基于单片机的红外线自动门控制.docx

基于单片机的红外线自动门控制.docx

《基于单片机的红外线自动门控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的红外线自动门控制.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的红外线自动门控制

摘要

随着科技的不断发展，自动门在人们日常生活中断得到了广泛的应用，同时对其安全性及各方面的性能的要求越来越高。

自动门的控制系统是随着人们对生活条件的不断追求，科技的不断发展应运而生的高科技产品。

由于单片机系统的适应能力强，稳定性高，所以本设计采用STC89C52单片机作为主控制器。

本次设计是红外线自动门控制系统，使用红外线传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外线能量变化，将其转化为电信号，传给单片机，步进电机作为门驱动装置。

通过单片机控制电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。

在开门时可以调节开门的速度，在关门时有防夹功能。

另外本设计也可监测门内的温湿度并显示。

本课题主要实现红外线检测和基于STC89C52的单片机控制系统。

关键词：

单片机；热释红外线传感器；主控制器

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,automaticdoorsintheinterrupthasbeenwidelyused,people'sdailylifeandeveryaspectofitssafetyandperformancerequirementsmoreandmorehigh.Automaticdoorcontrolsystemisalongwiththepeopleofthepursuitofbetterlivingconditions,thecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologyarisesatthehistoricmomentofhigh-techproducts.Becauseofthesinglechipmicrocomputersystemadaptable,highstability,sothisdesignusestheSTC89C52single-chipmicrocomputerasthemaincontroller.

Isthisdesigninfraredautomaticdoorcontrolsystem,theuseofinfraredsensorsassensorthatdetectshumanradiationofinfraredenergychanges,andconvertitintoelectricalsignals,tothestepmotorasdrivedoorthroughthesingle-chipmicrocomputercontrolofthemotor,thedooropensautomatically,whenpeopleaftertakingthedoor,canmakethedoorshutdownautomatically.Canadjustthespeedofthedoorwhenopenthedoor,closethedoorwhenintheclampfunction.Inaddition,ourdesigncanalsobeusedinthemonitoringofthegateoftemperatureandhumidityanddisplay.Thistopicismainlytorealizethatinfrareddetection,andotherbasedonSTC89C52single-chipmicrocomputercontrolsystem.

Keywords:

singlechip;pyroelectricinfraredsensors;maincontroller

第1章概述

1.1课题研究的可行性

在不断发展的当今社会科技化、信息化程度越来越高，单片机的应用领域也就越来越广，成为人们生活不可或缺的一部分。

随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。

在本次毕业设计中，利用红外线感应的元器件感应到人体的存在之后控制步进电动机的运行，在红外线感应到人的存在时，会产生相应的高低电平，之后传入单片机，单片机对此产生相应的控制信号控制单片机的运行。

通过分析，此次毕业设计在理论上是完全可行的。

本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机、传感器为核心的系统。

1.2自动门的发展

自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。

自动门指：

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。

自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。

二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用受此影响，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，电气式己开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。

当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而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。

21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：

有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。

在不断发展和完善的过程中，门的高级形式自动门起源在欧美，迅速发展

至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门。

对于我们国家来说，在控制方面我们和欧美发达国家在技术上还有很大的差距，但是让我们欣喜地是我们国家在这方面已经做出了很大的进步，差距总归是有的，但是通过我们持之不懈的努力我们和他们的差距会越来越小的。

1.3电机自动控制系统的应用和发展

电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。

无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱、空调、DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。

据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。

同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。

电动机与人的生活息息相关，密不可分。

电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。

简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。

这类控制可通过继电器，可编程控制器和开关元件来实现。

还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。

伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。

这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。

具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大与调整后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。

作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。

目前，伺服技术正朝着交流化、数字化的方向迅速发展。

随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微型计算机的性能越来越高，价格也越来越便宜。

此外电力电子技术的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。

因此就有可能比较普遍地应用微机来控制各类电机．完成备种新颖的、高性能的控制策略，是电机的各种潜在能力得到充分发挥，是电机的性能更符合使用要求，还可以制造出便于控制纳新型电机，使电机出现新的面貌。

比较简单的电机微机控制，例如在适当的时候让电机启动、制动或反转之类，只要让微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了。

