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1、银行自动门的摘 要本设计主要以AT89C51为控制中心和以红外线为辅助从而达到银行门能够自动闭合。本文是基于AT89C51的自动门的控制系统的电路设计，主要由AT89C51及其外围电路、红外检测电路，门行程检测电路、直流电机控制电路等几部分组成。使用热释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，直流电动机作为门驱动装置，通过单片机控制直流电动机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。关键词： AT89C51、热释电红外线传感器、BISS0001芯片、红外对管传感器、直流电机1绪论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

2、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。 现如今自动化、信息化的程度越来越高，人们对其要求也越来越高，而单片机为自动化、信息化提供了极大的方便，因此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。通过对“基于单片

3、机的银行门自动控制系统”的认真研究，我精心撰写了红外线辅助单片机控制自动门系统的设计。本设计着重描述了以单片机为主体，传感器、直流电机为核心的自动门控制系统。自动门目前的发展状况在二十世纪年以后，自动门开始在建筑物上使用。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

4、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。随着社会的飞速发展，自动门逐渐进入我们的日常生活，自动门控制系统也逐渐向大型化、复杂化和智能化的方向发展，成为宾馆、超市、银行等现代建筑所必备，是建筑智能化水平的重要指标之一。它具有美观大方、节约空调能源、防风、防尘

5、，降低噪音等优点。国外的自动门控制系统性能比较优良，但是价格偏高；国内的同类产品价格便宜但是性能较差，故障率较高。国内目前自动门的发展状况具体如下：1、高、低档次的市场分明，进口产品借助质量和品牌优势占据了高端市场，一些公司目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。2、产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。同时，由于价格过低，也使产品的继续改进和发展受到限制。3、厂家多

6、，规模小。近56年来，自动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。4、专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，顶多委托代加工局部零部件。近两年来，呈现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。因此本文设计了一种简单、实用，运行可靠，而且成本较低的红外自动门控制系统。本系统采用热释电红外传感器作为探头，它通过对人体的出入的自动检测来控

7、制自动门的开、关，具有智能运行的功能。自动门研究的意义在经济高速发展的全国的大大小小城市，自动门已经是随处可见，在各大厦、宾馆、酒店、银行、商场、医院、写字楼等场所，自动门更是得到了大范围的普及和使用。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，更令我们的建筑增添了不少高贵典雅的气息。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。当人走进自动门时，红外线感应到人的存在而

8、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。自动门在通电后可以实现无人看管，从而提高了建筑的档次。自动门的基本设计思路控制要求如下：1、有人来（进门或出门）时开门。当人走到离门不远的时候时，安装在门两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。当热释红外线传感器信号检测装置没有检测到有人在检测的范围内，将启动电动机带动传动链关门。3、关门中途有人时，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。设计的基本思路如下：2 系统硬件设计下面以银

9、行自动门（多为平移式自动门）为例进行硬件系统设计。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：就象火车的铁轨，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（有的厂家使用

10、三角皮带）：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作出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。硬件电路的框图和原理硬件组成框图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，据此产生直流电机控制信号，电动机

11、带动门运行。因此本系统主要由AT89C51单片机及其外围电路、红外检测电路，门行程检测电路、直流电机控制电路等组成。即红外自动门控制系统的硬件组成如下图所示。自动门控制系统硬件框图自动门硬件结构的工作原理大致如下图所示：自动门硬件结构工作原理单片机介绍单片机是单片微型计算机的简称。它是微型计算机发展中的一个重要分支，也是一种非常有生命力的机种。单片机性能经过不断的提高和改善，具备了集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉等特点，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集与处理、通信网络系统、汽车工业、国防工业、家用电器等领域应用越来越广泛。通常，单片机是由单块的集成电路芯

12、片构成，内部包含有计算机的基本功能部件，如：中央处理器CPU（实现运算、控制功能），存储器RAM/ROM（实现数据存储、程序存储功能），定时器/计数器（实现时间设定和事件记录功能），各种输入/输出接口（实现串行、并行输入/输出功能），以及A/D转换器、D/A转换器（实现模数、数模转换功能）等。单片机硬件结构简图如下图所示。单片机硬件结构简图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介绍AT89C5

13、1是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取

14、数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。AT89C51的外形及引脚排列图AT89C51的结构及主要特性AT89C51的结构VCC：电源线。VSS：接地信号线。P0.0-P0.7（32-39）：这组引脚共有8条，为P0口所专用，其中P0.7为最高位，P0.0为最低位。P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地

15、址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。P1.0-P1.7（1-8）：与P0口类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位。P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。P2.0-P2.7（21-28）：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端

16、口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。P3.0-P3.7（10-17）：P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，具体如下：P3.0/RXD：串行输

17、入口P3.1/TXD：串行输出口P3.2/INT0：外部中断0P3.3/INT1：外部中断1P3.4/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口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将

18、跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时

19、内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。AT89C51的主要特性与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RAM32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芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的

20、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。热释电红外传感器介绍热释电红外传感器概述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。热释电红

21、外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。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，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10

22、-20米范围内人的行动。热释电红外传感器原理菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外

23、线传感器。热释电红外传感器结构热释红外线传感器内部结构与电路如下图所示。热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生微弱电压V。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体

24、或者动物的活动。热释电红外传感器的结构及内部电路见下图所示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm-12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。(a) 热释红外线传感器的结构（b）热释红外线传感器的内部电路热释红外线传感器内部结构与电路热释电红外传感器的优缺点：优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很

25、小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。热释电红外传感器的抗干扰性能：1、防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。2、抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。3、抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,

26、而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。BISS0001芯片介绍BISS0001是一款传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。BISS0001不仅能和热释电红外传感器的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。它的内部是由运算放大器、电压比较器、与门电

27、路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止电路等组成。BISS0001芯片的特点1、CMOS工艺2、数模混合3、具有独立的高输入阻抗运算放大器4、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰5、内设延迟时间定时器和封锁时间定时器6、采用16脚DIP封装BISS0001芯片的管脚图及其管脚说明BISS0001芯片的管脚图引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发。2VOO控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间T

28、x的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRF/RESETI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)。10IB-运算放大器偏置电流设置端11CDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端BISS0001芯片的管脚说明表BISS0001芯片的工作原

29、理BISS0001芯片的内部框图：BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。其内部框图如下：BISS0001内部框图BISS0001芯片的工作原理：BISS0001的工作方式有两种，分别为不可重复触发工作方式和可重复触发工作方式。不可重复触发工作方式以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成

30、的双向鉴幅器，检出有效触发信号VSS。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VC时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，VO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使VO跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。不可重复触发工作方式下的波形可重复触发工作方式以下图所示的可重复触发工作方式下的波

31、形，来说明其工作过程。可重复触发工作方式下的波形在VC=“0”、A=“0”期间，信号VSS不能触发VO为有效状态。在VC=“1”、A=“1”时，VSS可重复触发VO为有效状态，并可促使VO在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要VSS发生上跳变，则VO将从VSS上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若VSS保持为“1”状态，则VO一直保持有效状态；若VSS保持为“0”状态，则在Tx周期结束后VO恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何VSS的变化都不能触发VO为有效状态。可重复触发工作方式下的波形当热释电红外传感器接收到人体红外辐射后输出检测信号，然后由14脚输入BISS0001,经地内部电路处理，由2脚输出探测信号（正向脉冲信号）。输出脉冲信号的宽度由外接电阻R9和电容C6来决定。当2脚输出控制脉冲后，电子开关被接通，数字编码电路和无线电发射电路由于得到电源而开始工作。BISS0001 应用线路如下图所示。BISS0001的热释电红外开关应用电路图上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关