1、 导师：第1章 随着世界科技的开展越来越快，自动门已经成为人们生活中不可或缺的一局部。自动门作为建筑物的出入设备不但美观而且方便了人们的生活，使人们更好的享受智能化自动化的福利。伴随科技不断的进步，自动门的自动控制系统得到了逐步的优化，也开始考虑使用者的感受，越来越人性化。本次我的论文主要对采用单片机为核心控制部件的新型自动门。新型自动门的控制系统是AT98S51单片机为核心控制部件，步进电机为命令执行部件，红外线作为检测部件，再加上LED灯等其他零件组合而成的自动门系统，红外传感器可以对进出自动门的人员所辐射出的热量进行检测，实现电路的通断，进而控制步进电机工作的智能化及平安性兼备，步进电机
2、可以有效的控制门的稳定开关。单片机作为主控部件，热释电式红外传感器，步进电机作为驱动部件，都显示出了本次设计对自动门平安性高，稳定性好的优点的表达。第1章 绪论1.1课题研究可行性当今社会飞速开展，科技化、信息化程度随之突飞猛进，单片机的应用领域也在不断扩大，这使得单片机成为人们生活中不能缺少的一局部。随着社会的转型、科技的快速开展以及人们生活的水平日新月异，各种对人类生产生活有着不可或缺的作用的自动控制系统逐渐和人们的生活融为一体，由单片机作为主控部件的自动门控制系统就是众多自动化器件的其中之一。同时这也标志着以单片机为首的自动控制系统成与数字化时代相辅相成，成为生活不可分割的一局部。单片机
3、实用性极强，可随意擦写功能，技术比前期成熟，这使人们感受到了科技进步的好处。它更让人类明白，一块微小的单片机将颠覆人类的生活，将促使科学研究朝着更加便利高效的方向进步。本论文着重讲解了以单片机为主控部件，以步进电机、红外传感器为辅助配件组成的新自动门控制系统。1.2课题研究的意义伴随着科技的不断深入，技术不断革新，科技的开展是大家有目共睹的，自动门自上世纪二十年代出现后就深得世界各地商场的喜爱，自动门应用了先进的红外传感技术，通过单片微型计算机进行可编程控制和对电机的速度控制系统的结合形成了一个相对封闭的门系统。自动门起源于上个世纪20年代，当自动门刚刚问世时只是用于防火和开关方便。随着科技的
4、开展，这一创造逐渐进入人们的生活，现在，酒店，宾馆，银行等大型建筑都配有自动门，这一创造不仅提高了建筑物档次，也使得人们的生活更加便捷。然而我国在自动门生产方面还不是很强大，现在的自动门主要生产国为处于欧洲美洲等地的兴旺国家和日本。要想打破我国在自动门这一方面薄弱的局面，首先就要让学生敢于动手制作，以此引导学生逐步开展这一环节，使学生了解自动门的原理和设计过程，这样才能使我国自动门产业逐步前进，不再总是受制于人1.3课题设计与要求不管是什么控制系统的研发，首先我们都要有一个明确的方向，明确本次设计的根本要求，首要目的就是分析需要完成的控制部件。感应自动门，顾名思义，就是用红外传感器探测门周围有
5、没有人，进而将信号传输至单片机控制器，由单片机的控制系统控制电机运行然后翻开自动门。这是对自动门设计的最根本的要求，在之后的设计中还可以参加其他更人性化的功能，比方门开关的速度，门开关的时长等都应在考虑范围之内。设计中应考虑以下几个问题的实现：一、设计应力图智能化，有人接近时开门，无人时应关门，红外传感器检测到有人体红外信号时将发出信号启动电机，进而带动传动链翻开自动门。二、门附近没有红外信号时应该有关门延迟，当红外传感器没有检测到红外信号时，应当延迟一秒发出关门指令，以防夹到货物等没有红外信号的物品。三、关门时突然有人进入，当步进电机正在执行关门行为时突然有人过来，此时传感器应立即传输信号至