在各种机床设备及生广流水线中，现在已普遍采用微机的可编程控制器。

按一定的规律控制各类电机的动作。

至于复杂的控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等，使电机按指定的指令准确工作。

通过微机控制，电机的性能有很大的提高。

例如传统的直流电集合变流电机各有忧缺点，直流电动机的调速性能好。

但带有机械按向器，有机械磨损及换向火化等问题；交流电动机，不论是异步电动机还是同步电动机，结构都比直流电动机简单。

工作也比直流电动机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，他们的速度不能方便而又经济的调节。

交流电动机采用正弦脉宽调制方式进行变额调速是比较理想的，但若要用普通的模拟电路或数字电路完成这任务，电器相当复杂．用微机控制就简单多了。

若要进一步调节精度及动态性能，可采用矢量控制方案，它的调速性能将与直流电动机相当。

但矢量控制比较复杂，用传统的模拟电路或数字电路根难做到，而应用微机控制。

则能方便的实现。

为了提高性能．在先进的数控交流伺服系统中，已采用高速数字信号处理芯片，指令执行速度达到每秒数百兆以上，且具有适合于矩阵运算的指令。

复杂的电机微机控制主要用于以下两个方而：

第一，发电机励磁系统的控制。

用以保证正常工作时发电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定，达到优化控制的目的。

第二，电动机调速及其位置伺服控制。

用于鼓风机或水泵的调速节能、数控机床、微型计算机磁盘驱动器、机器人等控制系统。

在电机微机控制系统中，微机主要完成下列工作：

第一，实时控制。

根据给定的要求驶控制规律，对发电机的电压，电动机的转速等物理量实现在线实时控制。

第二，监控。

完成事故报警、事故处理、系统诊断及管理等。

第三，数据处理完成必要的数据采集、分析处理、计算、显不、记录等。

1.4课题研究的目的和意义

自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中自动平移门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门。

自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，控制器通过驱动装置将门打开。

当人通过门之后，再将门关闭。

由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。

随着电子科技的不断发展,各种智能控制系统进入人们的生活。

自动平移门控制系统成为学校、公司等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

1.5课题研究的要求和思路

对于本次毕业设计，结合了我们大学四年所学的很多知识，可以说是对大学四年我们所学知识的回顾和总结，要圆满的完成此次毕业设计，必须对以前所学的知识全面的复习，还要对新知识点的学习和掌握。

为了此次毕业设计应该做到以下几点。

第一，了解各种元器件的原理及其在电路中的作用，绘制出电路原理图。

第二，查阅相关资料，了解有关自动门设计的一些必要的知识。

第三，复习在学校里所学的知识，并借鉴和阅读相关的设计从中找出灵感和思路。

1.6毕业设计所要实现的功能

本次毕业设计主要是实现以下功能。

功能一：

有人来时（进门或出门）开门。

当人走到离门不远的时候时，安装在门上侧的热释红外线传感器信号检测装置检测到有人时，启动电动机实现开门。

功能二：

无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门一定的范围内，将延迟启动电动机关门。

功能三：

关门中途来人，立即开门。

当启动电动机关门时，感应探头突然检测到在离门一定的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机开门。

功能四：

防止夹伤乘客的防夹功能，当门在关闭时，如果有人被夹，则会马上开门，这时人可以从门中离开，之后便会关门。

功能五：

控制门开关速度的电动机具有变速功能，通过调速按钮，可以适当的调节开门时的电动机的转速，进而控制开门的速度。

功能六：

语音播报功能，在开门和关门之前会有相应的关门语音提示。

功能七：

当前温度和湿度检测并在1602液晶上显示。

总体结构图如下图1-1：

图1-1总体结构图

第2章系统硬件设计

2.1设计电路的框图和原理

红外自动门控制系统的硬件组成，本系统主要由STC89C52单片机及其外围电路、红外检测电路，门挤压检测电路、步进电机控制电路、语音播报电路、步进电机调速电路、温度湿度测量、温湿度显示电路部分组成。

单片机循环检测红外检测电路和门行程检测电路输出信号，据此产生步进电机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应的控制方式。

如门在关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开，当系统出现故障，进入故障处理程序。

系统硬件框图如图2-1所示。

图2-1系统硬件框图

图2-1红外线自动门控制系统硬件图框图

感应自动门的种类很多，在此，仅以平移型感应自动门机作为设计的重点。

当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：

感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。

马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器做出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。

2.2单片机介绍

单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，即将运算器，控制器，输入输出接口，部分存储器以及其他一些逻辑部件集成在一个芯片上，故可以把单片机看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器，没有键盘，不带监控程序的单板机。

