基于单片机的地铁自动门方案设计书本科大学本科方案设计书.docx

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基于单片机的地铁自动门方案设计书本科大学本科方案设计书

毕业设计（论文）

基于单片机的地铁自动门设计

姓名：

院（系）别：

电子与信息工程学院

专业：

电子信息工程

班级：

指导教师：

职称：

2011年6月6日

天津工业大学毕业设计（论文）任务书

题目

基于单片机的地铁自动门设计

学生姓名

学院名称

电子与信息工程学院

专业班级

课题类型

自选

课题意义

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。

自动门控制系统成为地铁、超市等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

自动门能实现入门授权的自动识别控制和防挤压等功能。

任务与进度要求

3.7—3.20查阅相关文献

3.21—4.3确立多个方案，选择最优方案

4.4—4.17针对方案进行硬件电路设计并调试

4.18—5.1针对方案进行软件设计并调试

5.2—6.6总结报告，撰写论文，准备答辩

主要参考文献

1《单片机的C语言应用程序设计》，马忠梅等，北京航空航天大学出版社

2《数字逻辑电路》，刘常澍，高等教育出版社

3《模拟电子技术基础）》，华成英、童诗白，高等教育出版社

4田志华，电池供电单片机的低功耗设计[J].，宁夏机械，2002（4）

5李学军，如何用MCS-51单片机扩展串口进行通讯[J]，宁夏机械，2003，

（2）

6李海涛，关于如何提高单片机系统可靠性的探讨[J]，宁夏机械，2005，（3）

7李艳红，单片机I/O口不宜用作直接驱动出口[J]，电站设备自动化，2003

8李玮华，杨秦建，基于单片机的多轴运动数控系统跟随误差补偿器的设计[J]，机床与液压，2011

9黄颂红，刘菊香.，城市轨道车辆自动门系统[J]，电力机车技术,2001，24（4）:

27-29.

10曹超，高档自动门控制系统的设计和实现[D]，天津:

天津大学，2004

11何礼高，dsPIC30F电机与电源系列数字信号控制器原理与应用[M]，北京:

北京航空航天大学出版社,2007:

22-537

起止日期

2011.3.7---2011.6.6

备注

无

院长教研室主任指导教师

毕业设计（论文）开题报告表

20011年3月7日

姓名

学院

电子与信息工程

专业

电子信息工程

班级

题目

基于单片机的地铁自动门设计

指导教师

一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：

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。

自动门控制系统成为地铁、超市等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

目前国内高速轨道客车主要采用气动自动门,主要应用于160km/h及以下速度级的轨道客车,200km/h及以上速度级轨道客车用的电动自动门完全依靠进口,国内尚无成熟可靠的产品。

外高速轨道客车电动自动门技术比较成熟,其产品通常是用可编程控制器和单片机作为系统的处理器。

为了使地铁自动门能够更好的为地铁服务,得到一种电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高的地铁自动门系统，本文研究一种双翼对开式自动门控制系统,实现了入门授权的识别控制和防挤压等功能。

