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1、摘要自动门控系统以 AT89S52 为核心，可控制模式，系统可分手动模式和自动模 式，本系统是由红外线遥控器进行控制，工作状态可以显示，带语音功能，由 L298N 驱动步进电机工作，扩展方便。该系统主要由最小单片机系统，热释红外 感应感应模块，NEC编码红外遥控器，TSP038 体化红外接收头，12864液晶显 示和ISD4002语音芯片等组成。系统通过遥控预置工作模式由单片机探测热式红 外的感应电压输出通过驱动四相步进电子实现自动开关门，并通过液晶显示和语 音芯片反映工作状态。本系统具有工作方式灵活，安装方便，电路结构简单，扩 展能力强的优点。关键词：AT89S52； L298N,ISD40
2、02；红外遥控；步进电机驱动电路。ABSTRACTFor this system to AT89S52 core， the working mode can be preset as automatic or direct manual and it all contorled by infrared remote controler. The lcd and voice ic can show the working state,The stepping motor was drived by L298N ,with the mcu samll system,the control code
3、 transmited by and NEC coded remote controler,then through mcu to decide the working state,while through 12864 lcd shows out the information,and with and ISD4002 voice ic the system is very friendly,easy to mount and easy to use.Keywords: AT89S52； L298N,ISD4002; remote control;stepping motor.一、方案论证与
4、比较1.1 主探测器元件选择方案一：光电开关。光电传感器可分槽光电开关，对射式光电开关，反射式 等多种，应本题是用在人体探测上，所以发射式较合适，若把发光器和收光器分 离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为 以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。 使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光 路，收光器就动作输出一个开关控制信号。（见图 1）图1CHSI*榆lit習問蠶牵肌|；OSS qf縑!a相制电舟：）StDq-團4人体感应开关方框團閣5人体感应开关的信号处理过程图2图4方案二：在自然界，任何高于绝
5、对温度（-273K）的物体都将产生红外光谱， 不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低 是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。人体都有恒定的体温，一般在37C左右，会发出10mm左右特定波长的红外线， 被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。红外线通过菲涅 耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会 失去电荷平衡，向外释放电荷，后经检测处理后就能产生感应信号。（见图 2） 鉴于是人体探测方案二较合理。1.2 控制方法的方案选择方案一：采用全硬件电路结构，通过热释红外感应输出的电压通过光电隔离 电路直接控制直流电机
6、的全桥驱动电路，输出控制信号，控制直流电机的正反方 向转动，通过放置在自动门两边的机械开关控制转动的停止。该方案主要硬件控 制，电路简单，但扩展能力极差，精度不高，若想实现其他功能实现起来比较复 杂。方案二：采用单片机控制，通过探测热释红外输出的直流电压控制直流电机 的驱动芯片控制步进电机，并通过显示器显示，这种控制方式模块化强，通过软 件实现控制，扩展能力强，精度高。可设置各种工作方式，方便应用。方案三：也可利用 FPGA,ARM 等嵌入式系统控制，例如利用 ARM 控制芯片可 以方便通过网络联网等方式实现远程控制，但考虑到系统所要实现的功能和成本 控制利用 8 位单片机完全可以胜任所需要的
7、工作。鉴于上面分析，选用方案二。1.3 开关门的工作方式选择方案一：直流电机模式。电机工作在 PWM 方式，由全桥驱动，通过单片机输出脉宽调制信号，可实现 电机的正反转，启停的控制，速度快，但精确度不高。方案二：步进电机模式。将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制 元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频 率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转 过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无 累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常 的简单。由专用驱动芯片实现电机驱动能力提高，并与单片机的输
8、出信号连接， 通过单片机的程序设计控制步进电机的步进角度和方向，准确度大为提高，稳定 性好。鉴于上面分析，本设计采用方案二。1.4 人性化的方案选择通过增加液晶显示，语音电路等单片机外围元件，并通过遥控器遥控实现人 性化的工作方式。详细方案选择见附件 1。二、详细软硬件分析2.1 整体设计：图3单片机通过遥控器控制电路的工作模式，在自动模式下通过检测红外探测器 输出电压经过单片机控制驱动芯片驱动步进电机，按内部程序设定的步进幅度步 进，在 12864 液晶显示器上显示工作模式等信息，通过语音芯片报告探测情况。由于本设计对灵活性要求较高，故采用遥控方式设定工作方式为手动或自 动。框图见图 3。2
