基于单片机技术的自动门智能控制系统

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1、? ? ?年第?期计算 机 系统应 用基于单片机技术的自动门智能控制系统? ? ? ? ? ?御? ? ? ? ? ? ?于洋葛斌苏晓鹭?大连大学信息工程学院辽宁大连? ? ?摘要?关健词?通过时目前自动门的发展趋势和控制管理需求的分析,介绍 了基于? ?单片机的自动门智能控 制系统的软硬件组成,对以往 由集成电路实现的自动门系统进行了智能优化改进。同时,文中针对单片机应用系统可能出现的受干扰而发生程序陷于死循环等现象,提出了硬件“看门构”技术对其改进的措施。该控制技术大大地降低了使用成本,提高了系统的性价比,使其更具实用性和智能性。本丈对产品研发者和商家具有一定的启迪意义。自动门单片机灯?

2、?智能控制“看门狗”技术?引言随着电子科技的不断发展,各种方便于生活的智能控制系统已开始进入人们的生活。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,已成为宾馆、超市、银行等现代建筑所必备的,是建筑智能化水平的重要指标之一。为了使这种自动门能够越来越广泛地被应用,本文研究一种公 用场合的平移式自动门控制系统,根据人流状况控制两扇门的开合。?硬件设计自动门智能控制系统的结构框图如图?所示,包括信号检测及?转换电路,时钟电路,报普监控?“看门狗”复位电路?,进出显示电路,门驱动控制电路等组成。?系统设计分析设计以? ?单片机为核心,统一控制红外传感器和步进电机,并通过机械直线运动单元驱动

3、玻璃门。在硬件上实现 了? ? 系统报普显示,人员进出信号的采集与? 转换,监控报等?“看门狗”技术?,电机驱动控制以及光藕隔离技术。在软件方面,主 要采用汇编语言对单片机控制系统进行编程。与此同时,本系统在设计开发的过程中,考虑到实用性及性价比,所采用的芯片和器件均为通用器件,因而整个系统的造价并不高,并且有较强的应 用价值和良好的发展前景。人人 ? ! # # #? ? ?心转换换红红外 传 感感感?人体信号号图?系统总体结构框图?花,? ?接口扩展采用可编程并行? ?扩展接口芯片? ?进行输入和输出口的扩展,单片机采用线选法对? ?进?墓金项目?辽宁省智能信息处理重点实验室研究课皿?阅?

4、一? ?睡?能加? ?加系统盆设?计 算 机 系统应 用? ? ?年 第?期行寻址。单片机的? ?口和阳口负责选址,? ?口的? ?接? ?的片选信号? ?,陀?及? ?口接? ? ?的地址选择线? ?及? ? ? ?。对于单片机来说,? !的?,?,? 口及控制口地址 分别 为?,? ?,? ?和? ?。整个冈口用于对? ? ?读写数据。? ? ?的复位端与单片机的复位端相连,都接在? ?单片机的复位电路上。?的读选通与写选通信号分别与单片机的阳?和陀?引脚相连。?刀?转换控制在设计中,为了方便与? ? ?单片机的连接,本系统选用? ?芯片对采集到的进出自动门的人员感应信号进行模数转换? ?

5、 。其分辨率为?位,不必进行零点和满度调整,且具有高阻抗斩波稳定比较器,?个通道的多路开关可直接存取?个单端模拟信号中的一个。利用单片机写启动? ?转换器,转换结束后再由? 向? ?发出中断请求信号,? 响应中断请求。通过对译码 器的读操作,读取转换结果并送到被测?的相应存储区。再重新选择被测?,并再次启动? ?转换后中断返回。其? 转换电路如图?所示。几? !二?报?显示控制报苦控制以显示灯的方式给出。当有人员进 出时,若系统正常工作,显示灯为绿色?若系统发生故障,显示灯变为红色,此时不允许人员的进出。由于系统中盯? ?本身的? ?口线资源紧张,要控制的闪光报带的? ?数目较多,所以可采用扩

6、展一片?山刀? ?锁存器芯片,锁存器输出接?个? ? ?。在电路中将共阴极匡?发光二极管的阴极连接在一起,通常将此公共阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮,这样我们就可 以控制是进出灯亮还是报普灯亮。接口电路如图?所示。?自动门驱动控制利用单片机产生步进脉冲,经专用环分芯片、光电隔离电路及驱动电路驱动步进电机运行。通过改变单片机输出脉冲的频率来实现电机的无级调速,改变四相通电顺序实现电机正反转运转。该系统采用专用脉冲分配 器? ? 芯片进行通电换相的控制。? ? ?有很多种,它们的功能一样,可 以互换,但考虑到性价比等问题,选用国产的? ? 。该芯片与单片机的接口如图?所

7、示。系统选用单时钟输入方式,各引脚状态及实现的功能如下?跳八砚拟?入价价价价价价价? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?百百百? 吐阿阿? ? ?比比比?深? ? ? ? ?,峪瑞瑞闷闷, , , , , , ,? ? ?印印乃乃乃人人呱呱呱呱? ? ? 刃刃? ? ? ? ? ? ? 即即即即? ? ? ? ? ? ? ? ? 二从从? ? ? ? ? ? ? 六?艺艺优优 飞飞飞飞戊戊、银银银银? ? ?犷犷犷种种种种种图?报誉显示电路图?花,? ?与越汇?,接口电路因为不断有人员进 出自动门,传感器采集信号的速度要远远大于单片机的处理速度,而 且冈口是扩展所播的复用口线,所以豁要芯片

