;Manualcontrol

第一章绪论

1.1车库门研究现状

80年代初，我国的对外开放与世界各国的交流渐渐多了起来，当时的工业产品展览会上就有瑞典的车库门而且是上滑道车库门，在那个年代，具有超前意识的企业开始研制车库门，当然在20世纪80年代更多的还是卷帘门的市场占了80％，虽然卷帘门的噪音高达60-80分贝，但是卷帘门产品从结构上已经用上了弹簧钢带。

二十年代后期，美国开放的超级市场，自动门开始被使用，在此影响下，出现了世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。

到了1962年，已经开始出现电气式，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。

起初，在供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只能够进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率底下。

在20世纪后期，伴随着科技的发展，单片机得到了很大的进步。

在这时，过去的8位单片机的技术也得到极大的发展，它们的处理能力比起之前的提高了很多。

现代的单片机技术不仅可以在裸机环境下进行操作，而且一些专用的嵌入式操作系统，全系列的单片机上被观法呢推广。

如今，单片机可以用在仪器仪表测量、家用电器的使用、医用设备处置、航空航天实验、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，通信接口广泛的用在现代单片机上，计算机你与它可以自如的互通，现在的通讯设备，具有智能控制的功能，在手机、电话、小型交换机、尤其用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。

1.2车库门研究意义

我们身处一个21世纪科技进步的时代，自从中国成为世界第二经济体之后，中国人的生活水平，生活质量确实有了很大的提高，汽车成为从一开始的奢侈品变成家家户户都能买得起的交通工具。

人们不仅追求精神文化，同时也开始越来越注重物质享受，汽车也因此开始逐渐步入中国普通家庭。

今天，消费观念改变迅速，开汽车的不都是有钱人的时代了，如果你还觉得有钱人才能开车，那么你就可能对这个世界认知太少了。

根据中国汽车工业协会的最新数据统计，截止2011年中国私人汽车拥有量已经跃居世界第二，仅次美国第一。

在我国，平均9.5个家庭就有一辆汽车，要知道，中国人口庞大，基数之多。

如果只计算东部沿海省份的话，那这个比例将会超过美国等西方发达国家。

汽车作为生活中必不可少的交通工具，对人们生活的帮助，对适应现代社会的快节奏有着建设性的作用，但是汽车的停放与安全也会慢慢对人们的生活产生压力。

在这种环境下，自动车库门就会慢慢被人们所熟知和使用。

对于车库门的历史，起源于世界第一次科技革命。

在相关数据的统计显示下，2012上半年，全国机动车保有量增加826万辆，增长3.67％。

全国8个省的机动车保有量超过1000万辆，其中山东省和广东省机动车保有量超过2000万辆。

在很多城市中，经济发展之快，物质的增长，汽车的停泊越发紧张。

根据有关数据统计，在全国大多大中城市中，停车位满足率不足五分之一，我国现状城市中，机动车已于停车位严重失衡。

我国私家车越来越多，用量越来越大，从而是我国的交通运输显得很拥挤，在每天的下班高峰期，道路会被汽车塞得水泄不通。

私家车的停放在人们的生活中越来越明显。

在我国许多地区中，土地资源紧张，停车库位特别的紧缺，停车的费用又居高不下，对于我们遇到的这些问题，家用车库便接踵而来。

当前，车库门发展经历了半个多世纪，但停车功能仍很落后许多发达中国家，发展需要很长时间，它的设计水平落后、实用价值不高。

因此，设计车库门自动控制具有很重要的现实意义。

1.3本设计的目的

（1）制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

（2）设计一个具有特定功能的自动车库门。

该车进入车库门时（进门或出门）开门，关门中途来人，立即开门。

1.4基本模块

（1）单片机最小系统电路部分

（2）复位电路模块

（3）晶振电路模块

（4）无线遥控部分

（5）继电器部分

第二章设计系统的总体框架

2.1单片机设计

2.1.1单片机的概述和用途

单片机又叫单片微型计算机。

它是把组成微型计算机的各功能部件:

中央处理器CPU，随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，I/O接口电路，定时/计数器，以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。

单片机在生活中关系到我们的各个方面，单片机充斥着我们的生活。

小到电话，玩具，手机，各类刷卡机，电脑键盘，彩电，冰箱，空调，电磁炉，大到汽车，工业自动控制，机器人，导弹导航装置，甚至是美国的火星车，单片机里，一个或者多个都含有这些设备。

单片机的数量与PC机的数量不同。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一大批软硬件工程师。

2.1.2单片机的结构特点

一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：

CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储-内存）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：

