【電氣設(shè)計(jì)自動化論文】單片機(jī)自動車庫門系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【電氣設(shè)計(jì)自動化論文】單片機(jī)自動車庫門系統(tǒng)設(shè)計(jì),電氣設(shè)計(jì),自動化,論文,單片機(jī),自動,車庫門,系統(tǒng),設(shè)計(jì) - 1 -摘要當(dāng)今社會自動化、信息化程度越來越高。單片機(jī)的使用范圍愈來愈廣，慢慢地成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。隨著社會的飛速發(fā)展、科技的迅速進(jìn)步以及生活水平的不斷提高，生活中的自動控制系統(tǒng)慢慢的增加，逐步的影響現(xiàn)代人們的生活。以單片機(jī)為核心的自動車庫門系統(tǒng)就是其中之一，同時也標(biāo)志了數(shù)字時代新的成員 ——自動控制領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而控制車庫門的自動開啟與關(guān)閉。采用 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，紅外傳感器、異步電機(jī)、限位開關(guān)相結(jié)合，微控制器與步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路、測控電路、LED 指示燈等組成一個測控系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，其優(yōu)點(diǎn)具有電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。通過編程來實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)的控制，對 LED 指示燈的觀察和電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)來反映車庫門的升起與落下，能夠在直觀、有效、安全性能高的的前提下對單片機(jī)的控制加以論述，希望對今后的技術(shù)改進(jìn)與優(yōu)化能夠有所幫助。關(guān)鍵詞：單片機(jī);自動車庫門；紅外傳感器；異步電機(jī)AbstractAutomation in today's society, more and more high level of information. MCU range more widely, and slowly become an integral part of everyday life. With the rapid development of society, rapid advances in technology and the continuous improvement of living standards, the life of the automatic control system to increase slowly, and gradually the influence of modern people's lives. SCM as the core of one of them automatic garage door system, but also marks a new member of the digital age - Automatic control.The main advantage of this designSCM motor control system to control the operation of the stepper motor controlled garage door and then automatically open and close. Using AT89C52 SCM as the core control, infrared sensors, asynchronous motors, limit switches combine a SCM with a stepper motor and drive circuit and control circuit, LED lights, etc. to form a control system. Give full play to the MCU performance, the advantage with a simple circuit, the software features improved control system is reliable, cost-effective features. Achieved by programming the stepper motor forward and reverse running state control, status LED on the movement observation and motor garage door to reflect rising and falling, can in an intuitive, effective, high safety performance Under the premise of the control of the SCM to be addressed, and I hope in the future of technology improvement and optimization can help.Keywords: single chip microcomputer; automatic garage door; infraredsensor; asynchronous motor- 3 -摘要 .- 1 -Abstract - 2 -第一章 引言 - 5 -1.1 課題研究的背景 .- 5 -1.2 課題研究的目的 .- 5 -1.3 課題研究設(shè)計(jì)思路 - 5 -1.4 課題的設(shè)計(jì)要求 .- 5 -1.4.1 智能化 .- 5 -1.4.2 安全性 .- 5 -1.4.3 穩(wěn)定性 .- 6 -第二章 方案論證 .- 7 -2.1 方案論述 - 7 -2.2 系統(tǒng)組成 - 7 -2.3 系統(tǒng)總體方案 .- 8 -第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) - 9 -3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) - 9 -3.1.1 AT89C52 芯片 - 9 -3.1.2 復(fù)位電路 - 10 -3.1.3 晶振電路 .- 11 -3.2 紅外蔽障傳感器 - 12 -3.3 步進(jìn)電機(jī) .- 12 -3.3.1 步進(jìn)電動機(jī)特點(diǎn) - 13 -3.3.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 - 13 -第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .- 14 -4.1 設(shè)計(jì)電路的電框圖和原理 - 14 -4.2 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計(jì) - 14 -4.3 設(shè)計(jì)電路原理圖 - 15 -第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) - 15 -5.1 系統(tǒng)軟件問題 - 15 -5.2 方案程序設(shè)計(jì)思路 - 15 -5.3 系統(tǒng)程序流程圖 - 16 -第六章 調(diào)試 - 17 -6.1 仿真 .- 17 -6.2 硬件調(diào)試 - 17 -6.3 初步檢查 - 19 -6.4 自動化性能測試 - 20 -6.4.1 手工操作 - 20 -6.4.2 恢復(fù)正常運(yùn)行模式 .- 20 -6.5 維護(hù) .- 20 -結(jié) 論 - 20 -致 謝 詞 .- 21 -參考文獻(xiàn) .- 21 -附錄 1 PCB 圖 - 23 -附錄 2 原理圖 .- 24 -附錄 3 程序 .- 25 -- 5 -第一章 引言1.1 課題研究的背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全國擁有汽車的人數(shù)越來越多，人們把對汽車的維護(hù)和管理看得越來越重，當(dāng)然對于車庫門的要求也逐步提高了，國外先進(jìn)的車庫門不斷進(jìn)駐中國市場，國內(nèi)車庫門行業(yè)滯后。