8、? ?比? ?来进行信息的锁存。同时? ? 刀?是?路模拟信号的转换器,本系统仅用?路输入即可完成对人员的进 出信息转换,因此,由传感器到? ?一? ?的输入仅有四路。?用? ?和? ?实现励磁模式的切换?用?脉冲? ? ?的不 同分配控制励磁顺序和通电方式?用? ?实现控制步进电机的正反转。由于采用了专用脉冲分配器,单片机只浦提供步进脉冲、进行速度控制和转向控制、工作方式控制,脉冲分配的工作交给脉冲分配 器自动完成,从而减轻了? ?的负担。?系统? 设?”匕? ? 州加犯俪?的?年第?期计 算 机 系统应 用由于电机的电源采用的是市电,而单片机的驱动控制信号较弱。所以为避免产生干扰,系统对外

9、界的控制信号通过采用两级隔离来完成,第一级是光电隔离,第二级是继电器隔离,通过这两极隔离可 以将市电对电机驱动引起的干扰降低到最小程度。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ! ! !频频率率率? ? ? ? ? ? ?调调节节节? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?灯? ?与从以? !的接口电路如图?所示。合理设计?,、凡的值,使得?的电压跌落到某电压值?如?,即? 端的输入电压低于? ? 时,? ?输出低电平,作为? ?的中断输入信号通知单片机,使之进行一些必要的操

10、作处理。?,?的选取为?公式代入?,?,?二? ? ?可取?,? ? ?,?二? ?,当?的电压跌落到?时,?,二?,再继续跌落,? ?引脚便为低电平。图?步进电机系统逻辑框图?“看门狗“监控控制当? ? ?受到干扰而失控时,会引起程序跑飞而脱离用户程序,导致系统无 法 正常完成任务。例如?本系统如果出现程序跑飞,可能导致自动门的开合无法控制,报普与显示灯无法正常显示,这将给客户带来众多不便。指令冗余和软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱困境,这时系统将瘫痪。若工作人员在场,可按下人工复位按钮,强制复位。但工作人员不可能一直监视着系统,即使监视着系统,也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。因此

11、,设置 可靠的看门狗”是防止单片机死机、提高系统抗干扰性的一种重要手段。另外, ,看门狗”电路还提供了掉电保护作用,避免了电源掉电时系统数据的丢失。在自动门智能控制系统设计 中,应用强制复位硬件? 看门狗”电路,其专用芯片采用美国? !?公 司生产的的以? !作为 看门狗”的主体控制器件。其主要的电气参数如表飞所示? ? 。表?柑沪试?的电气参数图?“看门狗”专用芯片接口电路当单片机正常工作时,阳? 口定时改变? ? 输入端的电平,使看门狗电路不发出复位信号。当由于某种严 重干扰而使程序出现死循环时,单片机将不能定期改变? ?端的电平,看门狗便会在?后产生?个复位信号,使单片机复位。经过? ?

12、 ?复位脉冲后,单片机复位结束,程序从以?旧?开始重新执行,摆脱死循环,保证 了系统的正常运转。图中设有手动复位按扭,由于拟 沪 汉? !在系统上电时能自动产生复位信号,可使手动复位按扭复位时间小于? ?。工工作作静态态定时时输出出复位位电电压压电流流时间间电压压门限限? ? ? ? ? ? 时时? ? ? ? ? ? ? ?备备用电池方式静态电流流复位脉冲? ? ? ? ? ?卜? ? ? ? ? ?软件设计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 盯日 ,? ?本身的初始化,设tA Oc o80 9、5 G 87 13等的工作方式和初始状态,启动A/O转换等。主

13、程序流程 图如图6所示。系统功能分析如下:s y咖C翻叫刊c公 翻系统吐设1 7计算机系统 应用2( X )8年 第4期(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友馈信号两者共 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,则门的开合有一个最低限度的延时,即人员通过后,在过8秒钟门自动闭合。( 4 )在系统中完成显示与报普功能。

14、当门打开时,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。开开始始初初始化化等等等待待待驱驱动电机开门门红红灯报报绿绿灯显示示关关门门5结束语本系统在开发过程中,结合了信号技术、嵌入式技术以及电机控制技术等,并在汇编语言的基础上完成该设计。其主要特点是电路结构简单、工作稳定可靠且成本相对比较低。并且在功能上也达到了较为满意的效果,实现了进出显示,系统故障报答显 示,特别是采用 了硬件看门狗定时监控技术,便于在系统发生故障时及时通知相关工作人员到场检修,基本实现了自动门的智能控制。本设计也便于功能扩展,因单片机尚有不少资源能被利用。如可以加入身份验证功能

15、,企业单位中的划卡计时服务功能等】。目前的自动门控制系统正向更加智能化的方向发展,现阶段采用监控式完全控制和不完全控制,随着控制系统的复杂性,涉及领域的广泛性和国际间合作性的加大,这种控制方式也播要被进一步加强,这样才会更加提高它的实用价值以及在恶劣环境下工作的能力和效率。今考j忆献图6A T89凶汇编语言设计程序流程图1胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,2加4.2蔡帷铮.常用电子元器件手册.哈尔滨工业大学出版社,19 98.3刘浏一种自动门的设计.机械工程师,20 03.4Dav i dK ra kauer.Si n s le ChiPDSPMo tor Con t r olSys-te m sCa te hin go nin Home.AP Plia neesR ePr int e df r omA P P lia nee ma ga Zine,oet o ber 20 (X ).5吴鹤,戴志刚.单片机系统中的“看门构技术”.仪器仪表用户, 20 (抖.6求是科