AT89C51在自动门控制系统中的应用.docx

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AT89C51在自动门控制系统中的应用

国家职业资格全省（或市）统一鉴定

维修电工论文

（国家职业资格二级）

论文题目AT89C51在自动门控制系统中的应用

姓名：

身份证号：

准考证号：

所在省市：

江苏省盐城市

所在单位：

江苏省盐城技师学院

AT89C51在自动门控制系统中的应用

姓名：

宋敏

单位：

江苏省盐城技师学院电气系075201

摘要：

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，本文就是以单片机为控制核心，通过红外线传感器检测是否有人体接近，然后通过单片机控制输出开门指令，系统采用脉宽调制PWM技术对直流伺服电机进行控制。

关键词：

单片机传感器自动控制直流调速

引言：

在经济飞速发展的中国，在高楼耸立的大都市，自动门已经是随处可见。

自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。

传统自动门有的采用继电器逻辑控制，有的单纯采用限位开关定位控制等等，这些控制方式在智能化，数字化，自动控制系统快速发展的今天已经被淘汰，如今我们对自动门要有一个新的认识。

 自动门在国外早已得到普遍应用，自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，给控制器一开门信号，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。

由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围普及。

1．系统组成

系统主要内容以单片机为核心，红外传感处理电路，显示电路，驱动电路等硬件和软件编程。

基于闭环控制系统具有抑制内部或外部各种干扰引起系统输出发生变化的能力。

本设计采用了闭环控制系统。

总体方案如图1所示

2系统硬件设计

2.1红外传感器模块

红外线传感器能以非接触形式检测人体中辐射出的红外线能量变化，并将此变化转化为电压型信号输出。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件接受到人体红外辐射温度发生变化时，就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经过检测处理后，就能产生控制信号进入单片机。

图2各引脚的定义和功能如下:

—工作电源正端。

范围为3~5V。

—工作电源负端。

一般接0V。

图2

IB—运算放大器偏置电流设置端。

1IN-—第一级运算放大器的反向输入端。

1IN+—第一级运算放大器的同向输入端。

1OUT—第一级运算放大器的输出端。

2IN-—第二级运算放大器的反相输入端。

2OUT—第二级运算放大器的输出端。

—触发禁止端。

—参考电压及复位输入端。

Vo—控制信号输出端。

本文通过红外传感器检测人体中辐射出的红外线能量后，从1IN+送入BISS0001进行处理，由Vo口输出信号送给单片机。

图3红外传感器与单片机的接口电路

2.2A/D转换电路

在计算机实时测控和智能化仪表应用系统中，常常会遇到从时间到数值都连续变化的物理量，这种连续变化的物理量称为模拟量，如温度、压力、流量、速度等，与此相对应的电信号称为模拟电信号。

实现模拟量变换成数字量的器件称为A/D转换器，简称A/D。

图4ADC0809与89C51连线图如下：

2.3直流伺服电机

PWM基本原理及其实现方法

一、PWM基本原理

PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。

在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。

通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

如图5所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减小。

按一定规律改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。

图5电枢电压“占空比”与平均电压

PWM信号的产生通常有软件和硬件两种方法。

本文是利用单片机对PWM信号的软件实现方法。

AT89C51具有两个定时器To和T1。

通过控制定时器初值To和T1，从而可以实现从AT89C51的出口输出不同占空比的脉冲波形。

由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。

因此必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。

若单片机的时钟频率为f，定时器/计数器为n位，则定时器初值与定时时间的关系为：

该式中，

为定时器定时初值；N为一个机器周期的时钟数。

N随着机型的不同而不同。

应用中我们可以根据具体机型通过设定不同的定时初值

，从而改变占空比D，进而达到控制电机速度的目的。

3.GTR驱动电路

一、驱动电路的设计

本系统的驱动电路采用一种具有最佳的基极驱动和综合保护功能的集成电路模块UAA4002。

二、电路UAA4002的管脚和功能

（1）

为输出基极驱动负电流；

（2）脚

为负电源；（3）

脚为输出封装；（4）脚SE为控制方法选择；（5）脚E为控制端；（6）脚

为负电源监控时间电阻；（7）脚

为确定最小导通时间电阻；（8）脚Cr为确定最小导通时间电容；（9）脚Ground为接地端；（10）脚RD为输入图5UA4002管脚图输出端前沿延时电阻；（11）脚RSD为VCE（sot）电压检测端；（12）脚

