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1、（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）摘 要21世纪是一个电气产品迅速发展的时代，随之而来的，人们的生活水平也越来越高，去商场、超市等公共场所购物或参与其他活动已渐渐成为人们生活的一部分。因此，自动开关门也就随之进入了人们的日常生活，成为上述公共建筑的必备设施。自动开关门的核心便是单片机的控制系统，而单片机也是衡量其科技水平的标杆，也标志着自动化控制系统正在向一个越来越智能的方向发展。论文的控制技术核心，是基于89C51单片机、直流电机、热释电红外传感器等元器件相结合而组成的控制系统。它使得89C51单片机的性能能够最大化的发挥出来，并且因其同时具备了硬件电路简单、控制功能强大、系
2、统安全且稳定、性价比相对较高等优点，使其具有了一定的研究价值和实用价值。关键词：自动开关门，单片机，热释电红外传感器，自动控制目 录第一章 绪论11.1 探究课题可行性11.2 国内自动开关门的发展现状11.3 课题的意义与目的1第二章 自动开关门控制系统设计方案32.1 基本功能的需求与分析32.2 基本设计思路32.3 设计思想和整体框图32.4 设计电路的框图和原理4第三章 主要元器件的介绍63.1 什么是单片机63.1.1 AT89C51主要特性73.1.2 芯片擦除83.2 红外检测电路83.2.1 热释电红外传感器83.2.2 热释电效应的介绍93.3 直流电机103.3.1 直流
3、电机的特点113.3.2 驱动控制系统的组成113.3.3 斩波驱动123.4 检测模块13第四章 自动开关门的软件设计154.1 整体程序流程图164.2 直流电机驱动模块164.2.1 PWM驱动系统164.2.2 继电器174.3 整体电路图18第五章 Altium Designer软件的系统设计195.1 软件的介绍195.2 Altium Designer的电路图绘制19致谢24参考文献25第一章 绪论1.1 探究课题可行性21世纪是一个自动化、信息化、数字化技术越来越高的时代，所以，单片机的应用领域也越来越广，与人们的生活密切相关。随着时代的发展、科学的进步和人们生活质量的日益提高
4、，各种方便且实用的自动控制系统进入了人们的生活，其中以单片机为核心的自动开关门控制系统就在行列之中。这也标志着自动控制系统成为科技化时代不可或缺的一部分。它的实用性强，功能众多，技术高端先进。更让人们懂得，数字时代的发展会改变人类的生活质量，推动科学技术的发展。论文着重讲解了以单片机为主体、传感器为核心的自动开关门控制系统。1.2 国内自动开关门的发展现状自动开关门的大批量专业化生产开始于150年之前，随着科学技术的发展自动开关门也在日臻完善。门的高级形式自动门起源于欧美发达国家，并迅速的发展至今，目前已形成种类全、功能完善、做工精密的自动门大家族。上世纪90年代以来，自动化控制技术发展较快，
5、技术也较为成熟，并且取得了巨大的成就。自动开关门是由单片机控制系统组成。在现实生活中可以极大的节约资源、减少噪声、防风、防尘，同时也能让出入口显得高档且简洁，所以生活中应用极其广泛。在国外发达城市里的酒店、宾馆、大厦、银行、商场等随处可见，但是在国内，自动开关门的研发还处于初级阶段。在自动开关门控制系统的设计中，节能环保、安全稳定和人性化是需要考虑的重要因素。1.3 课题的意义与目的随着科学技术的飞速发展，各式各样的自动化控制系统步入人们的生活。自动开关门控制系也就成为了商场、大厦等人流较为密集的地方疏通人流、控制出入口的首要选择。自动开关门能够实现出入授权的的自动化控制等功能。为了使自动开关