自動車庫門主要分為卷簾車庫門和翻板車庫門。本文主要針對卷簾車庫門的自動化和控制系統(tǒng)作了具體說明，運(yùn)用單片機(jī)和紅外傳感控制的方法，實(shí)現(xiàn)自動車庫門的具體功能。自動化與信息化的普及度隨著社會的快速發(fā)展越來越高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬泛。本系統(tǒng)主要是以單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和傳感器為核心。1.2 課題研究的目的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的中國，私家車的數(shù)量劇增，車庫已經(jīng)是有車一族必不可少的一部分。隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的卷簾門和對開門慢慢的被淘汰已然成為事實(shí)，自動門在使用中為我們能夠提供高效、便捷、方便等諸多有利的服務(wù)。另外，隨著國產(chǎn)自動門的逐步推廣不但帶動了國內(nèi)自動控制領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，而且還帶動了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。隨著汽車的普及，車庫門的設(shè)計(jì)與安裝也是一種產(chǎn)業(yè)趨勢。1.3 課題研究設(shè)計(jì)思路車庫門外的的紅外傳感器和機(jī)械驅(qū)動裝置設(shè)備是自動車庫門常見的主結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)車子接近車庫門時，紅外傳感器感知一個信號并傳送給控制器，控制器將控制步進(jìn)電機(jī)將庫門打開。當(dāng)車子通過車庫門后傳感器有延遲大概一秒（舉例時間，并不一定需要多久來延遲）的時間，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，自動門落下、關(guān)閉。如下圖1.1圖 1.1 紅外門原理圖1.4 課題的設(shè)計(jì)要求自動車庫門的主要要求有如下幾個方面：1.4.1 智能化自動車庫門的主控制系統(tǒng)首先應(yīng)當(dāng)是具有智能化，并能夠?qū)噹扉T運(yùn)行時的速度進(jìn)行任意調(diào)節(jié)、控制。確保自動車庫門一直都能夠擁有著良好的運(yùn)行狀態(tài)。而且具有自動修復(fù)、矯正的能力，縱使在狂風(fēng)大雨等惡劣天氣環(huán)境下，依然可以正常的進(jìn)行開關(guān)門操作。1.4.2安全性由于自動反轉(zhuǎn)安全裝置的存在。當(dāng)發(fā)生某些特定的突發(fā)狀況時，如障礙物、動物類觸發(fā)紅外發(fā)光設(shè)備引起非正常開關(guān)門，門將會自動反轉(zhuǎn)并安全退出。避免造成不必要的意外事件的發(fā)生，在保證自動車庫門正常運(yùn)行時的安全性，有利于延長自動車庫門的壽命。1.4.3穩(wěn)定性自動車庫門采用步進(jìn)電機(jī)，具有諸多的優(yōu)良特性，如：效率高、節(jié)能、產(chǎn)生的噪音污染較小、轉(zhuǎn)動速度快、長時間工作狀態(tài)下不過熱等，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于傳統(tǒng)交流伺服馬達(dá)。在步進(jìn)電機(jī)和 T 型齒條同步帶的共同作用下，門在整個速度變化運(yùn)行過程中具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。不管電壓波幅多大，在高性能的電源輸入的作用下，都能夠穩(wěn)壓。自動車庫門可以根據(jù)所使用環(huán)境的不同，還要做好其相關(guān)的硬件的選用：1、備用電源:為防止在非正常情況下突然停電時，自動車庫門也能工作正常，以防不測。2、輔助光線傳感器:輔助光線傳感器可以安裝在自動車庫門上。觸發(fā)紅外傳感器，車庫門升起，用手去遮擋紅外傳感器，門應(yīng)該呈現(xiàn)打開狀態(tài)。當(dāng)手離開紅外傳感器不久后，門應(yīng)該緩慢的關(guān)閉。綜合以上所述，在如今社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展為大背景下，自動車庫門在很多領(lǐng)域逐漸展露出其優(yōu)越性，這也將是今后千家萬戶所必需的。- 7 -第二章 方案論證2.1 方案論述主要由 AT89C52 單片機(jī)及其外圍電路、紅外檢測電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路等部分組成。單片機(jī)循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號，電動機(jī)帶動門運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制方式。感應(yīng)探測器探測到有人進(jìn)入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器做出判斷，如需關(guān)門，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動，關(guān)閉門扇。本文使用的傳感器是一種光電傳感器，它主要特點(diǎn)是發(fā)射與接收于一體。檢測距離根據(jù)具體的使用環(huán)境來改進(jìn)。這種傳感器具有探測范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、組裝簡單、操作簡易等特點(diǎn)。當(dāng)車體進(jìn)入傳感器的測算范圍將觸發(fā)感應(yīng)裝置，電機(jī)正轉(zhuǎn)，與此同時用指示燈亮起來代替車庫門的升起。用這種設(shè)計(jì)方案的電路和軟件都將能夠得到很大程度的簡化。2.2 系統(tǒng)組成此篇設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為四種:工程控制機(jī)，中央處理器模塊，嵌入式微機(jī)處理器和單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)如下幾個特點(diǎn)：(1)面對的控制對象。(2)在工程控制系統(tǒng)中嵌入的構(gòu)造狀態(tài)。(3)能夠在工業(yè)現(xiàn)場中穩(wěn)定的特點(diǎn)。（4)突出控制功能。單片機(jī)是惟一一款能夠滿足嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)。完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)的應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、嵌入應(yīng)用系統(tǒng)、現(xiàn)場的可靠運(yùn)行以及非凡的控制品質(zhì)等諸多要求，是目前發(fā)展最為迅速、種類繁多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。2.3 系統(tǒng)總體方案如圖 2.1 所示是總體框圖，包括 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)，傳感器感應(yīng)模塊，LCD 指示燈電路，電機(jī)驅(qū)動電路。圖 2.1 電路基本框圖- 9 -第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 AT89C52 芯片單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)。即微型計(jì)算機(jī)的主要部分高度集成在一個單芯片的微型計(jì)算機(jī)。是一種典型的嵌入式微控制器。其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：圖 3.