为集电极电流监视端；（13）脚VCE为VCE（sot）检测；（14）脚

为正电源；（15）脚

为正电源；（16）脚

为输出基极驱动正电流。

管脚图如图5所示

三、UAA4002接口功能的实现和参数选择

输入接口：

接口为来自调节或控制器件的信号与内部逻辑处理器的信号提供必要的适配，根据施加在4脚逻辑电平的不同，分两种控制方式：

4脚加高电平，为电平方式；4脚加低电平，为脉冲方式。

最小导通时间ton（min）：

为了确保GTR开关辅助网络的电容充分放电，逻辑处理器应确保输出脉冲有一最小脉冲宽度。

ton（min）的大小可由脚与地间的外接电阻RT来调节，关系为

，最大导通时间：

可由脚8与地间的电容CT来调节。

CT由一恒流I/2充电。

当CT两端电压达到5V时，导通停止，CT迅速放电。

的保护功能可用来防止脉冲控制方式时因传输信号中断导致的GTR持续导通。

若不用

保护功能，可用短路取代CT。

延时功能：

脚10与地之间的电阻RD可调节输入端电压上升沿与输出端电压上升沿的时间。

TD=0.05*RD，这一功能可以避免顺序开关的器件同时导通。

若不用延时功能，可将脚10直接接到

。

保护功能：

可限制GTR集电极电流，防止GTR减饱和。

当电源电压

小于7V时，集成块内的比较器确保无输出信号。

如果负电源电压

不足，可使用输出脉冲中断，保证GTR关断。

图6UAA4002模块驱动电路

其工作过程如下：

4脚接低电平，选择脉冲控制方式，由脉冲变压器来的脉冲加在5脚，通过输入接口经内部逻辑处理器的调节，16脚输出正驱动电流（此输出电流最大电流值0.5A，如驱动能力不够，可外接一个或几个晶体管加以扩大）。

此电流流入GTR的基极电路，GTR导通。

当2脚的负电源电压V¯加到GTR的基极，产生一高的负基极电流，使GTR快速关断，和正驱动电流一样，通过增加外部晶体管，可使输出电源得以放大。

4.电路接口

一．本文采用74LS164实现接口电路：

图774LS164引脚图

74LS164是双列直插式芯片，管脚图如图7所示，引脚定义如下：

74LS164的A、B为数据输入端，Q0-Q7为并行输出的数据，CLR信号用于清除输出数据（通常用在移位完成时）；CLK信号时钟端，时钟上升沿控制内部数据移位。

本系统采用4片中规模集成电路74LS164，和单片机系统构成LED静态显示电路。

74LS164为串－并转换移位寄存器，数据端A、B（第1、2脚）作数据的输入端。

RXD时CPU的输出端，依次串行输出8位数据D0~D7,TXD端输出同步移位时钟，作为外接器件的同步时钟信号。

将第1片164的输出端的最高位Q7，作为输入端，与第二片164的输入端首尾相连，以此类推，第3片164与第4片164首尾相连，为串行移位做准备；P0.5和TXD接与门74LS08后的输出与4片164的时钟端CLK相接，提供时钟信号；每片164并行8位数据输出端，分别连接与之对应的数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp端，提供笔划段字形代码。

164第9脚为复位端，当

=0时，移位寄存器各位复0，只有当

=1时，时钟脉冲才起作用，所以将6片164的9脚都经过电阻接高电平。

P0.5为输出控制，当P0.5=1时，允许串行口输出数据给以为寄存器；当P0.5=0时，串行口不能输出数据，显示内容不变。

LED4显示温度的正负，LED3显示十位温度值，LED2显示个位温度值，LED1显示十分位温度值，小数点固定在LED2。

图8显示电路

二、工作原理

当要发送的数据已经准备好后（已存在累加器A中），就要从RXD引脚一位一位的串行输出，由于输出过程中先发送数据的低位，后发送高位，而数据的格式是低位在右，高位在左，所以用带进位的右环移的方法（RRCA），就可以将第一帧数据的D0位取出来，并放在进位寄存器C中，然后把C中的数据送给RXD引脚，同时将P0.5置1，当TXD端有输出时，产生一个时钟信号，每一个时钟信号的上升沿加到164的时钟端时，移位寄存器移一位，将第一帧数据的D0位移入第一片164的Q0位，就完成了一位数据的输出，再用同样的方法输出其它7位，当第2个时钟信号的上升沿到来后，D0移位进入Q1，D1进入Q0，8个时钟脉冲过后，8位二进制数就全部移入第一片164中，此时D0进入Q7，D7进入Q0，完成了第一帧数据的输出。

第一片164再把这帧数据并行输出，LED1显示该数据。

然后用同样的方法发送第二帧数据，当第二帧数据的D0位，进入第一片164中时，由于6片164首尾相串，而时钟端则接在一起，所以第一帧数据的D0位，就进入第二片164中，依次往右移，第二帧数据发送完毕时，LED1显示第二帧数据，第一帧数据完全串行输入给第二片164，LED2显示第一帧数据。