6、门能够更好的被使用，选择一种电路简单，功能较为完善，性价比高，控制系统稳定的自动开关门控制系统，论文研究以89C51为控制核心，热释电红外传感器，磁开关，步进电动机相结合的系统。使其充分发挥单片机的性能，具备一定的参考与使用价值。24第二章 自动开关门控制系统设计方案2.1 基本功能的需求与分析分析日常生活中经常接触到的自动开关门，设计的自动开关门控制系统应具有以下功能：1. 具有手动控制和自动控制两种模式，以便于使用和维护。当热释电红外传感器检测有人时发出信号，通过电动机的正转与反转控制门的开与关。2. 在关门时如出现夹人等非正常情况时，控制系统应能根据关门时的异常负载或其它异常情况，启动应
7、急措施停止自动开关门的关门进程，转入开门过程。2.2 基本设计思路1、 检测出有人靠近时开门。当人们走到自动开关门附近时，热释电红外传感器可检测出人的存在并发出开门信号，起动电动机开始正转，打开自动门。2、 自动开关门打开后，自动启动延时器，延时数秒后，热释电红外传感器如检测到周围没有人，将起动电动机反转，控制自动门关门；如果热释电红外传感器检测到周围有人，将再次启动延时器进行延时，直到周围无人。3、 如果在关门的过程中热释电红外传感器检测到有人的靠近，则会发出信号，控制系统会立即停止关门，并控制电动机正转使自动开关门打开。人体信号光学系统（菲涅尔透镜）热释电红外传感器信号处理自动开关门控制电
8、路图2.1 设计总结构图4、 在关门时如出现夹人等非正常情况时，控制系统应能根据关门时的异常负载或其它异常情况，启动应急措施停止自动开关门的关门进程，转入开门过程。总体思路大致如下图2.1所示：2.3 设计思想和整体框图论文将电动机的正转模拟为开门，反转模拟为关门，通过单片机从而实现门的打开与闭合。门应该自带感应器，能够快速感应出进入或者出去的人。当人们经过热释电红外传感器并且被检测到时，感应探头会将这一脉冲信号迅速发送至单片机，控制器经过判断，将会通知电动机进行正转，同时控制合适的转速，使电动机能够以正确的转速运行。整体框图大致如图2.2所示。位置给定单片机PWM功率接口电动机负载传感器接口
9、电流反馈信号正/负位置反馈脉冲绝对零位脉冲图2.2 自动门框图2.4 设计电路的框图和原理下图2.3便是系统设计的硬件组成图。由89C51型单片机、红外信号检测电路、直流电动机正反转控制电路、自动门开关行程检测电路、开关过程故障检测与故障显示电路、自动控制与手动控制方式转换电路等数个控制部分共同组成了一个完整的自动开关门控制系统。单片机会往复循环的进行红外检测电路所发出的脉冲信号，并会根据实际情况对直流电动机进行控制，从而实现门的开关。当按下手动控制的按键时，自动开关门则会进入手动控制的状态，由按钮控制门的开关，热释电红外传感器会暂时的停止运作。如果突发意外情况，比如在关门的过程中遇到人因为抢
10、时间进入导致被夹时，门会立即停止关闭而转成开门状态，极大程度上的保证的人员的安全。当系统发生故障的时候，则会进入故障处理的状态，由专业人员对门进行维修与维护，增加的门的安全性与使用寿命。图2.3表示自动门控制系统框图。图2.3 自动门控制系统框图第三章 主要元器件的介绍3.1 什么是单片机何为单片机？物如其名，就是一种把计算机的部分主要功能都集中在一张微型芯片上的单芯片微机。其核心部件寄存器、运算器、控制器、多种I/O接口及其它部件都被集成在了一个芯片上，集成度非常之高，且结构精密，功能强大，能够执行绝大部分电器所需要的操作。因此把单片机理解成一个不含外设的计算机都不为过，也就是相当于一个只包