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，外形及引腳排列如圖 3.2所示圖3.2 AT89C51外形及引腳排列AT89C52 主要特性1) 與 MCS-51 兼容2) 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器3) 壽命：1000寫/擦循環(huán)4) 數(shù)據(jù)保留時間：10年5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6) 三級程序存儲器鎖定7) 128*8位內(nèi)部 RAM8) 32可編程 I/O 線3.1.2 復(fù)位電路復(fù)位電路是微機(jī)系統(tǒng)中，電路能夠穩(wěn)定、可靠工作必不可少的一部分，基本功能是：開關(guān)閉合，系統(tǒng)通電后，能夠提供復(fù)位信號，而且要等到系統(tǒng)電壓平穩(wěn)之后，撤出。為了設(shè)計(jì)的可靠性，電源穩(wěn)定后不能馬上撤銷復(fù)位，要設(shè)定一個延遲再撤銷復(fù)位，這是因?yàn)殡娫撮_關(guān)時產(chǎn)生的抖動可能會影響到復(fù)位。電路圖如圖3.1。- 11 -1122C R110 uS1R STR 21K傳 傳圖 3.1 復(fù)位電路3.1.3 晶振電路晶振電路是保證單片機(jī)系統(tǒng)正常工作而存在的，假如振蕩器不起振，系統(tǒng)將不會工作。若振蕩器不按照正常規(guī)律運(yùn)行，在時間上，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時候就會存在誤差，在通信中會表現(xiàn)出來：電路將無法通信。它的組成由一個晶振和兩個瓷片電容，其中晶振和瓷片電容是無正負(fù)，將兩個瓷片電容相連的那端直接接地，如圖3.2所示。Y 112 MC Y230 pC Y130 pX 1X 2傳 傳圖 3.2 晶振電路3.2 紅外蔽障傳感器傳感器可以根據(jù)工作原理、使用環(huán)境、輸出類型以及原材料等很多種不同的觀點(diǎn)進(jìn)行分類。如果根據(jù)工作原理不同來分類，主要分為物理、化學(xué)傳感器。物理傳感器是根據(jù)物理效應(yīng)。被測信號量的細(xì)微變化在物理效應(yīng)的作用下被轉(zhuǎn)換成電信號。化學(xué)傳感器主要是化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等作為條件的傳感器，類似物理傳感器一樣被轉(zhuǎn)換成電信號。特點(diǎn)如下：紅色：VCC +；黑色：GND —；黃色：OUT 信號輸出。工作電壓：5VDC工作電流：10-15mA驅(qū)動電流：100mA感應(yīng)距離：3-80CM注意事項(xiàng)：為了保護(hù)傳感器的使用壽命和安全性，盡量不要在說明書規(guī)定范圍外的外界溫度下使用，雖然為耐水結(jié)構(gòu)，在使用過程中不要與水容性切削油接觸，則可以延長使用壽命和安全性。另，避免在強(qiáng)堿、酸性化學(xué)物質(zhì)中使用！3.3 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是一種數(shù)控電機(jī)：脈沖信號傳遞到步進(jìn)驅(qū)動器時，它將控制步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度?？刂泼}沖個數(shù)可以進(jìn)一步來控制角位移的大小，進(jìn)而更加準(zhǔn)確；電機(jī)的速度和加速度能夠通過控制脈沖頻率來改變。- 13 -3.3.1 步進(jìn)電動機(jī)特點(diǎn)3.3.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成環(huán)形脈沖、功率放大等組成的控制系統(tǒng)在步進(jìn)電機(jī)的使用、控制中還是必須需要的，其方框圖如3.3所示：圖 3.3驅(qū)動控制系統(tǒng)方框圖第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)電路的電框圖和原理硬件組成如圖 4.1 所示。組成系統(tǒng)的幾個部分主要是 AT89C52 和及其外圍電路、紅外檢測電路、門行程檢測電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路等。單片機(jī)紅外檢測電路檢測回路電路輸出信號的門控和信號，在步進(jìn)電機(jī)控制信號產(chǎn)生，改變在控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進(jìn)入對應(yīng)的方式。圖 4.1 紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成4.2 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計(jì)有很多種感應(yīng)自動車庫門，本設(shè)計(jì)主要介紹卷簾型感應(yīng)自動車庫門。主要是如下幾個部分組成：主控制器：它是自動車庫門的大腦，通過內(nèi)部指導(dǎo)程序編譯一些大規(guī)模集成塊，做出指令，對電機(jī)系統(tǒng)工作的命令；而人們調(diào)整速度由主門打開，打開幅度等參數(shù)。 感應(yīng)探測器：就如同眼睛采集外部信號一樣，在它的工作區(qū)域內(nèi)有物體進(jìn)入時，主控制器會收到一個脈沖信號。 動力馬達(dá)：為門的運(yùn)作提供動力，控制門運(yùn)行速度。 當(dāng)門運(yùn)行一次主要有以下幾步：首先有車進(jìn)入到傳感器的工作范圍，主控制器會接收到一個脈沖信號，確定后步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)在電流的驅(qū)使下做正向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動同步帶的轉(zhuǎn)動，隨著周期的運(yùn)行，電機(jī)反轉(zhuǎn)，自動車庫門關(guān)閉。- 15 -4.3 設(shè)計(jì)電路原理圖見附錄2第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)軟件問題在軟件設(shè)計(jì)主要分為主程序和中斷處理兩個部分：首先主程序要完成 I／O 接口定時器的初始化，設(shè)置中斷輸入；其次，傳感器經(jīng)過延遲而處于平穩(wěn)的工作狀態(tài)，等待中斷；可以根據(jù)具體的使用情況中斷處理應(yīng)該有一個子程序，而且每一個子程序分工明確，在焊接硬件電路板后能夠完成設(shè)計(jì)所需要的功能。5.2 方案程序設(shè)計(jì)思路主要以下面的設(shè)計(jì)思路：（1）信號采集、信號處理、信號控制、信號響應(yīng)是幾個要實(shí)現(xiàn)的基本功能 ①信號采集是紅外傳感器對其在工作范圍內(nèi)車輛的測定，并將它轉(zhuǎn)換成物理信號進(jìn)行模擬。②信號處理在接收到的物理信號進(jìn)行處理，為下一步準(zhǔn)備。③信號控制是由一個預(yù)定的控制方法控制達(dá)到設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確操作。④響應(yīng)的要求信號實(shí)現(xiàn)控制部分。（2）對以上操作分析得出結(jié)論：①信號接收部分使用紅外線傳感器能夠更好地對距離測算。②信號處理部分選擇八位的 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片符合實(shí)際的情況。③控制部分 AT89C52 較為合適。④顯示部分采用 LCD 指示燈。上述設(shè)計(jì)思路和要求如下：自動車庫門控制系統(tǒng)檢測到車輛的距離和移動通過紅外傳感器門之間，結(jié)果送入 ADC0809A/D 芯片的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換；然后由單片機(jī)自動車庫門開關(guān)的操作控制信號，然后驅(qū)動器通過可逆直流電機(jī)驅(qū)動電路，然后由驅(qū)動電路自動門的下降和上升。5.3 系統(tǒng)程序流程圖否是否是- 17 -圖 5.1 總程序流程圖第 6 章 調(diào)試6.1 仿真Proteus 軟件給我們提供了一個非常實(shí)用的仿真平臺，不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。