机电一体化课程设计.docx

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机电一体化课程设计

题目:

自动门控制装置

学院：

机械与汽车工程学院

班级：

机制083

日期：

2011.3.10

姓名

学号

在项目中主要承担内容和工作比例

陈振华

108011063

自动门的微处理器部分，25%

罗良俊

108011064

自动门机械系统部分，25%

童毅

108011065

微波器材与芯片选用分析，25%

金骁腾

108011066

说明书的文档制作，25%

编号

名称

件数

备注

1

设计说明书

1

2

3

4

5

6

7

`

自动门控制装置

摘要：

本次设计主要针对于自动门的控制装置的设计分析。

根据给定的要求，综合运用我们的知识和所查取的资料，选取了检测灵敏度度高，探测范围宽，而且工作非常可靠，误报率极低的SS-968微波感应控制器和AT89C51微处理器，通过程序达到要求。

本次设计最关键的问题是编制程序控制电路及各个器件的合理选择。

关键词：

自动门、SS-968微波感应控制器、AT89C51微处理器

1、控制系统

对于自动门控制的装置，结合国内大多数选用的器材元件，设计以AT89C51单片机为核心，决定选用微波感应控制器SS-968来控制自动门装置。

1.1概述

SS-968微波感应控制器采用微波专用微处理器，不但检测灵敏度度高，探测范围宽，而且工作非常可靠，误报率极低，能在－25～＋45度的温度范围内稳定工作，最适和在中、高档防盗报警系统中作人体或者物体移动检测传感头使用。

SS-968微波感应控制器的接线图如图1所示:

图1SS-968微波感应控制器接线图

图2SS-968工作框图

SS-968微波感应控制器使用直径50毫米的微型环形天线作微波探测，其天线在轴线方向产生一个椭圆形半径为0～7米（可调）空间微波戒备区，当人体活动时其反射的回波和微波感应控制器发出的原微波场（或频率）相干涉而发生变化，这一变化量经微波专用处理器HT7610A进行检测、放大、整形、多重比较以及延时处理后由三芯插座的中间脚输出,输出端为三极管集电极开路输出方式,输出可以直接驱动继电器,方便用户使用。

SS-968微波感应控制器内部由环形天线和微波三极管组成一个工作频率为4GHz的微波振荡器，环形天线既做发射天线也可接收由人体移动而反射的回波。

内部微波三极管的半导体PN结混频后差拍检出微弱的频移信号（即检测到人体的移动信号）,微波专用微处理器首先去除幅度太小的干扰信号只将一定强度的探测频移信号转化成宽度不同的等幅脉冲，电路只识别脉冲足够宽的单体信号，如人体、车辆其鉴别电路才被触发，或者两秒内有2～3个窄脉冲，如防范边沿区人走动2～3步，鉴宽电路也被触发，启动延时控制电路工作。

如果是较弱的干扰信号，如小体积的动物，远距离的树木晃动、高频通讯信号、远距离的闪电和家用电器开关时产生的干扰予以排除。

最后输微波专用微处理器HT7610A鉴别出真正大物体移动信号时，控制电路被触发，输出5秒左右的高电平，输出方式为三极管C级开路,可以直接驱动继电器，如图3所示，继电器接法,线包绕组的一端，另一端接中间输出端。

图3控制器驱动电路

微波专用微处理器初次加电时，系统自检,延时1分钟左右,一分钟后,当检测到有物体移动时，将有5秒信号输出.

微波感应控制器电源电压为12～16V的整流变换器供电，静态耗电量在5mA左右。

输出形式为电压方式，有输出时为高电平（4V以上），静态时为低电平，使用请参考下图4:

图4继电器输出

1.1.1使用注意事项

（1）、SS-968微波感应控制器产生的微波信号在传输、反射接收以及放大处理过程中可能引起微量噪波，过分提高灵敏度将引起噪波误触发，在7米处人体移动3～4步被触发的灵敏度已达到使用极限，应调至在5米处移动3～4步被触发最佳。

（2）、SS-968微波感应控制器尽量安装在室内靠墙角上方，轴向对准门窗部位安装，室外应注意抗风防水并降低灵敏度使用。

（3）、SS-968微波感应控制器应采用12V100mA直流电源供电，并保证任何时候供电电压不低于10伏，以使电路稳定工作，如果高响度报警器和SS-968微波感应控制器公用电源时电源容量不应小于500mA。

（4）、SS-968微波感应控制器的输出端属于一种三极管集电极开路输出。

因此用万用表无法直接测量是否有输出电压,可以在输出端对正电源端外接一个10K电阻,感应到物体移动时,输出端为低电平,无信号时输出端为高电平.