6、单片机，控制步进电机作出相应的开门行为。第2章 系统总体方案设计及论证2.1设计的根本思路一、有人接近时开门，无人时应关门，红外传感器检测到有人体红外信号时将发出信号启动电机，进而带动传动链翻开自动门。二、当红外传感器没有检测到红外信号时，应当延迟一秒发出关门指令，以防夹到货物等没有红外信号的物品。三、关门时突然有人进入，当步进电机正在执行关门行为时突然有人过来，此时传感器应立即传输信号至单片机，控制步进电机作出相应的开门行为。2.2系统控制的核心部件的选择自动门系统的核心就是利用单片机程序使步进电机带动机械部件实现自动开关门的功能。因为自动门多与人进行交互。所以在自动门系统设计过程中要注意自
7、动门的平安性，这就要求自动门在开关时要平稳，速度要合理，而且要运行可靠，如此对系统的数字控制要求就会很高。那么在众多的控制芯片中挑选适宜的芯片就非常重要。在此，以PLC、单片机和DSP进行横向比照。单片机在集成电路中应用较早，而且一直沿用至今，由于单片机的结构特殊，因此在一些领域中，单片机往往担任一些大型计算机和微型计算机无法胜任的工作，这里以AT89C51为例，单片机主要有以下几个优点：单片机具有很高的性价比，单片机的高性能低价格是最大的优点，也是它在数控硬件中能屹立不倒的原因。单片机作为一种微处理器，它的集成度高，系统稳定，突出了单片机原件的可靠性，体积小的优势也使得单片机可以在要求整洁的
8、地方正常使用。单片机的各种功能都集成在一块很小的芯片上，得益于其应用的总线结构，单片机的抗干扰和可靠性也比同类更具优势。自动门控制系统经常在风吹日晒的环境中工作，那么单片机的体积小也能发挥相应的优势，可以在模拟电路不能工作的环境中照常工作。单片机有很强的控制功能。单片机虽然体积较小，但是五脏俱全，非常适合用于专门化控制，单片机的逻辑功能和处理速度均高于同档次的微型计算机。在大型用电设备中，单片机的低功耗低电压也是一个明显的优点。DSP是可编程的用于数字信号处理的微处理器，多用于自动控制，信号图像音频处理等方面，其具有较高的集成度，更快的CPU和容量更大的存储器，内置各种串口，乘法器，具有独立的
9、程序数据空间，通俗的讲，DSP也是一个单片机芯片，但是其快速并且计算功能强大时普通单片机所不能及的，虽然架构与单片机相似，但是内部更强的硬件运算器使得DSP处理问题更加高效。PLC是可编程序控制器，采用可编程存储器，中央空调和交通系统中，PLC可以说是封装的单片机，其内部构架也和单片机相仿，整体而言PLC扩展了输入输出的驱动能力，比单片机多了三极管和继电器，PLC在抗干扰方面也有更好的处理，所以PLC在抗压方面更胜一筹，经常用于高压等环境恶劣的工作地点，PLC更像是一种适用于专门场所的单片机，主要用于工业控制，同时也具备工业标准，进一步加强了单片机的可靠性，但是相应的，PLC在运行速度上与DS
10、P有所差距。通过对三种硬件系统的比较，本次设计采用了单片机中性能相互对均衡的AT98C51单片机，这种硬件更符合自动门需要的低本钱，可靠和平安性的考虑。2.3电机的选择自动门系统需要相应的电机作为动力系统。想要做好自动门就要重视整体中最关键的执行工作局部，自动门开关是一种直线运动，所以要求电机性能稳定，而且必须兼顾高效性和平安性来做出选择，这里考虑直流无刷电机和步进电机两种器件。直流无刷电机作为一种高性能的电动机，主要由电机主体和驱动器构成，作为电机它最大的优势就是以自控式运行，相比之下步进电机需要另加启动绕组在这里就变得非常复杂，直流无刷电机即使出现负载突变也不会因此而发生震荡和失步的情况，
11、而且治理无刷电机没有机械接触结构。采用永磁体转子，这一部件使励磁的损耗这一属性不再被考虑，为了散热更加容易，发热的电驱绕组装置也稍有改动，被装在外面的定子上。步进电机的工作原理有所不同，步进电机的工作主要是将输入的脉冲信号进行转化，对电机的转速和停止进行有效控制，完成相应的动作，到达调速和制动的目的。外界负载大小对其工作没有直接影响。步进电机和直流无刷电机的区别有以下几点：步进电机比直流电机体积小，但寿命比直流电机长；直流电机需要反响控制系统，会通过这种间接方式控制电机停止位置，而步进电机那么主要通过单向脉冲电压驱动控制步进电机的直接进行，也省去了直流电机的霍尔元件定位这一步骤元件，但是要通过