Proteus 也可以作為學(xué)校單片機(jī)(電子等)實(shí)驗(yàn)的模擬仿真，也可以作為個人工作室的仿真實(shí)驗(yàn)。作為電子技術(shù)或控制類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和工程技術(shù)人員，在學(xué)習(xí)了該軟件后，可以充分地利用它所提供的資源，幫助自己提高工程應(yīng)用能力。6.2 硬件調(diào)試（1）靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對各個元器件的型號、規(guī)格、極性、單片機(jī)的插接方向是否正確。用萬用表等工具檢查硬件電路連線是否與電路圖一致，有無短路、焊接不成功等現(xiàn)象的發(fā)生。防止電源短路和極性接反。（2）通電檢查時，可以模擬各種輸入信號分別送入電路的各有關(guān)部分，觀察 i/o 口的動作情況，查看電路板上有無元件過熱、冒煙、異味等現(xiàn)象，各相關(guān)設(shè)備的動作是否符合要求，整個系統(tǒng)的功能是否符合要求。圖 6.3 反面焊接圖圖 6.4 正面圖如果在調(diào)試器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進(jìn)行：1）檢查原理圖連接是否正確2）檢查原理圖與 PCB 圖是否一致3）檢查原理圖與器件的 DATASHEET 上引腳是否一致4）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象5）查詢器件的 DATASHEET，分析一下時序是否一致，同時分析一下命令字是否正確（注意，命令字的順序很重要，前些日子調(diào)試 INTEL e28F640 這款 flash 是的時候，在對其- 19 -擦除和寫操作的時候，就碰到了這樣的問題）6）有條件的可以用示波器?？梢酝ㄟ^示波器對 SRAM 各個引腳進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)地址線都是有信號的，而數(shù)據(jù)線無信號出現(xiàn)，才找到問題所在。7）飛線。用別的的口線進(jìn)行控制，看看能不能對其進(jìn)行正常操作，多試驗(yàn)，才能找到問題出現(xiàn)在什么地方。注意：在焊接的時候要注意焊錫的用量，以防止用錫過多造成電路出錯，這樣不但傷害電路，也很難以尋找出錯位置，因此在焊錫的時候一定要注意走錫。我使用一張卡來對汽車的模擬，當(dāng)接通電源時，整個設(shè)備是處于工作狀態(tài)的。沒有卡進(jìn)入紅外蔽障傳感器工作范圍以內(nèi)時，整個設(shè)備是靜止的，如圖 6.5，當(dāng)有卡片進(jìn)入范圍時指示燈亮起，而此時電機(jī)也開始工作（電機(jī)正轉(zhuǎn)，車庫門升起）如圖 6.6，當(dāng)卡離開時，電機(jī)有一個延遲時間（大概是 1s），來確保汽車完全入庫，防止庫門落下發(fā)生危險(xiǎn)。汽車安全入庫時電機(jī)反轉(zhuǎn)，如圖 6.7，車庫門落下，此時整個模擬結(jié)束。圖 6.5 靜止?fàn)顟B(tài) 圖 6.6 指示燈亮起 電機(jī)正轉(zhuǎn)圖 6.7 指示燈滅 電機(jī)開始反轉(zhuǎn)6.3 初步檢查1）門的整體結(jié)構(gòu)適用自動控制，尤其要注意輪直徑必須匹配需要控制門的重量，體積和重量符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范。為了防止在發(fā)生傾斜滑動門。2) 確保大門活動平穩(wěn)、準(zhǔn)確。3) 地面要求穩(wěn)固，防止固定基座出現(xiàn)不安全因素。6.4 自動化性能測試組裝完成以后要對門控系統(tǒng)和各種輔助零部件進(jìn)行安全測試防止發(fā)生危險(xiǎn)，在交付使用前，要向用戶演示正確操作以及突發(fā)狀況的解決辦法。6.4.1 手工操作若門控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，必須人工移動大門時，請如下操作：（1）用一張卡打開防護(hù)門；（2）取出廠家提供門鑰匙，插入順時針旋轉(zhuǎn)，直到停止工作；（3）手工打開或關(guān)閉大門。6.4.2 恢復(fù)正常運(yùn)行模式（1）將門恢復(fù)關(guān)閉位置 （2）逆時針旋轉(zhuǎn)釋放鑰匙（3）將釋放鑰匙，放回原處，關(guān)閉防護(hù)門 （4）移動大門，直至碰上釋放網(wǎng)格- 21 -6.5 維護(hù)（1）至少每間隔半年要進(jìn)行一次維護(hù)（2）檢查釋放系統(tǒng)是否能夠有效完成規(guī)定動作結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作是由單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)和故障處理組成的三個系統(tǒng)。通過了解相關(guān)紅外自動車庫門的控制系統(tǒng)，收集國內(nèi)外相關(guān)制造方法，自動車庫門的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的理解，實(shí)際可能的選項(xiàng)的設(shè)計(jì)方式相比。設(shè)計(jì)中，簡單的單片機(jī) C - 51 語言和內(nèi)部時鐘電路、檢測和控制核心的微控制器，微功能及控制特點(diǎn)，結(jié)合。建議的設(shè)計(jì)，微控制器，傳感器的用途，PCB 板的生產(chǎn)控制原理的詳細(xì)說明，電路原理及調(diào)試，對應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合電路及軟件的設(shè)計(jì)要求，以達(dá)到原設(shè)計(jì)構(gòu)思的基本測試功能。通過這次的畢業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，通過項(xiàng)目遇到的困難，所以要小心、耐心、分階段的對結(jié)果進(jìn)行修改和改進(jìn)。通過這次畢業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，我對硬件，有了系統(tǒng)全面理解。以前的理論和實(shí)用的應(yīng)用程序相結(jié)合，匯編語言的使用與設(shè)計(jì)，綜合利用了最直接的軟件程序編程方法，深刻理解單片機(jī)。對我未來就業(yè)，有了很大的幫助。同時，增加今后工作的信心，獨(dú)立開發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。紅外線自動車庫門的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到，我所學(xué)習(xí)的還是很膚淺的，知識面的狹隘?？紤]問題不全面，遇到瓶頸舉棋不定。在焊接過程中，要學(xué)會將理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。畢業(yè)設(shè)計(jì)中我收獲很大，學(xué)到很多。首先，做學(xué)問要懷著認(rèn)真的態(tài)度，不能有一絲的馬虎懈?。黄浯?，不要輕易的放棄，堅(jiān)持下去，遇到困難并不可怕，可怕的是明知道有困難還不愿花時間去解決困難；最后，要學(xué)會與人合作，一個人的力量畢竟是有限的，思考的角度也是局限的，多聽取別人的寶貴意見，虛心向別人學(xué)習(xí)，這樣可以起到事半功倍的效果致 謝 詞記得大一剛開學(xué)的時候，都說大學(xué)畢業(yè)還有很遠(yuǎn)，可轉(zhuǎn)眼就要離開自己熟悉的校園，各自奔赴自己的前程。隨著離校的日期臨近，畢業(yè)論文也慢慢地成為大學(xué)中我們唯一的牽掛。在本次論文設(shè)計(jì)過程中：感謝我的導(dǎo)師徐曉麗老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。徐老師對該論文從最初的選題，設(shè)計(jì)思路到最后定稿的每一個環(huán)節(jié)都給了我細(xì)心的指引與教誨,使我能夠最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。感謝王俊杰老師，這片論文的每個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個錯誤的糾正，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作氛圍中。