1.1.2特性

（1）、非接触探测；

（2）、不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境；

（3）、抗射频干扰能力强；

（4）、输出功率仅有5mW，对人体构不成危害；

（5）、远距离：

探测范围超过20米。

1.1.3技术参数

发射：

（1）、发射频率：

10.525GHz

（2）、频率设置精度：

3MHz

　　（3）、输出功率（最小）：

13dBmEIRP

　　（4）、工作电压：

5V±0.25V

　　（5）、工作电流（CW）：

60mAmax。

，37mAtypical

　　（6）、谐波发射：

＜-10dBm

　　（7）、脉冲工作模式：

　　（8）、平均电流（5％DC）：

2mAtyp。

　　（9）、脉冲宽度（Min。

）：

5uSec

　　（10）、负载循环（Min。

）：

1％

接收：

（1）、灵敏度（10dBS／Nratio）3Hz至80Hz带宽：

-86dBm

　　3Hz至80Hz带宽杂波10uV

（2）、天线增益：

8dBi

　　（3）、垂直面3dB波束宽度：

36度

　　（4）、水平面3dB波束宽度：

72度

　　（5）、重量：

8克

　　（6）、规格：

37×45×10mm

1.2微波感应控制器SS-968内部芯片的选用

1.2.1HT7610A

（1）结构与特点

HT7610A／B与HT7611A／BCMOSLSI芯片内含两个差分运算放大器（OP1、OP2）以及窗口比较器、输出持续时间振荡器、系统振荡器、AC过零检测器、4V稳压器、工作模式选择电路、环境光（线）感测电路、控制电路、继电器或三端双向可控硅元件（TRIAC）驱动输出级等电路，内部结构框图如图5所示。

其主要特点如下：

1、HT7610A／B和MT7611A／B均采用16脚DIP封装，需要说明的是：

HT7610A／HT7611A脚2上的输出用于驱动TRIAC，而TH7610B／HT7611B脚2上的输出则用来通过外部NPN晶体管驱动继电器，故它们的脚2名称不同，其它引脚名称与排列完全相同，图6所示是其引脚排列。