12、改变控制方加向电机的脉冲数量的多少来决定旋转的角度，进而控制转速；由于驱动原理的大不相同，所以直流无刷电机的控制精度并不高，一般应用的方向也是精度要求不高的地方，而步进电机由于其过载性好，控制方便，整机结构简单，经常被应用在精度要求较高的工作场所。综上所述，考虑到本次设计要更为方便的控制自动门的行动，防止开关门出现问题，步进电机的逐步运行更具优势，而且步进电机在平安性，高效性方面也相对较为优秀，故本文研究的自动门采用步进电机。2.4传感器选取目前市场上被厂家用在自动门控制的传感器由微波传感器和红外传感器两大类组成。微波传感器性能强大，当出现物体时对物体反响速度非常快，即使是对移动的物体也能准确
13、无误的进行反响，多用于有人通过的场所，这种传感器基于多普勒原理，目前主要依靠进口，产品可靠性很高。应用非接触探测，而且根本不会受到温度湿度影响。红外传感器是一种反响灵敏的传感器，当外界的红外线辐射源进入其探测半径内，红外传感器都会对其作出反响动作。应用在不同工作环境的自动门，都会根据自身特点和要求，来选择不同类型的传感器作为控制元件，传感器的性能上下直接影响到了自动门的平安性和稳定性应该根据不同的应用选取不同的传感器，在这里选用红外传感器，而红外传感器根据发出方式的不同，也分为两大类型，分别是主动红外传感器和被动红外传感器。主动红外传感器：这种红外传感器的技术类似与雷达的发射和接收，自身发射红
14、外线，通过接收端的是否接收到信号，来实现判断，随着技术的不断革新，该技术越来越成熟；但是这种传感器由于模式问题，只有在阻断红外线时才能下达指令，所以还是多用于报警系统。被动红外传感器：这种传感器通过名字就能了解到它的原理，通过接受特定波长的人或者动物自身发出的红外线发出相应的电平信号，当外界红外辐射被传感器采集到的时候，传感器内部的元件便开始信号的接受工作，当元件温度到达设定的值。便会有电荷的涌出，PLC收到电信号后会向主控部件发出高电平开门指令。由于这种传感器是以探测人体红外辐射为最初目的的，所以设计之初就使其对10微米左右的红外辐射十分敏感，为了到达更好的效果，内部还加装了特殊滤光片，大大
15、减少了环境因素的干扰。在被动红外传感器中有一种热释电式红外传感器，这种传感器利用了红外线携带热量的特点，通过主动吸收外界红外线，可以实现温度的变化，进而实现对外界是否有人员通过的检测，这种传感器的探测能力和反响速度都属于一般水平，但是值得一提的是，这种传感器可在室温下使用，不管波长长短灵敏度都不会发生变化，这凸显出这种传感器应用范围广的特点，特别是铁电体热释电传感器，这种类型传感器灵敏度格外的高，因此应用在各大领域中。综上所述，应用于自动门的红外传感器应能适应各种环境，应用范围广，且应有对生物的针对性，所以在此选用适应性高，灵敏度高的热释电红外传感器。2.5总体方案论证本设计用AT89C51单
16、片机为主控制器，选用热释电式红外传感器作为人体红外检测器，由于热释电式红外传感器只会对人体红外做出反响，所以可以明显减少传感器误操作次数。驱动方面选用步进电机，因为步进电机接受脉冲信号，通过使用D/A转换器可以改变步进电机的方向，以固定的角度旋转，可以更好的控制自动门的开关速度，以到达自动门平安，高效，稳定的设计目的。大局部设备由单片机进行控制，也凸显了自动门设计的自动化。以上是总体方案的论证。第3章 硬件系统概述3.1 单片机简述3.1.1 AT89S51主要特性单片机相当于自动门控制系统的大脑中枢，处理各种问题和发出指令，作为控制系统的平台，单片机的稳定性毋庸置疑，它还有着不弱于其他控制系统硬件的可操作性，在这个设计中，单片机是重中之重。51单片机的指令系统十分完善，所以执行速度很快，它的根本组成局部构架就是一