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1、学 号 天津城建大学单片机原理及应用 A 设计说明书基于单片机的宾馆智能自动门设计起止日期： 2014 年 1 月 4 日 至 2014 年 1 月 10 日控制与机械工程学院控制与机械工程学院 2014 年年 1 月月 10 日日目录目录学生姓名王宁班级11 电气 3 班成绩指导教师 (签字 )2一、原理一、原理 .3二、硬件设计二、硬件设计.32.1 时钟电路时钟电路.32.2 复位及复位电路复位及复位电路.42.3 热释电红外传感器热释电红外传感器.42.4 电动机电路电动机电路 .52.5 单片机介绍单片机介绍 .6三、程序设计三、程序设计.71.流程图流程图.72.程序程序 .8四、
2、总结四、总结 .9参考文献参考文献 .10附录附录 PROTUES 总电路图总电路图.11一、原理一、原理3本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。自动门控制系统电路设计，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。单片机控制扬声器和使其播放“欢迎光临”和点亮彩灯。步进电机作为门驱动装置，通过单片机控制电机，使门自动旋转。单片机控制门锁打开。原理方框图如图1-1所示。A AT T8 80 0C C5 51 1芯芯片片红红外外传传感感器器电电机机电电路路语语音音及及彩彩灯灯控控制制驱驱动动电电路路图图1 1- -1 1 原原理理
3、方方框框图图门门锁锁控控制制二、硬件设计二、硬件设计2.1 时钟电路AT89C51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 X1 和 X2 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。时钟电路如图 2-1 所示，在X1 和 X2 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在 1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。X1 CRYSTALC120pF C220pFXTAL1XTAL2图 2-1 时钟电路42.2 复位及复位电路复位是单片机的
4、初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 2-2 所示。表 2-2 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXXBSBUF不定IE0XBPCON0XXX0000BTMOD00HRST 引脚是
5、复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。产生复位信号的电路如图 2-2 所示C31uFR510kRST图 2-2 复位电路2.3 热释电红外传感器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。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两5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
6、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 10-20 米范围内人的行动。自动门感应器选择红外感应器，型为 HZKT002，它采用红外专用芯片 BISS0001 芯片。模块线路板尺寸 35mm30mm， 透镜直径约 25mm，模块厚度 20mm，体积小，容易嵌入其他设备。为增大感应范围，在感应器前面加上半球形菲涅尔透镜。热释电红外探头的优缺点：优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。
7、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。0.000000DQ2VCC3GND1U2Q1NPNR22kR310kR11k P3.2图2-3 红外检测电路2.4 电动机电路 直流伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号的要求动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号小时，转子能即使自行停转，由于这种“伺服”性能，因此而得名。按照在自动控制系统中的功用所要求，伺服电机具备可控性好、稳定性高和速应性强等基本性能。可控制性好是指寻好
8、消失以后，能立即自行停转；稳定性高是指转速随转矩的增加而均匀下家；速应性强是指反应快，灵敏。直流伺服电机的工作原理和普通直流电机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生了磁通，当电枢绕组中通过电流时，这个电枢电流与磁通互相作用而产生转矩使伺服电机投入工作。这两个绕组其中的一个断电时，电动机立即停转，它不象交流伺服电动机那样有“自转”现象。所以我们选择直流伺服电动机来进行自动门的转动。直流伺服电机采用 H 桥驱动；单片机的一个引脚分别产生两种占空比不同的 PWM（脉冲宽度调制）波形作为驱动信号实现启动 和制动；在门的中间及两边位置设置开关，作为中断信号产生源，来判断电机是否应该停止。电机电路如图
9、 2-4 所示。6Q3 NPNQ6 NPNQ7 PNPQ4 PNP+88.8Q5 NPNQ8 NPNR4 100R6 100R710kR8 10kP2.3P2.4图 2-4 电动机电路2.5 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
10、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（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）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
11、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。7三、程序设计三、程序设计1.流程图开开始始初初始始化化电电动动机机启启动动探探测测到到红红外外信信号号N N延延迟迟2 2秒秒门门锁锁打打开开延延迟迟3 30 0s s电电机机停停机机延延迟迟3 30 0s s门门锁锁关关闭闭图图3 3- -1 1 主主程程序序流流程程图图调调用用吕吕语语音音彩彩
12、灯灯 子子程程序序8亮亮灯灯结结束束播播放放语语音音时时间间开开关关延延时时两两秒秒Y YN N图图3 3- -2 2 语语音音和和彩彩灯灯流流程程图图开开始始2.程序主程序： #include sbit L=P32;/接受传感器信号bit Flag;/标志位sbit R=P23;/正转sbit LED=P20;/彩灯sbit LED=P21;void Delay_2s(unsigned int DATA)/2s 延时函数unsigned int x,y;for(x=DATA;x0;x-)for(y=110;y0;y-);9void main()/主函数D=R=0; LED=1;Delay_2s(6000)