依此类推，直到把数据区内所有数据发送出去。

数据全部发送完后，第一帧数据在最后一个LED显示。

3.系统软件设计

3.1流程图

图9系统主程序流程图

图10T1中断服务程序流程图

图11外部中断服务程序流程图图12开门子程序流程图

图13PWM波软件实现流程图

3.2开关门程序

KS1:

CLRPS

CLRPT0

CLRPT1

SETBPX0

SETBPX1

CLRES

SETBEX1

SETBEX0

SETBEA

CLRIT0

SETBIT1

MOVTMOD,#66H

HERE:

AJMPHERE

KM:

CLRP0.1

CLRP0.3

MOVTL0,#9AH

MOVTH0,#9AH

MOVTL1,#66H

MOVTH1,#66H

ZH0:

SETBTR0

SETBP0.0

SETBP0.2

ZH1:

JNBTF0,ZH1

CLRTF0

CLRTR0

SETBTR1

CPLP0.0

CPLP0.2

ZH2:

JNBTF1,ZH2

CLRTF1

CLRTR1

CLRC

MOVC,P1.3

JCKM

MOVA,R7

EL0:

MOVR4,#20

EL:

MOVR6,#200

EL1:

MOVR5,#123

NOP

DEL2:

DJNZR5,EL2

DJNZR6,EL1

DJNZR4,EL

DJNZR7,EL0

MOVR7,A

GM:

CLRP0.0

CLRP0.2

GM1:

SETBP1.3

CLRP1.3

JNBIE0,KM

MOVTL0,#66H

MOVTH0,#66H

MOVTL1,#9AH

MOVTH1,#9AH

FZ0:

SETBP0.1

SETBP0.3

FZ1:

JNBTF0,FZ1

CLRTF0

CLRTR0

SETBTR1

CPLP0.1

CPLP0.3

FZ2:

JNBTF1,FZ2

CLRTF1

CLRTR1

MOVC,P1.4

JCGM1

SETBP1.7

CLRP1.7

CLREA

RETI

3.3显示子程序

DIR:

SETBP0.5

MOVR7，#04H

MOVR0，#7CH

DLO:

MOVA，@R0

ADCA，#0DH

MOVCA，@A+PC

MOVSBUF，A

DL1:

JNBTI，DL1

DECR0

DJNZR7，DL0

CLRP0.5

RET

SEGTAB：

DB0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H

DB92H，82H，0F8H，80H，90H，

DB88H,83H,0C6H,0A1H,86H

DB8EH,0BFH,8CH,0FFH

3.4A/D转换程序

MAIN:

MOVR1，#30H

MOVR7,#08H

SETBIT1

SETBEX1

SETBEA

MOVDPTR,#FEF8H

MOVX@DPTR,A

DECR7

SJMP$

ORG0200H

ZI:

MOVXA,@DPTR

MOV@R1,A

INCDPTR

INCR1

MOVX@DPTR,A

DJNZR7,GORETI

CLREX1

GORETI:

RETI

结论

此系统结构简单，思路清晰。

通过红外线传感器对一定区域物体的检测，来判断门前是否有人进入。

电机控制采用的是最近流行的PWM调速系统。

为使功能部分电路实际尽可能合理有效，注意了以下几个方面：

1．尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。

2．尽可能选用功能强，集成度高的电路和芯片，这样不仅可减少组件数量，接插件和相互连线，增加系统可靠性，而且往往也可降低材料成本。

3．尽可能采用新技术、新工艺，使产品具有先进的性能，而不落后于时代的潮流。

4．在满足应用系统功能的要求上，适当留有余地，以备将来修改，扩展之需。

5．充分考虑应用系统各部分之间驱动能力和阻抗匹配。

若阻抗匹配不当，驱动能力不够，时序碰不拢，将导致系统不可靠甚至无法工作，而且这种不可靠很难通过一般的测试手段来确定，排除这种故障往往需要对这个系统做较大的调整。

参考文献

（1）[2]余永权，汪明慧，黄英.单片机在控制系统中的应用[M].电子工业出版社，2003年8月第1版

（2）王幸之，钟爱琴，王雷，王闪.AT89系列单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社，2004年3月第1版

（3）徐玉辰，刘吉川.变频调速系统中驱动单元的设计[J]，燕山大学学报，2002.26NO.2

（4）余永权，汪明慧，黄英.单片机在控制系统中的应用[M].电子工业出版社，2003年8月第1版