基于单片机控制的自动门控制系统毕业设计.docx
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基于单片机控制的自动门控制系统毕业设计
安徽矿业职业技术学院
毕业课题（设计）
题目基于单片机控制的自动门控制系统
院系自动化与信息工程系
班级电气自动化104
论文（设计）方向：
单片机控制的自动门的设计
一、主要参考资料：
[1]胡汉才编著.单片机原理及其接口技术.北京：
清华大学出版社.2004.
[2]陈永甫编著.红外线探测与控制电路.北京：
人民邮电出版社.2004.
二、课题的内容和任务要求：
本课题欲设计一个基于单片机控制系统控制的自动门，要求以单片机为控制核心，选择适当的配套元件，设计硬件电路，并编制相应软件，使自动门具有使用操作方便，系统运行稳定且智能化等特点。
三、毕业论文（设计）进度安排：
起讫日期
工作内容
备注
3.5—3.12
论文选题
3.13—5.1
设计控制系统、电路图、选择元器件等
5.1—5.24
软件开发
5.25—5.31
系统调试
6.1—6.7
准备答辩
学生（签名）：
年月日
指导教师（签名）：
年月日
系毕业设计（论文）工作指导小组意见：
组长（签名）
年月日
系毕业论文工作领导小组审核意见：
主管领导（签名）
年月日
安徽矿业职业技术学院
毕业课题（设计）
开题报告
（2013届）
题目基于单片机控制的自动门控制系统
指导教师李俊
院系自动化与信息工程系
专业电气自动化
班级电气自动化104
学号105803010126
姓名卞迎超
二〇一三年三月十五日
一、选题的意义
自动门在现实生活中扮演重要角色，自动门不仅给我们的生活带来极大的方便而且带给我们一种高档的感觉。
自动门还可以很好的保证我们的安全。
本设计紧随时代的发展并开拓创新为人们的生活提供方便。
二、研究的主要内容，拟解决的主要问题（阐述的主要观点）
（一）研究的内容：
本设计以实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性为目标。
本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，传给单片机并由单片机处理完毕发出信号控制步进电机带动自动门运行。
交流电机作为门驱动装置。
（二）拟解决的问题：
通过单片机控制交流电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。
本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。
3、研究（工作）步骤、方法及措施（思路）
（一）调研
（二）方案设计
（三）硬件系统设计
（四）软件开发
（五）调试
首先我们要知道什么是单片机，如何利用单片机去达到自己的目的。
然后对单片机如何应用到自动门控制的原理进行研究，查找一些相关资料。
最后，我们要对单片机在自动门控制上的应用进行进一步的研究。
我们要知道自动门的在生活中带来的高档和方便，自动门经方案的设计后应达到预想的自动运行效果，并对自动门系统的电路设计，各元器件的选择，系统的硬件和软件的开发设计，最后对自动门控制系统进行测试。
四、毕业论文（设计）提纲
（一）绪论
（二）硬件设计
（三）软件设计
（四）调试
五、主要参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：
清华大学出版社.2004.
[2]陈永甫.红外线探测与控制电路.北京：
人民邮电出版社.2004.
指导教师意见：
签名：
年月日
系毕业设计（论文）工作指导小组意见：
签名：
年月日
系毕业设计（论文）工作领导小组意见：
签名：
年月日
摘要
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，传给单片机并由单片机处理信号完成后发出信号控制步进电动机，步进电动机带动传动带带动自动门延轨道同步运行。
交流电机作为门驱动装置。
通过单片机控制交流电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。
本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。
单片机控制系统大大提高了自动门运行的精度和稳定度；综合保护功能完善，便于及时发现、查找、处理故障；并且节约了能源。
关键词：
自动门；热释红外线传感器；AT89C51；BIS0001；步进电机
1.3自动门技术参数的确定..............................................................................................2
2自动门控制系统硬件设计...............................................................................................4
2.1课题研究的内容和基本思路......................................................................................4
2.2设计总电路图.............................................................................................................5
2.3单片机介绍.................................................................................................................6
2.4概述单片机控制自动门系统工作的实现.................................................................10
2.5热释电红外线传感器介绍.........................................................................................11
2.6BISS0001芯片介绍和先行电路.................................................................................13
2.7步进电机.....................................................................................................................16
3系统软件设计及调试.........................................................................................................19
3.1系统软件结构..............................................................................................................19
3.2各部分程序流程设计..................................................................................................19
3.3系统调试......................................................................................................................29
3.4门行程检测及故障检测..............................................................................................29
4设计总结..............................................................................................................................30
致谢........................................................................................................................................38
第一章绪论
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。
同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。
它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。
它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。
1.1课题研究的背景
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。
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。
门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。
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、造工精细的自动门家族。
1.2自动门的功能分析
本设计是面向公共场所入口的应用设计，需要有安全和可靠性，在设计的时候改良了自动门的友好性，结构如图1-1所示：
图1-1平移式自动门结构示意图
一、根据入口处对自动门的具体要求，本设计所设计的自动门应具有以下功能：
（1）开门和关门控制应具有手动和自动方式
为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。