謝謝你對我們的嚴(yán)格，正是你這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度讓我們廣大學(xué)子能夠得以順利的完成設(shè)計(jì)，是你的督促才讓我們知道緊迫感和責(zé)任心，做學(xué)問就是需要這樣的態(tài)度與精神。感謝我的小伙伴們，從那遠(yuǎn)方來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著班級那份家的和諧。四年了，回首一想仿佛就在昨天。在大學(xué)的四年里，我們沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起像每年那樣聚會了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。但愿遠(yuǎn)赴異地繼續(xù)求學(xué)小伙伴們順順利利，我永遠(yuǎn)會記得我們在一起的大學(xué)時光，是你們讓我的大學(xué)豐富多彩，是你們伴我一起成長。在大學(xué)即將畢業(yè)之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。參考文獻(xiàn)[1]《傳感器及其應(yīng)用》.張金鐸 金歡陽名編著.西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[2]《傳感器及其應(yīng)用實(shí)例》.何希才編著.機(jī)械工業(yè)出版社.2003.[3]《傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》，單成祥 編著.國際工業(yè)出版社 .2002.[4]《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》.金慶發(fā)編著.機(jī)械工業(yè)出版社.1994.[5]《單片微行計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)》.張迎新編著.國防工業(yè)出版社.2000.[6]《MCS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用》.孫涵芳編著.北京航空航天大學(xué)出版社.1998.[7]《電子技術(shù)基礎(chǔ)》康華光.陳大欽編著.高等教育出版社,1998.[8]《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》.胡漢才編著.北京：清華大學(xué)出版社.2004.[9]《紅外線探測與控制電路》. 陳永甫編著.北京：人民郵電出版社.2004.[10]《傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例》.黃繼昌.徐巧魚等編著.人民郵電出版社.2002.[11]《單片微型計(jì)算機(jī)原理及接 El 技術(shù)》.楊光友.朱宏輝編著.中國水利水電出版杜.2002.[12]《DSP 芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用》.張雄偉 陳亮 徐光輝編著.電子工業(yè)出版社.2002.[13]《數(shù)字信號處理的 FPGA 實(shí)現(xiàn)》.貝斯著 劉凌 胡永生譯.清華大學(xué)出版社.2003.[14]《基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》.沈紅衛(wèi)編著.北京.電子工業(yè)出版社.2005.- 23 -附錄 1 PCB 圖附錄 2 原理圖1122CR110u S1VCCRSTY112MCY230pCY130pX1X2R21KP10/T21 P11/T2EX2P123 P134P145 P156P167 P178RESET9RXD10 TXD11INT012 INT113T014 T115WR16 RD17X218 X119 GND20P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30EA/VP 31P07 32P0633P05 34P04 35P0336P02 37P01 38P0039VCC 40U1AT89S52VCCRSTX1X2P37P01P02P00P03P04P05P06P07P17P15P16P30P31P32P33P34P35P3612J12HR11KD1123LEDVCC1B1 2B23B3 4B45B5 6B67B7 E8 COM 97C 106C115C 124C 133C142C 151C 16U3uln2003VCCA1 B2C3 D4V5 V6U2*傳VCCP23P24P25P26P27P20P21P22P13P14RSRWENP23P20P21P22VCC123RX13HVCC123456789RP1傳傳P15R31KD2123LEDVCC傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳P03- 25 -附錄 3 程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longbit zf_flag=0; uchar time1_num=0;uint step_num=0;#define MOTOR_ONE_NUM 512 unsigned char code clockWise[]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09}; unsigned char code clockWise1[]={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08};sbit HW_IO=P1^5;sbit LED=P0^3;void delayms(uint ms){uint i,j;for(i=0;i7){time1_num=0;if(step_num7){time1_num=0;if(step_num0)step_num--;if(step_num==0){TR1=0;}}}}實(shí)物反面實(shí)物正面模擬車輛靠近中模擬車輛進(jìn)入傳感器的工作范圍，電機(jī)開始工作車輛入庫電機(jī)反轉(zhuǎn)（照片看不到轉(zhuǎn)動方向）工作完成- 1 -摘要當(dāng)今社會自動化、信息化程度越來越高。單片機(jī)的使用范圍愈來愈廣，慢慢地成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧ｋS著社會的飛速發(fā)展、科技的迅速進(jìn)步以及生活水平的不斷提高，生活中的自動控制系統(tǒng)慢慢的增加，逐步的影響現(xiàn)代人們的生活。以單片機(jī)為核心的自動車庫門系統(tǒng)就是其中之一，同時也標(biāo)志了數(shù)字時代新的成員 ——自動控制領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要利用單片機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而控制車庫門的自動開啟與關(guān)閉。采用 AT89C52 單片機(jī)作為控制核心，紅外傳感器、異步電機(jī)、限位開關(guān)相結(jié)合，微控制器與步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路、測控電路、LED 指示燈等組成一個測控系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，其優(yōu)點(diǎn)具有電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。通過編程來實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)的控制，對 LED 指示燈的觀察和電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)來反映車庫門的升起與落下，能夠在直觀、有效、安全性能高的的前提下對單片機(jī)的控制加以論述，希望對今后的技術(shù)改進(jìn)與優(yōu)化能夠有所幫助。