9、.2 理论分析与参数计算2.2.1 主回路器件的选择及参数设计：2.2.1.1 步进电机与驱动芯片的选择。本例电路的驱动部分只是基于对实际 工作电路的模拟，不可能提供大功率的驱动电路和步进电机，故在元件选择上采 用了单片机电路设计中较常用的步进电机驱动芯片 l298N 与打印机用步进电机， 因为工作在小功率状态下，电源工作电路结构简单，当然如果为了抗干扰也可在 控制电路上设计光耦进行隔离，四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱 动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。 串联接法一般在电机转速较 低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电 机相电流的 0.7 倍，因而电
10、机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合 使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的 1.4 倍， 因而电机发热较大。A. 步进电机电压的确定 混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如 IM483的供电电压为1248VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要 求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但 注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压， 否则可能损坏驱动器。B. 步进电机电流的确定 供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流 I 来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取 I 的 1.11.3 倍；如果采用开关电源，
11、电源电流一 般可取 I 的1.52.0倍。2.2.1.2 其他器件选择见附件2。2.2.2 控制电路设计与参数设计： 控制电路选用AT89S52单片机构成的单片机最小系统通过接收P1.0输入的0V 电平进而根据红外接收头输入的控制模式设定，输出四相的电机驱动控制信号到输出 芯片，硬件电路相当简单。2.2.3 传感电路设计： 由于热释红外传感器输出的电平只有3.3伏，且驱动能力有限，需要通过外接三极管增强驱动能力。2.2.4 语音电路及显示电路的设计：语音电路采用ISD4002主芯片，此芯片功能强大，包括录放以及地址管理技 术，语音由麦克风单边输入，放音内容可更改，为了增加输出音量需要增加一级
12、功放，在实际制作过程中要注意电路接入的正负极外电路的正极对应内电路运放 的反相输入端电路如图 4。S21SSSCLKMOST XTCDMISO XCLKSPEAKER1 P22 P23 P24 一T c A c c c IN恥出Nxx IS 154(02 c c c c c V N N N N NNCNCATSSA VCCAVS SAANA-_ADU OUIVA-AAI C_P NC17TH图423 硬件核心电路如下：（模块电路见附件 5）图5 单片机控制主原理图24 软件设计： 本设计的基础软件涉及到语音芯片的各种控制方式，要注意的一点是 参考程序中涉及到地址的操作是按位传送的原程序有问题，
13、主要功能都由 软件实现可以大规模简化硬件电路设计。整体软件设计流程图如图 6。三、系统调试调试过程共分三部分：硬件调试，软件调试，软硬件联调。3.1 硬件调试：由于该系统的闭环控制主要由单片机自动控制，并且还起输 出语音控制，显示等一些辅助作用，所以通过各个模块的调试确定工作正常则硬 件电路调试基本完成，调试难度不大。3.2软件调试：本系统的软件程序完全由C51编写，C语言效率高，但同时也 存在一些缺点，比如严格定时比较困难。在调试过程中采取的是自上至下的调试 方法，单独调试好每一个模块，然后在联结成一个完整的系统调试。3.3 软硬联调：由于本系统的软硬件联系紧密，因此在软硬件通调的情况下，
14、还有进行各方面的调试，系统的软硬件联调的难度较大。图6 整体软件设计流程图3.4 结果分析： 各项结果都符合系统指标，产生误差的原因包括：两个不同地之间的干扰等， 采用在各工作模块电源电路之间加装O.lu的瓷介电容的方式能较好的改善工作 性能。五、 结论根据本次毕业设计的题目及设计要求，查阅了许多相关方面的资料，找到了 正确并且合理的方案，经过这段时间的努力，设计已经实现题目的要求，在一些 方面此次设计的系统的性能还优于题目的要求；本门控系统中，充分运用了大学 所学的硬件和软件知识。当然，系统存在可以提高的部分，电路布局和抗干扰方 面，专业的技术进行性能升级后，那本系统的性能会有进一步的提高。
15、本系统优 化后课广泛适用于银行、写字楼、宾馆、超市等现代城市的各个建筑群。六、 附件71 附件一：单片机及外围电路供电的方案选择711 单片机供电的方案选择方案一：用集成三端稳压器来供电。由于Uin端输出的电压比较高，变化范 围大，而单片机系统只需 5V 供电，设计简单。方案二：采用高效率的 DC-DC 芯片 38438，输入允许范围大，效率比较高， 输出电压为+5V,输出电流可达600mA，驱动能力强。对于负电源，可通过芯片 ICL7660 进行转换。考虑系统的要求，本设计采用了方案一。71.2 显示模块的方案选择方案一：采用 LCD 液晶显示器显示。采用128X64点阵LCD液晶显示，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力 强，调用方便简单，而且可以节省了软件中断资源。有自带字库的st7920芯片 控制的显示可采用串行工作模式电路占用io 口少，连线简单。方案二：采用8位带小数点的SMS0801B显示。此LCD显示是段码型的，功 耗比较小，也为串行操作，本设计要显示的内容为字符型