手动和自动转换开关来控制，当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。
当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应探测器检测有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。
（2）防夹人功能
为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装主动式红外线防夹感应器，一防止停留在门附近的人被门所夹住。
（3）蜂鸣器提示功能
当自动门出现夹人意外状况时，单片机输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提示管理人员的注意。
自动门控制系统包含单片机控制和动作执行元件构成。
采用自动和手动点动控制方式，此种控制模式为目前大多数自动门的控制方式。
本设计所设计的自动门控制系统采用单片机
1.3自动门技术参数的确定
自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直度和水平度，门体地两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。
在自动门投入使用后，尤其是初期，应经常调节门体，修正运行产生的误差。
要严格限制门体重量过自动门的额定负重。
通常在三个月最多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。
公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都
有限。
例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达到成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。
例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。
具体参数如表1-1所示。
表1-1自动门具体参数
单扇开启宽度（mm）
1250（最宽）
单扇门的最大承重（kg）
1×120kg
高度（mm）
2500mm
最快开/关门速度（cm/s）
60cm/s
减速开/关门速度（cm/s）
20cm/s
开启保持时间（s）
15s（程序中可调）
可编程控制器电源
220VAC，50-60Hz
驱动器电源
380VAC，50Hz
驱动器输出额定功率
120W
二、主要构造部件：
智能控制器：
自动检测门的重量、宽度，使门保持在最佳运行状态。
步进电机：
高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热。
皮带：
高效同步齿型带，防止打滑，保证平稳运行。
吊架：
用于运动门扇的悬挂，安全可靠。
第2章自动门控制系统硬件设计
2.1课题研究的内容和基本思路
本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机、传感器以及选择适当的元器件为核心，设计硬件电路编制软件使设计的自动门实现控制系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性为目标并达到理想的系统运行效果。
1、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，将启动电动机带动传动链开门。
2、无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门1m的范围内，将延迟1秒
启动电动机带动传动链关门。
3、关门中途来人，立即开门。
当启动电动机带动传动链关门时，感应探头突然检测到在离门1m的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机带动传动链开门。
总体结构图如下图1：
2.2设计总电路
A/D转换模块
电机反转继电器J2
470U
103
103
速度异常报警
电压过高报警
电机过热报警
蜂鸣报警
VCC
手动/自动切换
LED
手动关按钮
手动开按钮
行程开关4
行程开关3
行程开关2
行程开关1
速度变换继电器J3
电机正转继电器J1
光电隔离模块
ECC
0809
ADC
电机温度检测
电压检测模块
转速检测模块
P33/INTE
RD
P1.7
ALE
WR
P0
P3.4
P3.1
P3.0
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
P32/INT0
BISS0001
330K
10r
330K
102
A
U0
RR1
RC2
RR2
USS
URF/RST
10UT
1IN—
1IN+
2IN—
20UT
UPD
IB
UC
红外传感器
G
S
D
47U
47K
2M
103
10U
103
1M
10K
1M
+5V
GND
10K×6
+5V
33K
22U
220K
60KK
20K
+5V
图2-2设计总电路
2.3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。
由于单片计算机具有体积小，重量轻，耗电少，功能强和价格低等特点，又由于数据大多是在芯片内传送处理，所以运行速度快，抗干扰能力强。
单片机从七十年代问世以来，在二十多年的时间里，发展异常迅速，并已广泛应用于各种领域。
单片机具有通讯接口，用单片机进行接口的控制与管理，单片机与主机可并行工作，大大地提高了系统的运行速度，所以在网络通讯领域也得到了越来越多的应用。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，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，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51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2-3所示。
图2-3AT89C51外形及引脚图
一.AT89C51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。
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。
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。
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
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。
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。
二．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，AT89C51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。
检测电路，门行程检测电路、步进电机控制电路、故障检测电路、故障显示电路、控切换电路等七部分组成。
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检测电路，门行程检测电路、步进电机控制电路、故障检测电路、故障显示电路、控制方式切换电制信号，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2-4所示：
感应自动门的种类很多，此，仅以平移型感应自动门机作为设计的重点。
首先，平移式自动门机组由以下部件组成：
（1）主控制器：
它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。
（2）感应探测器：
负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号。
（3）动力马达：
提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。
（4）门扇行进轨道：
就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。
（5）门扇吊具走轮系统:
用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。
同步皮带用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。
（6）下部导向系统：
是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。
（7）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。
2.4概述单片机控制自动门系统工作的实现：
1、根据该设计要求要实现的基本功能，设计大致应该分为信号采集，信号出好处理，信号控制和信号响应四个部分。
（1）信号采集接受部分即通过红外线传感器检测人与门的距离，并将这种变化转化成电压或电流等模拟的变化。
（2）信号处理部分是将接受部分得到的电压或电流等变化进行必要的转换，为后一部分信号控制提供准备。
（3）信号的控制部分是通过一预定控制方式等实现对设计要求的准确操作。
（4）信号响应是实现控制部分的要求。
2、对上述四个部分进行分析，得到如下一些基本的结论：
（1）信号接受部分为了能准确采集到人与门的距离应选用红外线传感器。
（2）信号处理部分应该根据实际情况选用八位的ADC0809模/数转换芯片。
（3）控制部分为了实现精度控制，采用单片机较为合适。
（4）显示部分可以考虑采用LCD显示器加LED点阵组成。
将上述设计思想结合要求总结为：
程控自动门控制系统听过红外线传感器检测移动物体与门的距离，检测结果送入ADC0809模/数转换芯片中进行模/数转换；再通过单片机作出
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