關(guān)鍵詞：單片機(jī);自動車庫門；紅外傳感器；異步電機(jī)AbstractAutomation in today's society, more and more high level of information. MCU range more widely, and slowly become an integral part of everyday life. With the rapid development of society, rapid advances in technology and the continuous improvement of living standards, the life of the automatic control system to increase slowly, and gradually the influence of modern people's lives. SCM as the core of one of them automatic garage door system, but also marks a new member of the digital age - Automatic control.The main advantage of this designSCM motor control system to control the operation of the stepper motor controlled garage door and then automatically open and close. Using AT89C52 SCM as the core control, infrared sensors, asynchronous motors, limit switches combine a SCM with a stepper motor and drive circuit and control circuit, LED lights, etc. to form a control system. Give full play to the MCU performance, the advantage with a simple circuit, the software features improved control system is reliable, cost-effective features. Achieved by programming the stepper motor forward and reverse running state control, status LED on the movement observation and motor garage door to reflect rising and falling, can in an intuitive, effective, high safety performance Under the premise of the control of the SCM to be addressed, and I hope in the future of technology improvement and optimization can help.Keywords: single chip microcomputer; automatic garage door; infraredsensor; asynchronous motor- 3 -摘要 .- 1 -Abstract - 2 -第一章 引言 - 5 -1.1 課題研究的背景 .- 5 -1.2 課題研究的目的 .- 5 -1.3 課題研究設(shè)計(jì)思路 - 5 -1.4 課題的設(shè)計(jì)要求 .- 5 -1.4.1 智能化 .- 5 -1.4.2 安全性 .- 5 -1.4.3 穩(wěn)定性 .- 6 -第二章 方案論證 .- 7 -2.1 方案論述 - 7 -2.2 系統(tǒng)組成 - 7 -2.3 系統(tǒng)總體方案 .- 8 -第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) - 9 -3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) - 9 -3.1.1 AT89C52 芯片 - 9 -3.1.2 復(fù)位電路 - 10 -3.1.3 晶振電路 .- 11 -3.2 紅外蔽障傳感器 - 12 -3.3 步進(jìn)電機(jī) .- 12 -3.3.1 步進(jìn)電動機(jī)特點(diǎn) - 13 -3.3.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 - 13 -第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .- 14 -4.1 設(shè)計(jì)電路的電框圖和原理 - 14 -4.2 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計(jì) - 14 -4.3 設(shè)計(jì)電路原理圖 - 15 -第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) - 15 -5.1 系統(tǒng)軟件問題 - 15 -5.2 方案程序設(shè)計(jì)思路 - 15 -5.3 系統(tǒng)程序流程圖 - 16 -第六章 調(diào)試 - 17 -6.1 仿真 .- 17 -6.2 硬件調(diào)試 - 17 -6.3 初步檢查 - 19 -6.4 自動化性能測試 - 20 -6.4.1 手工操作 - 20 -6.4.2 恢復(fù)正常運(yùn)行模式 .- 20 -6.5 維護(hù) .- 20 -結(jié) 論 - 20 -致 謝 詞 .- 21 -參考文獻(xiàn) .- 21 -附錄 1 PCB 圖 - 23 -附錄 2 原理圖 .- 24 -附錄 3 程序 .- 25 -- 5 -第一章 引言1.1 課題研究的背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全國擁有汽車的人數(shù)越來越多，人們把對汽車的維護(hù)和管理看得越來越重，當(dāng)然對于車庫門的要求也逐步提高了，國外先進(jìn)的車庫門不斷進(jìn)駐中國市場，國內(nèi)車庫門行業(yè)滯后。自動車庫門主要分為卷簾車庫門和翻板車庫門。本文主要針對卷簾車庫門的自動化和控制系統(tǒng)作了具體說明，運(yùn)用單片機(jī)和紅外傳感控制的方法，實(shí)現(xiàn)自動車庫門的具體功能。自動化與信息化的普及度隨著社會的快速發(fā)展越來越高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬泛。本系統(tǒng)主要是以單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和傳感器為核心。1.2 課題研究的目的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的中國，私家車的數(shù)量劇增，車庫已經(jīng)是有車一族必不可少的一部分。隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的卷簾門和對開門慢慢的被淘汰已然成為事實(shí)，自動門在使用中為我們能夠提供高效、便捷、方便等諸多有利的服務(wù)。另外，隨著國產(chǎn)自動門的逐步推廣不但帶動了國內(nèi)自動控制領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，而且還帶動了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。隨著汽車的普及，車庫門的設(shè)計(jì)與安裝也是一種產(chǎn)業(yè)趨勢。1.3 課題研究設(shè)計(jì)思路車庫門外的的紅外傳感器和機(jī)械驅(qū)動裝置設(shè)備是自動車庫門常見的主結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)車子接近車庫門時，紅外傳感器感知一個信號并傳送給控制器，控制器將控制步進(jìn)電機(jī)將庫門打開。當(dāng)車子通過車庫門后傳感器有延遲大概一秒（舉例時間，并不一定需要多久來延遲）的時間，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，自動門落下、關(guān)閉。如下圖1.1圖 1.1 紅外門原理圖1.4 課題的設(shè)計(jì)要求自動車庫門的主要要求有如下幾個方面：1.4.1 智能化自動車庫門的主控制系統(tǒng)首先應(yīng)當(dāng)是具有智能化，并能夠?qū)噹扉T運(yùn)行時的速度進(jìn)行任意調(diào)節(jié)、控制。