2、通过工作模式选择输入脚MODE（7脚）可以选择三种工作模式：

开（ON）、自动（AUTO）和关（OFF）。

当脚7连接VDD时，IC输出总是开通的；脚7接地，IC输出总是关断；若将该脚悬空，IC则进入自动检测模式。

3、输出持续时间可通过OSCD脚（3脚）外部的电阻R和电容C来设定。

输出定时时间TD为延时振荡器周期Toscd的215040倍，即：

TD＝（1／foscd）×215040

4、通过AC线路的过零检测可产生过零脉冲，该脉冲同时与双向可控硅驱动器同步。

如果过零检测信号消失超过3秒，芯片自动复位。

5、具有越权（Override）控制功能。

图5HT7610A内部结构框图

图6HT7610A引脚图

芯片在自动模式（脚MODE开路）下工作时，输出被PIR触发信号激活，输出持续时间由延迟振荡器（OSCD）周期决定。

用户可以超越自动模式而直接转换到测试（TEST）模式，也可以手动接通开（on）模式或通过切换电源开关复到自动模式。

在芯片加电后的10秒内，过零检测信号将迫使芯片进入测试模式。

会在测试模式下，如果时间超过32秒没有PIR触发信号输入，芯片将进入自动模式。

1.2.2参数指标

1、推荐工作条件HT7610A／B与HT7611A／B的工作条件如下：

（1）电源电压VDD的工作范围为5～12V（典型值是9V）；

（2）输入电压：

输入高电平电压VIH≥0．8VDD，

　输入低电平电压VIL≤0．2VDD；

（3）系统振荡器频率fscs为16kHz（在VDD＝12V，Roscs＝560kΩ，Coscs＝100pF时）；

（4）工作温度范围－25～＋70℃。

2、主要参数指标

PIR控制器芯片在VDD＝12V和TA＝25℃时的主要参数指标如下：

（1）电压调整器输出电压VEE为4±0．5V；

　　电源电流IDD在无载和振荡器工作时的典型值为100mA；

（2）输出电流：

输出源电流IOH在VOH＝10．8V时的典型值为12mA，输出阱电流IOL在VOL＝1．2V时的典型值为80mA；

（3）CDS（脚）电压高电平VTH1＝8V（典型值），低电平VTL1＝4．7V（典型值）；

（4）ZC（脚）传输电压高电平VTH2为6．7V（典型值），低电平VTL2为1．8V（典型值）；

（5）运算放大器为输入失调电压VOS为10mV（典型值），开环增益AVO为80dB（典型值）；

（6）芯片内部比较器的输出PIR触发脉冲宽度tPW大于24ms。

1.3AT89C51微处理器

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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。

AT89C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。

1.3.1主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·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

1.4软件设计

1.4.1系统的软件程序主要可分为主程序和中断服务程序组成。

主程序模块主要包括AT89C51本身的初始化，设置ADC0809、5G8713等的工作方式和初始状态，启动A/D转换等。

（1）系统工作流程分为两种情况：

有人员进出和无人员进出。

当有人要进出时，门接收到信号而自动打开；无人进出时，门是闭合的。

即在初始状态下，自动门是闭合的。

（2）自动门的开合由控制信号和门限反馈信号两者共同决定。

接收到控制信号后，若此时的门状态是开的，则不必驱动电机，只要继续保持开状态即可；如若门的状态是闭合的，则要驱动电机使门打开。

（3）若没有连续的人员进出，则门开合有一个最低限度的延时，即人员通过后，在过秒钟门自动闭合。

（4）在系统中完成显示与报警功能。

当系统正常时开时，显示灯为绿色，表示人员可以进出；若是系统发生故障，自动门无法正常开合时，显示灯变为红色。

1.4.2程序流程图

否

是

是

否

是

1.4.3控制程序设计：

ORG0000H；主程序起始地址

START:

LJMPMAIN

ORG0030H；外中断起始地址

LJMPINT0；跳到外中断程序

MAIN:

MOVSP,70H；设堆栈

LCALLTIME

TIME:

MOVP1,0FFH；中断电机

MOVTMOD,#01H；设定TMOD为工作方式1

MOVTH0,#03CH；

MOVTL0,#0B0H

MOVIE,#00H；禁止中断

SETBTR1；启动定时

LOOP:

JBCTF1,ZCZ；查询是否溢出

AJMPLOOP

ZCZ:

INC30H；30H加1

MOVA,30H

RET

INT0:

PUSHACC

PUSHPSW

MOVA,30H

CJNEA,#69780H,DIANJI1

BAOJIN:

CPLP2.2

INC31H

MOVA,31H

CJNEA,#0AH,LOOP1;定时2秒

LCALLDELAY;

AMJPBAOJIN

LOOP1:

CLR31H

POPACC

POPPSW

MOVIE,#00000000B

RETI

DIANJI1:

LCALLCW；调用正转子程序

LCALLDELAY1；20毫秒（速度这里控制）

MOVA,P2.0

CJNEA,#00H,DIANJI1；行程开关2是否为低电平

DINGSHI:

MOVP1,0FFH；电机停

NOP；等待

LCALLTIME;定时2秒

ZCZ1:

INC32H

MOVA,32H

CJNEA,14H,DIANJI2

AMJPDINGSHI

DIANJI2:

CLR32H

LCALLCCW；调用电机反转子程序

LCALLDELAY1；速度控制

MOVA,P2.1

CJNEA,00H,DIANJI2；行程开关1是否为低电平，是返回

MOVP1,0FFH；电机停

NOP；等待

POPACC；出栈

POPPSW

MOVIE,#00000000B

RETI；中断返回

DIANJI:

MOVIE,#10000001B；电机开中断

LJMPMAIN；没中断返回

DAY:

CJNE30H,#18H,QINGLING

RET

QINGLING:

CLR30H

RET

DELAY:

MOVR5,#20

D1:

MOVR6,#20

D2:

MOVR7,#240

DJNZR7,$

DJNZR6,D2

DJNZR5,D1

RET

DEPAY1:

MOVR5,#40

D3:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR5,D3

RET

在程序中，只要依次将这6个控制字送到Pl口。

步进电动机就会转动一个齿距角。

每送一个控制字，就完成一拍。

步进电动机转过一个步距角。

程序就是根据这个原理进行设计的。

用Ro作为状态计数器，来指示第几拍。

按正转时加1，反转时减1的操作规律，则正转程序为：

CW:

INCR1;正转加1

CJNER1,#06H,ZZ;如果计数器等于6修正为0

MOVR1,#00H

ZZ:

MOVA,R1;计数器值送A

MOVDPTR,#ABC;指向数据存放首地址

MOVCA,@A+DPTR;取控制字

MOVP1,A;送控制字到P1口

RET

ABC:

DB06H，08H，09H；6个控制字

DB01H，03H，02H

反转程序为：

CCW:

DECR1;正转减1

CJNER1,#0FFH,FZ;如果计数器等于FFH修正为5

MOVR1,#05H

FZ:

MOVA,R1;计数器值送A

MOVDPTR,#ABC;指向数据存放首地址

MOVCA,@A+DPTR;取控制字

MOVP1,A;送到P1口

RET

END

2、机械传动部分

自动门的机械传动系统由一条同步带，两个轮子，一个电机，四个开关组成。

由于要求开门速度在35cm/s~65cm/s之间，取V=50cm/s。

假设门的宽度为b=1m，手动开启力为50N，则

，

。

查得DC24V50W直流无刷电机具高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热等特性，大大超越传统AC伺服马达。

比较适合。

查同步带和同步带带轮的标准分别选取XH型的同步带和T10型同步带轮。

同步带的参数如下表：

带型号

节距

mm

基准宽度b

mm

拉力T

N

带厚H

mm

带宽b

mm

XH

22.225

101.6

50.8

11.20

101.6

同步带轮的参数如下表：

同步带轮型号

齿顶圆齿槽宽

mm

齿顶圆角半径

mm

齿根圆角半径

mm

齿槽角y

T10

6.57

0.8

0.6

设计其结构如下图所示：

此种结构比导轨传动有更大的优点，而且由于采用直流无刷电机驱动，配合T型齿条同步带轮，使门体自低速至高速的运行均具超越的宁静性。

另外为方便自动门日后的保养维修．可选择不锈钢或铝型材门柱、门粱的外饰面，如果采用大理石作为外饰面．自动门工程与大理石工程之间必须事先确定相互配合的施工方案，以免出现配合错误导致返工重做。

自动平移门在安装和调试过程中，关键是提高精度．即门体的两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，应最大限度地减少门体的静态侧摆。

在自动门投入使用后，尤其是初期要经常调节门体，修正运行产生的误差。

结语

为期二个星期的课程设计转瞬即逝，在老师的精心指导和小组成员的共同努力下，我们终于完成了《自动门控制装置》的课程设计。

《机电一体化系统设计》是一门综合性课程，它是一门机械技术与微电子技术的交叉学科。

随着机械技术、微电子技术的飞速发展，机械技术与微电子技术的相互渗透越来越快。

从开始确定论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步，对我来说都是新的尝试和挑战。

在此次课程设计完成过程中，我们遇到很多困难，但在小组成员一起努力下，我们还是克服了一个个难题。

这次课程设计的经历使自己对课本上的东西有更加深刻的的认识。

由于自己的能力有限，设计中难免也存在不少细节上的错误，希望老师指出改正，并感谢老师您对我们的教育！

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，1996

2、成大先．《机械设计手册》【M】．北京：

化学工业出版社，2006

3、康华光《电子技术基础（模拟部分）》，高等教育出版社

4、王晓明《电动机的单片机控制》，北京航空航天大学出版社

5、曹天汉《单片机原理与接口技术》等，电子工业出版社

6、周斌主编.机电一体化使用技术手册.兵器工业出版社，1994，

7、房小翠等主编.单片微型计算机与机电接口技术.国防工业出版社，2001.