11、含主机，没有其他譬如键盘显示器等外部设备的微型计算机。图3.1是单片机的结构框图。图3.1 单片机结构框图重量较轻、占地空间较小、资源消耗少、能耗较低、功能多而强、性价比高、价格低廉，这是单片机从出现至发展至今一直屹立于中国乃至世界工业中之林的原因，而同时，由于计算数据绝大多数都是在单片机内置的芯片的内部路径之中传输，所以运算速度较快，抗干扰能力较强，信息遗失以及泄露概率很低。1971年，第一块单片机出现以来，这几十年的时间内，成长非常快速，如今已经在各个领域有了长足的发展与进步，并且进化出了相应的不同的可以满足其地位需要的型号。单片机内部自带通信接口，还可以与其所在的电子产品的主机共同运作，
12、这样一来，不仅大幅度提高了单片机的运行速度，而且也对缓解其电子产品的主芯片的工作压力起到了显著地功效。因此，在以网络通讯为主的各个领域都有了更多的使用以及更加长远的发展，同时也对其暂时无法替代的位置起到了巩固作用。89C51单片机是由世界知名企业ATMEL制造的一款产品，一般作为系统的控制器使用于各种电气产品中，因其运算能力强大、编程起来较为灵活、兼容性强（与MCS-51工业标准与管之间互相兼容），能够实现多种产品所需要的算法，同时还具备了能耗低、占用体积小、价格实惠性价比高等特性。它在现实生活中运用非常广泛，各个领域或多或少都有其身影，而这款产品也因为这些优点与实用性，被人们熟知。图3.2表
13、示单片机的外观与管脚排列。图3.2 AT89C51、89C2051外形及管脚3.1.1 AT89C51主要特性1、与工业标准MCS-51相互兼容，应用范围更为广泛2、自带一个4K字节的闪烁存储器3、寿命较长，能够实现1000余次的擦写循环4、可以长时间保存数据，一般在10年左右5、采取全部静态的工作方式，频率为0-24H6、能耗较低，大概只有8051单片机的五分之一3.1.2 芯片擦除简单来说就是把程序删掉，然后重新写新程序。89C51单片机支持可选两种软件的掉电模式，设有稳态逻辑，可在低到零频率的条件下实现静态逻辑。CPU在闲置模式时不会运作，但定时器、计数器、RAM等照常工作。在掉电的情况
14、下，会禁用其他所有芯片的功能，并冻结其振荡器，仅仅保留RAM中的内容，在下一个硬件复位的时候，恢复其正常状态。3.2 红外检测电路红外检测电路核心是热释电红外传感器，还包含检测放大电路，因为它不需要接触就能检测出红外能量变化，所以说只要人经过探头，传感器就能察觉到，然后转化成电信号，驱动电动机进行开关门的操作，无需红外线、电磁波源或是其它的接触式开关，因为敏感元件阻抗较高，电压非常弱，所以一般在传感器内部设置内膜电阻，这样便可以放大信号，现在市场能买到的热释电红外传感器不容易接收灵敏信号，检测的距离大概有2米。有人靠近时，热释电红外传感器会将其转换成电信号，然后将电信号放大处理后传送给单片机，
15、驱动电机开门。3.2.1 热释电红外传感器热释电红外传感器是专门探测人体辐射的一种感应器件，因其价格低廉，使用方便，所以在现实生活中经常被用作报警装置或者一些自动化设备，比如银行里的报警装置、商场里的节能水龙头或者吹风机等很多产品。因其检测人体辐射的红外线时，并不需要与人体的接触便能将信息转化成电信号从而执行一系列的操作，同时还能区别对象是是生物还是其它物体，所以到现在为止，一直被人们所认可，并且广泛的使用在自动化、节能、测控等很多领域。图3.4是它的内部结构，图3.5是实物。图3.4 热释电红外线传感器的结构及内部电路 图3.5 实物图3.2.2 热释电效应的介绍热释电效应：通俗的来说，就是物体受外界温度变化的影响，从而导致自身的状态发生改变，这就是热释电效应。它是一种自然效应，原理同压电效应有些相似。这种现象能用公式表示：其中，Ps表示物体强度的变化量；P是热释系数；T表示温度的变化。近十年以来，热释电效应大多被用作探测方面，广泛的应用于温度、光谱等的测量，军事方面的报警以及勘测等。随着我国科技蒸蒸日上的发展，生产力的日益提高，我国制造的一些红外摄