確保自動車庫門一直都能夠擁有著良好的運(yùn)行狀態(tài)。而且具有自動修復(fù)、矯正的能力，縱使在狂風(fēng)大雨等惡劣天氣環(huán)境下，依然可以正常的進(jìn)行開關(guān)門操作。1.4.2安全性由于自動反轉(zhuǎn)安全裝置的存在。當(dāng)發(fā)生某些特定的突發(fā)狀況時，如障礙物、動物類觸發(fā)紅外發(fā)光設(shè)備引起非正常開關(guān)門，門將會自動反轉(zhuǎn)并安全退出。避免造成不必要的意外事件的發(fā)生，在保證自動車庫門正常運(yùn)行時的安全性，有利于延長自動車庫門的壽命。1.4.3穩(wěn)定性自動車庫門采用步進(jìn)電機(jī)，具有諸多的優(yōu)良特性，如：效率高、節(jié)能、產(chǎn)生的噪音污染較小、轉(zhuǎn)動速度快、長時間工作狀態(tài)下不過熱等，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于傳統(tǒng)交流伺服馬達(dá)。在步進(jìn)電機(jī)和 T 型齒條同步帶的共同作用下，門在整個速度變化運(yùn)行過程中具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。不管電壓波幅多大，在高性能的電源輸入的作用下，都能夠穩(wěn)壓。自動車庫門可以根據(jù)所使用環(huán)境的不同，還要做好其相關(guān)的硬件的選用：1、備用電源:為防止在非正常情況下突然停電時，自動車庫門也能工作正常，以防不測。2、輔助光線傳感器:輔助光線傳感器可以安裝在自動車庫門上。觸發(fā)紅外傳感器，車庫門升起，用手去遮擋紅外傳感器，門應(yīng)該呈現(xiàn)打開狀態(tài)。當(dāng)手離開紅外傳感器不久后，門應(yīng)該緩慢的關(guān)閉。綜合以上所述，在如今社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展為大背景下，自動車庫門在很多領(lǐng)域逐漸展露出其優(yōu)越性，這也將是今后千家萬戶所必需的。- 7 -第二章 方案論證2.1 方案論述主要由 AT89C52 單片機(jī)及其外圍電路、紅外檢測電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路等部分組成。單片機(jī)循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號，電動機(jī)帶動門運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制方式。感應(yīng)探測器探測到有人進(jìn)入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器做出判斷，如需關(guān)門，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動，關(guān)閉門扇。本文使用的傳感器是一種光電傳感器，它主要特點(diǎn)是發(fā)射與接收于一體。檢測距離根據(jù)具體的使用環(huán)境來改進(jìn)。這種傳感器具有探測范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、組裝簡單、操作簡易等特點(diǎn)。當(dāng)車體進(jìn)入傳感器的測算范圍將觸發(fā)感應(yīng)裝置，電機(jī)正轉(zhuǎn)，與此同時用指示燈亮起來代替車庫門的升起。用這種設(shè)計(jì)方案的電路和軟件都將能夠得到很大程度的簡化。2.2 系統(tǒng)組成此篇設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為四種:工程控制機(jī)，中央處理器模塊，嵌入式微機(jī)處理器和單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)如下幾個特點(diǎn)：(1)面對的控制對象。(2)在工程控制系統(tǒng)中嵌入的構(gòu)造狀態(tài)。(3)能夠在工業(yè)現(xiàn)場中穩(wěn)定的特點(diǎn)。（4)突出控制功能。單片機(jī)是惟一一款能夠滿足嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)。完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)的應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、嵌入應(yīng)用系統(tǒng)、現(xiàn)場的可靠運(yùn)行以及非凡的控制品質(zhì)等諸多要求，是目前發(fā)展最為迅速、種類繁多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。2.3 系統(tǒng)總體方案如圖 2.1 所示是總體框圖，包括 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)，傳感器感應(yīng)模塊，LCD 指示燈電路，電機(jī)驅(qū)動電路。圖 2.1 電路基本框圖- 9 -第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1 AT89C52 芯片單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)。即微型計(jì)算機(jī)的主要部分高度集成在一個單芯片的微型計(jì)算機(jī)。是一種典型的嵌入式微控制器。其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：圖 3.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，外形及引腳排列如圖 3.2所示圖3.2 AT89C51外形及引腳排列AT89C52 主要特性1) 與 MCS-51 兼容2) 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器3) 壽命：1000寫/擦循環(huán)4) 數(shù)據(jù)保留時間：10年5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6) 三級程序存儲器鎖定7) 128*8位內(nèi)部 RAM8) 32可編程 I/O 線3.1.2 復(fù)位電路復(fù)位電路是微機(jī)系統(tǒng)中，電路能夠穩(wěn)定、可靠工作必不可少的一部分，基本功能是：開關(guān)閉合，系統(tǒng)通電后，能夠提供復(fù)位信號，而且要等到系統(tǒng)電壓平穩(wěn)之后，撤出。為了設(shè)計(jì)的可靠性，電源穩(wěn)定后不能馬上撤銷復(fù)位，要設(shè)定一個延遲再撤銷復(fù)位，這是因?yàn)殡娫撮_關(guān)時產(chǎn)生的抖動可能會影響到復(fù)位。電路圖如圖3.1。- 11 -1122C R110 uS1R STR 21K傳 傳圖 3.1 復(fù)位電路3.1.3 晶振電路晶振電路是保證單片機(jī)系統(tǒng)正常工作而存在的，假如振蕩器不起振，系統(tǒng)將不會工作。若振蕩器不按照正常規(guī)律運(yùn)行，在時間上，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時候就會存在誤差，在通信中會表現(xiàn)出來：電路將無法通信。它的組成由一個晶振和兩個瓷片電容，其中晶振和瓷片電容是無正負(fù)，將兩個瓷片電容相連的那端直接接地，如圖3.2所示。Y 112 MC Y230 pC Y130 pX 1X 2傳 傳圖 3.2 晶振電路3.2 紅外蔽障傳感器傳感器可以根據(jù)工作原理、使用環(huán)境、輸出類型以及原材料等很多種不同的觀點(diǎn)進(jìn)行分類。如果根據(jù)工作原理不同來分類，主要分為物理、化學(xué)傳感器。物理傳感器是根據(jù)物理效應(yīng)。被測信號量的細(xì)微變化在物理效應(yīng)的作用下被轉(zhuǎn)換成電信號。化學(xué)傳感器主要是化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等作為條件的傳感器，類似物理傳感器一樣被轉(zhuǎn)換成電信號。特點(diǎn)如下：紅色：VCC +；黑色：GND —；黃色：OUT 信號輸出。