串行口、并行输出口等）。

在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。

而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片机。

MCS-51系列单片机的工作寄存器区每组包含8个寄存器，可被分为4组，这与微机CPU中的通用寄存器差不多。

不仅如此，51系列单片机还的21个特殊功能寄存器。

对于MCS-51系列单片机的工作而言，熟知特殊功能寄存器SFR的工作尤其重要。

单片机系统的功能与SFR有着密不可分的关系。

在程序操控之下，各个通道都具备第二功能，这更有利于发挥引脚的作用。

SFR与定时器、串行口、中断也密切相关，所以单片机可以一在个芯片上把他们放在一个电路上。

程序存储器和数据存储器，他们有不同的地址，不同的寻址方式，不同的地址指针，程序存储器与PC有关，数据指针DPTR与数据存储器有关。

2.1.3单片机所有的引脚配置

在单片机中，有40个引脚，被系统的分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

采用40Pin封装的双列直接DIP结构。

对于CMOS单片机不仅采用DIP形式外，还采用方形封装工艺。

图2-1是MCS-51中AT89S51的引脚图。

图2-1AT89S51的引脚图

在单片机引脚中，主电源有2条引脚组成，外接晶体同样有2条引脚组成，另外还有控制电源复用引脚RST/VPD、ALE、和VPP等，输入/输出引脚有32条。

在本设计中对于这些引脚分别进行说明和讲解。

（1）VCC-芯片电源，接+5V；

⑵VSS-接地端；

（3）时钟电路:

TAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端与输出端。

（4）控制线:

控制线共有4根

ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

PSEN:

外ROM读选通信号。

RST/VPD:

复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

②VPD功能：

在VCC掉电情况下，接备用电源。

EA/VPP:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

内外ROM选择端。

②VPP功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

（5）I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口，它们分别是P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

三态双向口在I/O口中是P0，它有8个TTL。

准双向口被划分为P1、P2、P3口。

4个TTL电路作为它的负载能力。

表2-1P3口各引脚的定义

口线第二功能

P3.0RXD（接收数据）

P3.1TXD（发送数据）

P3.2INT0（外部中断0）

P3.3INT1（外部中断1）

P3.4T0（定时器0）

P3.5T1（定时器1）

P3.6WR（外部数据存储器“写”）

P3.7RD（外部数据存储器“读”）

2.2无线遥控

2.2.1无线遥控的概述

无线遥控可以实现对所需要目标的远程控制，在重工业、科研、家庭使用等广泛使用，给人们带来了诸多便利。

红外遥控和无线电遥控是人们运用最多的两种。

他们都具备的优点在于安装成本低，无需布线、不用地下工程、没有电缆槽，性价比高。

图2-5无线遥控示意图

红外遥控，是对以红外线为介质对事物进行控制，它有两个模块，接收模块和发射模块。

红外发送二极管构成了红外遥控的发送部分。

红外的接收二极管，构成了红外遥控的接收部分。

在现实生活中，电视机是红外遥控技术的最主要的体现。

灵敏，便捷的特点方便了我们的生活。

不可穿透障碍物，远距离不能实现控制等缺。

无线电遥控，是对电信号实现控制。

它有两个模块，第一个是发送模块，主要的发送方式是遥控器。

第二个是接收模块，主要的发送方式是超外差的接收方法，与收音机的接收方式相同。

它的基本原理是，本振荡产生的信号与接收的信号经过混频，得到一种中频信号，对中频信号放大处理，经过检波电路进行检波，最后进行解调，最后得到了一个数据信号。

对于这种方式而言，有较高的灵敏度，抗干扰能力强。

在本设计中，我选用的是无线电遥控器。

2.2.2无线电遥控开关

如今，无线电遥控技术快速发展，十几年的发展取得了长远的进步。

然而自从有了无线电开关以后，无线遥控技术有了质的飞跃，在我们的生活中体现在方方面面。

无线电遥控开关的出现，便利了人们的生活。

传输的实时性是它的一个主要的特点。

正因如此，无线电遥控开关在国家中各个方面也发挥着重要的作用。

在农业方面，农业的自动化是它的最主要的体现。

随着人们的生活水平的不断提高，人们对科学技术的需求就会越来越强烈。

先进的科学技术能够解决农民的生活需要，提高农民的收入。

同时好的技术能够节约成本，减少不必要的劳动力。

通过对无线遥控开关的控制，可以保证农业生产的自动化。

在国防方面，在国防建设中的重要作用。

现代信息化条件下的战争中的通信指挥、武器制导、雷达侦测、遥控遥测等依赖于无线电遥控技术的正常使用，无线电遥控技术开关已成为打赢信息化条件下的战争的关键。

同时，无线电开关也有利于节约资源，减少了不必要的连线。

在气象方面．无线电频是气象卫星、天气雷达、探空雷达、风廓线雷达等现代化气象观测设备和以卫星通信为主、以短波和超短波通信为辅的气象无线电通信网络的基础性资源，为获取及传输气象观测资料，迅速有效的发布气象灾害预警信息提供了保证，为防御气象灾害，避免或减轻气象灾害造成的损失，保障人民生命财产安全作出了重要贡献。