该系统以8051作为控制核心，直流电机、红外传感器、磁开关相结合的系统。

充分发挥了单片机的性能。

具有一定的使用和参考价值。

二、进度及预期结果：

起止日期

主要内容

预期结果

3.7—3.20

查阅相关文献

了解关于课题的基本理论和结构

3.21—4.3

确立多个方案，选择最优方案

得出最佳方案

4.4—4.17

针对方案进行硬件电路设计并调试

完成硬件电路各部分连接

4.18—5.1

针对方案进行软件设计并调试

得到运行良好的程序

5.2-6.6

总结报告，撰写论文，准备答辩

完成毕设论文，准备答辩

完成课题的现有条件

综合实验台，keilC51软件,Multisim

审查意见

指导教师：

年月日

学院意见

主管领导：

年月日

天津工业大学毕业设计（论文）进度检查记录

题目

基于单片机的地铁自动门设计

学生姓名

学院名称

电子与信息工程学院

专业班级

指导教师姓名

指导教师职称

讲师

日期

指导记录

3.7

初步解释题目设计要求，完成选题相关工作

3.14

详细讲解了题目的设计要求，布置毕业设计任务

3.21

基本确定设计方案，指导查阅相关文献

3.28

指导学习有关传感器和80C51单片机的基础知识

4.4

指导学习、使用multisim软件和Keil软件

4.11

详细讲解multisim仿真原理与技巧

4.18

指导进行基于单片机的地铁自动门的初步设计

4.25

解释、解决设计原理，和multisim仿真中的疑问

5.2

指导完成各个功能模块的设计

5.9

指导设计的multisim仿真电路图

5.16

指导撰写论文

5.23

按规范修改论文

5.30

指导完善论文

6.6

指导答辩PPT设计和答辩技巧

天津工业大学本科毕业设计（论文）评阅表

（设计类）

毕业设计

题目

基于单片机的地铁自动门的设计

学生姓名

学生班级

电子072

指导教师姓名

评审项目

指标

满分

评分

选题

能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中；学生工作量饱满，能得到较全面训练。

10

题目与生产、科研等实际问题结合紧密。

10

课题调研

文献检索

能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中获取新知识的能力。

15

外文应用

能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。

5

设计说明书（论文）

设计图纸（插图）简洁、规范、无差错，设计栏目齐全合理，能正确使用国家标准单位。

15

设计说明书（论文）结构严谨，表达清楚，文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。

15

能根据毕业设计目标进行实验设计，对数据的运算及处理正确无差错，对实验结果的分析准确。

20

设计具有创新性或实用价值。

10

合计

100

意见及建议

评阅人签名：

年月日

天津工业大学毕业设计（论文）成绩考核表

学生姓名

学院名称

电子与信息工程学院

专业班级

题目

基于单片机的地铁自动门设计

1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：

成绩：

指导教师签字：

年月日

2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：

成绩：

答辩主席（或组长）签字：

年月日

3．毕业设计（论文）总成绩：

a.指导教师

给定成绩

b.评阅教师

给定成绩

c.毕业答辩成绩

总成绩

（a×0.5+b×0.2+c×0.3）

摘　要

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，各种方便生活的自动控制系统开始进入人们的生活，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。

本文设计了基于单片机的地铁自动门，该系统以单片机为主体，直流电机、转速测量为核心，实现地铁门的自动控制。

本设计主要应用8051作为控制核心，直流电机、红外传感器、磁开关相结合的系统。

通过单片机程序对直流伺服电机的正转、反转进行控制，从而对门进行开、关的控制；直流电机采用H桥驱动。

充分发挥了单片机的性能。

其优点是电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的使用和参考价值。

关键词:

8051；地铁自动门；直流电机；红外传感器；转速测量

ABSTRACT

Withthedevelopmentofsociety,theprogressofscienceandtechnologyandpeople’slifelevelgraduallyimprove,allsortsofconveniencelifeautomaticcontrolsystembegantoenterintopeople'slives,theautomaticdoorsystemswithSCMasthecoreisoneofthem.Thispaperintroducesthedesignofmetroautomaticdoor,basedonsinglechipmicrocomputerasthesubjectinthissystem,dcmotor,speedmeasurementasthecore,realizetheautomaticcontroltoiron.

Thisdesignismainlyusedthe8051ascontrolcore,combinofDCmotors,infraredsensors,magneticswitch.Makingfulluseofthemicrocontrollerperformance.Throughthemicrocontrollerprogramcontrolthedcservomotorforewardorinversion,thuscontrolthedooropenorclose;andcloseDcmotordrivenadoptHbridge.Itsadvantageisthecircuitissimple,software’sfunctionisconsummation,thecontrolsystemisreliable,cost-effectiveishigh,ithasacertainuseandreferencevalue.

Keywords:

8051,Metroautomaticdoor,DCmotor,Infraredsensors,Speedmeasurement

第一章绪论

现代社会是一个快速发展的信息化社会，随着科学技术的不断进步，人们不断去追求舒适，方便的生活环境。

于是相应的电子产品产生，智能型自动门同样出现在人们的生活中。

随着自动门的技术、性能日趋成熟、完善，它被广泛应用在政府机关、银行、医院、商业、工业等不同行业，改善了人们的生产生活条件。

自动门不但能给我们带来人员出入方便、节约空调能源、防风、防尘、防噪音等好处，更令我们的建筑物增添了不少高贵典雅的气息。

1.1课题背景

1.1.1自动门的介绍

自动门是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。

按启闭形式分：

可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门；按门体的材料分：

不锈钢门有安全玻璃、不锈钢饰面、建筑铝合金型材、彩色涂层钢板、木材等。

自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。

必须根据建筑物的使用特点。

通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。

1、开门信号

自动门开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。

微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用；红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。

缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。

另外，如果自动门接受触点信号时间过长，控制器会认为信号输入系统出现障碍。

而且自动平移门如果保持开启时间过长，也会对电气部件产生损害。

由于微波雷达和红外传感器并不了解接近自动门的人是否真要进门，所以有些场合更愿意使用按键开关。

按键开关可以是一个触点式的按钮，更方便的是所谓肘触开关。

肘触开关很耐用，特别是它可以用胳膊肘来操作。

避免了手的接触。

还有脚踏开关，功能一样，但对防水的要求较高，而且脚踏的力量很大，容易使脚踏开关失效。

还有一种带触点开关的拉手，当拉手被推（或在反方向拉）到位时，向门机提供触点信号。

现在的楼宇自控有时会提出特殊的要求，例如使用电话的某一分线控制开门。

要达到这个要求，只要保证信号是无源的触点信号即可。

有些情况下，人们会提出天线遥控的要求。

用一个无线接受器与自动门进行触点式连接，再配一个无线发射器，就可以达到要求。

不过，现在的无线电波源太多，容易导致偶然开门是一个麻烦的问题。

定时器可以自动控制门的状态，其原理是将时钟与特定的开关电路相连，可预设定时间将自动门处于自动开启或锁门状态。

2、门禁系统与非公共区域的自动门

如果说对自动门的性能和质量要求最高是在使用频率极高的大型公共区域，那么自动门功能要求最高是对进出人员进行选择的非公共区域。

门禁系统是对入门授权的识别。

在识别或检测入门授权通过以后，向自动门的控制系统提供开门信号。

在提供开门信号之前，自动门必须处于锁门的状态。

门禁系统包括从最简单的钥匙开关，密码锁，磁卡锁。

（考勤统计系统）。

一直到复杂的体重识别系统，指纹识别系统等。

但无论系统怎样复杂，最终都是给自动门提供开门的触点信号。

信号电路的屏蔽对避免由于无关信号的干扰而误开门的情况发生非常重要。

3、对自动门的要求就是解锁动作与开门动作之间的协调。

应用于自动平移门的电子锁有锁皮带的电磁锁和锁门体吊挂件的电动锁，锁电机的三种。

后者用于重型自动平移门，自动平开门的电子锁有电磁门吸，电子插销锁和电子开门器，电子开门的作用力方向不影响门的开启动作，不易发生误操作。

还有一种带触点开关的机械锁，使锁与开关结合，锁不处于开锁状态，触点就不能接触，不可能发生误操作。

4、集中控制

集中控制的概念，包括集中监视自动门运行状态和集中操作多个自动门两层含义，集中监视自动门开门关门状态可以通过位置信号输出电路来实现，可以采用接触式开关，当门到达一定位置（如开启位置）时，触动开关而给出触点信号。

也可以采用感应式信号发生装置，当感应器探测到门处于某一位置时发出信号。

在中控室设置相应的指示灯，就可以显示自动门的状态，而集中操作通常指同时将多个门打开或锁住，这取决于自动门控制器上有无相应的接线端子。

1.1.2单片机的发展

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

早期的单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可,用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。

我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。

它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？

很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？

原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。

一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！

对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。

单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。

单片机的硬件特性：

1、单片机集成度高。

单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031无）、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口。

2、系统结构简单，使用方便，实现模块化。

3、单片机可靠性高，可工作到10^6~10^7小时无故障。

4、处理功能强，速度快。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

1.1.3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，还可以制造山便于控制纳新型电机，使电机山现新的而貌。

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。

1.2课题研究的意义和目的

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。

自动门控制系统成为地铁、超市等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。

自动门能实现入门授权的自动识别控制和防挤压等功能。

为了使地铁自动门能够更好的为地铁服务,得到一种电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高的地铁自动门系统，本文研究一种双翼对开式自动门控制系统,实现了入门授权的识别控制和防挤压等功能。

该系统以8051作为控制核心，直流电机、红外传感器、磁开关相结合的系统。

充分发挥了单片机的性能。

具有一定的使用和参考价值。

第二章自动门系统方案

2.1设计思想和整体框图

本设计主要应用单片机程序对直流伺服电机的正转、反转进行控制，从而对门进行开、关的控制。

在门的两侧各有一个感应器，分别感应从里面出去和从外面进来的人。

感应探测器探测到有人靠近时，将脉冲信号传给主控器单片机，主控器判断后通知电机运行，同时监控电机的转数，以便通知电机在一定时候加力和进入慢行运行。

直流电动机采用H桥驱动。

检测人进出的传感器采用红外传感器。

下图2-1是自动门系统整体框图。

图2-1自动门系统整体框图

2.2器件选型

单片机AT89C51各个引脚的作用

VCC/GND：

供电电源。

P0口：

可以被定义为数据/地址的低八位，能够用于外部程序/数据存储器。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0