基于单片机的自动门控制系统设计电气自动化毕业论文.docx

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基于单片机的自动门控制系统设计电气自动化毕业论文

电气自动化

毕业论文

题目：

基于单片机的自动门控制系统设计

所属系部：

电子工程系

专业班级：

电气自动化

摘要

随着科技的不断发展，自动门在人们日常生活中断得到了广泛的应用，同时对其安全性及各方面的性能的要求越来越高。

自动门的控制系统是随着人们对生活条件的不断追求，科技的不断发展应运而生的高科技产品。

由于单片机系统的适应能力强，稳定性高，所以本设计采用AT89C51单片机作为主控制器。

本次设计是红外线自动门控制系统，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。

交流电机作为门驱动装置。

通过单片机控制交流电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。

本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。

关键词：

单片机；热释红外线传感器；AT89C51；BIS0001芯片

第1章.绪论

1.1课题研究的可行性

在不断发展的当今社会科技化、信息化程度越来越高，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。

本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机、传感器为核心的系统。

1.2自动门的发展

自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。

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。

自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。

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。

例如：

各种用可识别控制的自动专用门，如：

感应自动门（红外感应，微波感应，触摸感应，脚踏感应）、刷卡自动门等。

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--自动门起源在欧美，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。

1.3电机自动控制系统的应用和发展

电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。

无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱、空调、DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。

据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。

同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。

电动机与人的生活息息相关，密不可分。

电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。

简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。

这类控制可通过继电器，可编程控制器和开关元件来实现。

还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。

伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。

这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。

具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大与调整后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。

作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。

目前，伺服技术正朝着交流化、数字化的方向迅速发展。

随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微型计算机的性能越来越高，价格也越来越便宜。

此外电力电子技术的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。

因此就有可能比较普遍地应用微机来控制各类电机．完成备种新颖的、高性能的控制策略，是电机的各种潜在能力得到充分发挥，是电机的性能更符合使用要求，还可以制造出便于控制纳新型电机，使电机出现新的面貌。

比较简单的电机微机控制，例如在适当的时候让电机启动、制动或反转之类，只要让微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了：

在各种机床设备及生广流水线中，现在已普遍采用微机的可编程控制器。

按一定的规律控制各类电机的动作。

至于复杂的控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等，使电机按指定的指令准确工作。

通过微机控制，电机的性能有很大的提高。

例如传统的直流电集合变流电机各有忧缺点，直流电动机的调速性能好。

但带有机械按向器，有机械磨损及换向火化等问题；交流电动机，不论是异步电动机还是同步电动机，结构都比直流电动机简单。

工作也比直流电动机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，他们的速度不能方便而又经济的调节。

交流电动机采用正弦脉宽调制方式进行变额调速是比较理想的，但若要用普通的模拟电路或数字电路完成这任务，电器相当复杂．用微机控制就简单多了。

若要进一步调节精度及动态性能，可采用矢量控制方案，它的调速性能将与直流电动机相当。

但矢量控制比较复杂，用传统的模拟电路或数字电路根难做到，而应用微机控制。

则能方便的实现。

目前，广泛应用于数控机床等自动化设备的数控位置伺服系统，其中电动机都是由微机控制的。

为了提高性能．在先进的数控交流伺服系统中，已采用高速数字信号处理芯片（DigitalSignalProcessor简称DSP），指令执行速度达到每秒数百兆以上，且具有适合于矩阵运算的指令。

复杂的电机微机控制主要用于以下两个方而：

1、发电机励磁系统的控制。

用以保证正常工作时发电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定，达到优化控制的目的。

2、电动机调速及其位置伺服控制。

用于鼓风机或水泵的调速节能、数控机床、微型计算机磁盘驱动器、机器人等控制系统。

在电机微机控制系统中，微机主要完成下列工作：

1、实时控制。

根据给定的要求驶控制规律，对发电机的电压，电动机的转速等物理量实现在线实时控制。

2、监控。

完成事故报警、事故处理、系统诊断及管理等。

3、数据处理完成必要的数据采集、分析处理、计算、显不、记录等。

1.4课题研究的目的和意义

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，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，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。

由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。

随着电子科技的不断发展,各种智能控制系统进入人们的生活。

自动平移门控制系统成为学校、公司等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

1.5课题研究的要求

（1）了解各种元器件的原理及其在电路中的作用，绘制出电路原理图。

（2）查阅相关资料，了解有关自动门设计的一些必要的知识。

（3）复习在学校里所学的知识，并且联系实际，想好设计方案等等。

1.6设计的基本思路

1、有人来时（进门或出门）开门。

当人走到离门不远的时候，安装在门上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、无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门1m的范围内，将延迟1秒启动电动机带动传动链关门。

3、关门中途来人，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。

总体结构图如下图1-1：

第2章.系统硬件设计

2.1设计电路的框图和原理（原理图见附录Ⅰ）

红外自动门控制系统主要由AT89C51单片机及其外围电路、红外检测电路，门行程检测电路、步进电机控制电路、故障检测电路、故障显示电路、控制方式切换电路等七部分组成。

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，据此产生步进电机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应的控制方式。

如门在关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开，当系统出现故障，进入故障处理程序。

系统硬件框图如图2-1所示：

感应自动门的种类很多，在此，仅以平移型感应自动门机作为设计的重点。

首先，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：

就像火车的铁轨，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做出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。

2.2单片机介绍

单片微型计算机简称单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

它最早是被用在工业控制领域。

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。

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