本设计中运用的无线电遥控开关如图所示

图2-6无线电遥控开关

2.3PT2262和PT2272编码解码芯片

2.3.1PT2262和PT2272芯片的原理

PT2262/PT2272芯片，具有低功耗低价位的特点。

如果实现编解码电路，2262/2272可以把12位的地址端管脚分别设置为，悬空,1,0。

可以将531441地址码任意搭配。

当把17脚串行起来时，就可以输出地址码和数据码，因此就可以实现无线遥控发射。

地址码，数据码，同步码构成了编码芯片PT2262编码芯片，也就能够组成一个完整的码字。

在我们能够接收到信号后，高电平就会出现，当然高电平也显现在其它数据脚里。

当我们一直按住按键不放的时候，编码芯片就会一直不断发出来。

当我们不按下按键，PT2262就不会接通电源，低电平为0的17引脚，315MHz无线发射电路就停止运行。

当我们按键按下按键，PT2262可以接通，进行工作，在17脚有着串行数据信号，要想使高频信号运行，17脚必须为高电平；因为17脚设为低电平的时候，315MHz的无线发射电路就会停止运行，所以高频发射电路与PT2262的17脚输出的数字信号有着密不可分的关系。

图2-7PT2262外观图和测试图

在现实应用中，可适当的变动外接振荡电阻，阻值与振荡频率成反比，如果编码的宽度大，那么发码一帧的时间就会越多.

PT2272引脚图：

图2-8PT2272外形图及测试应用图

PT2272解码芯片有各种各样的后缀，因此有各种各样的功能，种类有L4/M4/L6/M6几个，锁存输出表示L，数据接收与电平状态一一对应，随着遥控数据的变化而变化。

M便是非锁存输出，当数据脚输出是瞬时电平时候，它与发射端是相互对应的。

对于数字6和4表示并行的控制通道，在采用4路并行数据时，是8位的地址编码，在采用6路的并行数据时，是6位的地址编码。

PT2262和PT2272芯片地址码设定修改

在我们的现实生活中，数据码地址一般有8位和4位，编码电路PT2262和解码PT2272的第1到8脚，可以为地址设定脚。

悬空、接正电源、接地是它的三种不同的状态，所以，地址编码有6561组不同组合。

如果发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码一致的话，才能配对使用。

为了方便生产，遥控模块的生产厂家可把模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，用户能够根据自己的习惯可以选择各种编码状态；当然，用户还可以改变地址编码，把PT2262和PT2272的1～8脚设置相同便可以实现。

用户可以想要驱动继电器，只要把这些信号加一级放大，便可以实现。

当然，功率三极管等进行负载遥控开关操纵也可以在这实现。

对于地址码一般情况下有一定的要求，比如在一个系统中，地址码不能异样；系统可以根据不同的的地址码给予区分。

对于地址码，客户可以根据自己的需要来选取。

2.3.2PT2262和PT2272特征与运用

特征：

消耗很少、拥有较少的外部器件、RC振荡电阻。

0V-15V它的工作电压范围宽。

有数据共有6位、可承载531441种地址码。

在我们生活中被广泛应用，如车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具等。

第三章系统的软硬件设计

3.1主要电路图设计

3.1.1单片机最小系统

车库门自动关闭系统的设计在最小系统中，控制其输出，能够进行数据采集处理和系统设计。

在单片机最小系统上设计，有利于我们掌握单片机电路系统，更有利于我们的编程。

对于我们完成车库门设计中起到举足轻重的作用。

单片机最小系统电路图见图3-1。

图3-1单片机最小系统电路示意图

3.1.2无线接收解码电路与无线发射编解码电路

车库门在使用过程中，当我们按下按钮的时候就会发射一个车库门打开信号，车库门打开入库就可以实现了。

在车库门关闭时，我们可以按动按钮，一个关闭车库门信号就会被收到。

编码芯片PT2272，315MHz发射模块，来构建开闭信号发射电路。

信号接收电路由解码芯片PT2272，315MHz接收模块组成。

图3－2无线发射编解码电路

3.1.3继电器电路

继电器电路如3－5所示。

足够强大的电流能够驱动继电器，所以要在前级接一个三极管，这样能够对电流起到放大作用。

P3.0作为低电平使用时，三极管Q2就会导通，继电器吸合，直流电机就会转动，车库门就会随之打来。

所以把P3.0脚设置低电平的时候，继电器的功能就能够实现。

PNP三极管有利于单片机在复位时P0、P1、P2、P3会变成高电平，因为NPN型三极管，在复位时会让三极管导通，要在程序中进行软件调试，过程繁琐，不利于设计的实现。