单片机在各行各业中都有广泛的应用，尤其是在工业控制方面的应用最为广泛，单片机的应用代替了很多用到人的地方，大大提高了工作效率。

STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中AT89C2051是它的一种精简版本。

STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

外形及引脚排列如图2-2所示。

图2-2STC89C52外形及引脚图

2.2.1STC89C52管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

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：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

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：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

在实际应用中，大多数情况下都使用P3口的第二功能。

P3.0—RXD：

串行输入口

P3.1—TXD：

串行输出口

P3.2—/INT0：

外部中断0

P3.3—/INT1：

外部中断1

P3.4—T0：

记时器0外部输入

P3.5—T1：

记时器1外部输入

P3.6—/WR：

外部数据存储器

P3.7—/RD：

外部数据存储器

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号，单片机的P3口不同于单片机的其他I/O口，作为一个特殊的I/O端口P3口有着与其他的I/O端口所不具备的第二功能。

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，则单片机会复位，因此RST端口作为单片机的复位端口。

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。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

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。

PSEN信号的出现，选通外部程序存储器，存储器将相应的地址单元的内容送出至数据总线，供CPU读取。

PSEN端和ALE端具有同样的驱动能力。

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端保持高电平时，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。

容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

MCS-51单片机有四组8位并行输入/输出口P0～P3，供32个输入/输出引脚。

端口引脚为P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7。

80C52单片机有4个并行的IO口即P0、P1、P2、P3，每一个端口有8条IO口线80C52单片机还有1个全双功能的串行IO口，可以和主机进行远距离通讯。

该串口有2条线即发送数据线和接受数据线。

单片机内部的四个8位端口的内部结构各不相同，所以对应的其中的功能也随之有所差别，P0口作为特殊的I/O的端口其内部的电路结构决定着其余其他的端口的不同，单片机内部的四个8位端口的功能：

P0口：

P0口可作为输入/输出口，但在实际应用中常作为地址/数据总线口，即低8位地址与数据线分别为P0口。

P1口：

P1口的每一位都能作为可编程输入或输出线。

P2口：

P2口可作为输入口或输出口使用，外接I/O设备时，又作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。

P3口：

P3口为双功能口。

作为第一功能使用时，其功能同PI口。

当作第二功能使用时，每一位功能定义如表2-1所示。

表2-1P3口第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外部中断0输入线）

P3.3

INT1（外部中断1输入线）

P3.4

T0（定时器0外部输入）

P3.5

T1（定时器1外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通信号输出）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通信号输出）

2.2.2STC89C52主要特性

与MCS-51兼容，寿命：

1000写/擦循环，数据保留时间：

10年，全静态工作：

0Hz-24H，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。

以上讨论针对标准51系列单片机。

标准51单片机就片内资源来说是不满足项目的硬件要求的。

主要是因为程序和数据存储器的容量太小。

其次，对于其他的很多功能，单片机来完成此项目来说51机的中断资源和运行速度也不令人满意。

根据项目的任务及技术要求分析，结合上面列举的标准的51单片机系统的硬件资源，得到的结论是：

标准的51系列单片机完成很多的项目任务有一定缺陷。

标准的51单片机作为主控器的缺点分析：

51机的程序与数据存储器的容量小是核心问题，片上资源不足，需要外扩。

随着单片机向片上系统方向的发展，单片机应用也从系统扩展工作方式向单片机最小应用系统方向发展，这是由单片机丰富的片内资源支持的。

从设计理念上说，硬件设计越简单，使用器件越少，系统可靠性就越高。

因此，综合考虑在做其他的很多项目的时候，51单片机并不一定就是首选。

因为52单片机只比51单片机多了一个定时器T2，因此，编程时的头文件，reg52.h中也比reg51.h多了几行定义T2寄存器的内容除此之外两种单片机的开发板、引脚等都相同故将两种单片机放在一起进行介绍，对于51单片机和52单片机的区别在于其内部的存储器的大小，还有52是51的增强型，S52比C51,定时器多一个T2（这个东东强悍的很），RAM多128B，ROM多4K，中断多了2个，多一个看门狗,在掉电、数据指针等方面还有一些改进。

S52的最高外接晶振可以达到33MHz，C51大概只有24MHz。

对于不同的单片机来说在工业应用中有着不同的用处。

51/52单片机广泛应用于工业测控系统之中。

目前很多公司都有51/52系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。

51/52单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。

51/52单片机的管脚也很有特点，大多数51/52单片机的管脚都大同小异。

2.2.3芯片擦除

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，STC89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2.3热释电红外传感器介绍

热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信