图3－3继电器电路仿真

3.1.4晶振电路

晶振电路：

单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。

晶振电路就是时钟电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。

AT89S52有XTAL1和XTAL2两个引脚，XTAL1是单芯片系统时钟的反相放大器输入端，XTAL2是系统时钟的反相放大器输出端。

通常在XTAL1和XTAL2引脚件加一个晶振和两个电容（约20PF左右），便可作为一个晶振电路。

电容单片机晶振频率范围：

0—33MHz。

晶振电路连接方式为

图3-4晶振电路

3.1.5复位电路

单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始工作状态。

手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。

单片机有上电复位和手动上电复位两种，如果想系统复位，必须要让RST引脚保持两个机器周期以上的时间，正脉冲有效，宽度>10ms。

下图是上电复位电路及复位电路图：

图3-5复位电路

3.2软件设计和流程图

在设计软件中，包括主程序、子程序、T0中断、T1中断、外部中断等。

主程序的作用能够促使系统初始化、中断设置等。

如果外部中断为了0，电机就会运行，车库门的自动关闭便会实现。

是

否

图3－6软件设计流程图

3.3仿真和调试流程

1.在电脑上安装Proteus仿真软件8.0，打开界面，更新元件库，按照上面原理图画出在此界面下的部分原理图，如下图所示：

2.然后，debug--->useromotedebugmonitor,直接连接到keil软件中，将程序下载到原理图中，点击start，开始运行，观察运行状况；

3.在调试程序的时候要用的程序首先要在编写完成之后，在keil中编译成功，软件仿真正确后，再下载到图中调试；

4.在调试过程中，如有结果不符合所预期的现象，要及时改变程序，直到达到预期结果则好，便是程序基本正常，当然前提是硬件没有出现任何错误。

3.4系统调试的硬件问题

系统硬件调试的主要问题，我经常会出现在虚焊，漏焊方面。

对于解决这些问题，首先，我先用万用表检测单片机各部分有没有问题。

其次，用万用表检查接收模块是否出现问题。

再次，用万用表检查数码管是否出现问题。

最后，检查遥控器里各部分是否出现错误。

图3-7部分焊接问题1

图3-8部分焊接问题2

3.5系统调试的软件问题

在本设计中，串口调试问题我遇到的最多，串口的发送和串口的接收都会困扰着我。

幸好有串口调试助手，方便了我检查是一个个的字节数据。

因为传输的时候是不解释内容的，只有当你接收到数据之后，如何对这些二进制数据进行解析它就是什么数据。

通过对这些的检查，更好的是我检查软件出现的问题。

第四章总结

此篇论文设计了一种车库门自动开闭控制系统，然而由于人们对今后车库门禁的要求的不断提升，车库门车库门自动开闭控制系统也越来越受到了人们的喜爱，设计此论文对我们生活有很大用处。

对于这篇论文我搜索了大量的资料，查阅了很多种书籍，通过收集资料，购买元器件，空闲的时候焊接电路板，查找与分析程序，经过调试验证。

通过前期的准备与中后期的研究，我学到了好多，成长了好多。

在比较与相关资料的参考时候，使自己的设计能达到所期望的结果。

为了可以更好的完成任务，通过上网搜索，我认为，使用无线编解码芯片PT2262/PT2272可以完成对车库门自动开闭控制系统设计。

通过以上的设计我明白了查阅资料要广泛，对芯片的型号一定要严谨对待，在不懂的时候就要学会翻书和求教，在这段日子里，我不仅对相关知识极大地补充，也对自己处断能力提升有了很大帮助。

对于我来言，过程与结果同等重要，当你整个设计做下来平平顺顺的时候，那学到的知识会很少。

虽然在这段时间起初很迷茫，不知所措。

但是，只要你坚持学习，坚持努力研究，最终会取得成功。

即将毕业,这次设计在我以后的人生旅途中产生了重要的影响。

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