工作電壓：5VDC工作電流：10-15mA驅(qū)動電流：100mA感應(yīng)距離：3-80CM注意事項(xiàng)：為了保護(hù)傳感器的使用壽命和安全性，盡量不要在說明書規(guī)定范圍外的外界溫度下使用，雖然為耐水結(jié)構(gòu)，在使用過程中不要與水容性切削油接觸，則可以延長使用壽命和安全性。另，避免在強(qiáng)堿、酸性化學(xué)物質(zhì)中使用！3.3 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是一種數(shù)控電機(jī)：脈沖信號傳遞到步進(jìn)驅(qū)動器時，它將控制步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度?？刂泼}沖個數(shù)可以進(jìn)一步來控制角位移的大小，進(jìn)而更加準(zhǔn)確；電機(jī)的速度和加速度能夠通過控制脈沖頻率來改變。- 13 -3.3.1 步進(jìn)電動機(jī)特點(diǎn)3.3.2 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成環(huán)形脈沖、功率放大等組成的控制系統(tǒng)在步進(jìn)電機(jī)的使用、控制中還是必須需要的，其方框圖如3.3所示：圖 3.3驅(qū)動控制系統(tǒng)方框圖第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)電路的電框圖和原理硬件組成如圖 4.1 所示。組成系統(tǒng)的幾個部分主要是 AT89C52 和及其外圍電路、紅外檢測電路、門行程檢測電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路等。單片機(jī)紅外檢測電路檢測回路電路輸出信號的門控和信號，在步進(jìn)電機(jī)控制信號產(chǎn)生，改變在控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進(jìn)入對應(yīng)的方式。圖 4.1 紅外自動門控制系統(tǒng)的硬件組成4.2 系統(tǒng)硬件總體邏輯設(shè)計(jì)有很多種感應(yīng)自動車庫門，本設(shè)計(jì)主要介紹卷簾型感應(yīng)自動車庫門。主要是如下幾個部分組成：主控制器：它是自動車庫門的大腦，通過內(nèi)部指導(dǎo)程序編譯一些大規(guī)模集成塊，做出指令，對電機(jī)系統(tǒng)工作的命令；而人們調(diào)整速度由主門打開，打開幅度等參數(shù)。 感應(yīng)探測器：就如同眼睛采集外部信號一樣，在它的工作區(qū)域內(nèi)有物體進(jìn)入時，主控制器會收到一個脈沖信號。 動力馬達(dá)：為門的運(yùn)作提供動力，控制門運(yùn)行速度。 當(dāng)門運(yùn)行一次主要有以下幾步：首先有車進(jìn)入到傳感器的工作范圍，主控制器會接收到一個脈沖信號，確定后步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)在電流的驅(qū)使下做正向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動同步帶的轉(zhuǎn)動，隨著周期的運(yùn)行，電機(jī)反轉(zhuǎn)，自動車庫門關(guān)閉。- 15 -4.3 設(shè)計(jì)電路原理圖見附錄2第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)軟件問題在軟件設(shè)計(jì)主要分為主程序和中斷處理兩個部分：首先主程序要完成 I／O 接口定時器的初始化，設(shè)置中斷輸入；其次，傳感器經(jīng)過延遲而處于平穩(wěn)的工作狀態(tài)，等待中斷；可以根據(jù)具體的使用情況中斷處理應(yīng)該有一個子程序，而且每一個子程序分工明確，在焊接硬件電路板后能夠完成設(shè)計(jì)所需要的功能。5.2 方案程序設(shè)計(jì)思路主要以下面的設(shè)計(jì)思路：（1）信號采集、信號處理、信號控制、信號響應(yīng)是幾個要實(shí)現(xiàn)的基本功能 ①信號采集是紅外傳感器對其在工作范圍內(nèi)車輛的測定，并將它轉(zhuǎn)換成物理信號進(jìn)行模擬。②信號處理在接收到的物理信號進(jìn)行處理，為下一步準(zhǔn)備。③信號控制是由一個預(yù)定的控制方法控制達(dá)到設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確操作。④響應(yīng)的要求信號實(shí)現(xiàn)控制部分。（2）對以上操作分析得出結(jié)論：①信號接收部分使用紅外線傳感器能夠更好地對距離測算。②信號處理部分選擇八位的 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片符合實(shí)際的情況。③控制部分 AT89C52 較為合適。④顯示部分采用 LCD 指示燈。上述設(shè)計(jì)思路和要求如下：自動車庫門控制系統(tǒng)檢測到車輛的距離和移動通過紅外傳感器門之間，結(jié)果送入 ADC0809A/D 芯片的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換；然后由單片機(jī)自動車庫門開關(guān)的操作控制信號，然后驅(qū)動器通過可逆直流電機(jī)驅(qū)動電路，然后由驅(qū)動電路自動門的下降和上升。5.3 系統(tǒng)程序流程圖否是否是- 17 -圖 5.1 總程序流程圖第 6 章 調(diào)試6.1 仿真Proteus 軟件給我們提供了一個非常實(shí)用的仿真平臺，不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。Proteus 也可以作為學(xué)校單片機(jī)(電子等)實(shí)驗(yàn)的模擬仿真，也可以作為個人工作室的仿真實(shí)驗(yàn)。作為電子技術(shù)或控制類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和工程技術(shù)人員，在學(xué)習(xí)了該軟件后，可以充分地利用它所提供的資源，幫助自己提高工程應(yīng)用能力。6.2 硬件調(diào)試（1）靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對各個元器件的型號、規(guī)格、極性、單片機(jī)的插接方向是否正確。用萬用表等工具檢查硬件電路連線是否與電路圖一致，有無短路、焊接不成功等現(xiàn)象的發(fā)生。防止電源短路和極性接反。（2）通電檢查時，可以模擬各種輸入信號分別送入電路的各有關(guān)部分，觀察 i/o 口的動作情況，查看電路板上有無元件過熱、冒煙、異味等現(xiàn)象，各相關(guān)設(shè)備的動作是否符合要求，整個系統(tǒng)的功能是否符合要求。圖 6.3 反面焊接圖圖 6.4 正面圖如果在調(diào)試器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進(jìn)行：1）檢查原理圖連接是否正確2）檢查原理圖與 PCB 圖是否一致3）檢查原理圖與器件的 DATASHEET 上引腳是否一致4）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象5）查詢器件的 DATASHEET，分析一下時序是否一致，同時分析一下命令字是否正確（注意，命令字的順序很重要，前些日子調(diào)試 INTEL e28F640 這款 flash 是的時候，在對其- 19 -擦除和寫操作的時候，就碰到了這樣的問題）6）有條件的可以用示波器?？梢酝ㄟ^示波器對 SRAM 各個引腳進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)地址線都是有信號的，而數(shù)據(jù)線無信號出現(xiàn)，才找到問題所在。7）飛線。用別的的口線進(jìn)行控制，看看能不能對其進(jìn)行正常操作，多試驗(yàn)，才能找到問題出現(xiàn)在什么地方。注意：在焊接的時候要注意焊錫的用量，以防止用錫過多造成電路出錯，這樣不但傷害電路，也很難以尋找出錯位置，因此在焊錫的時候一定要注意走錫。我使用一張卡來對汽車的模擬，當(dāng)接通電源時，整個設(shè)備是處于工作狀態(tài)的。沒有卡進(jìn)入紅外蔽障傳感器工作范圍以內(nèi)時，整個設(shè)備是靜止的，如圖 6.5，當(dāng)有卡片進(jìn)入范圍時指示燈亮起，而此時電機(jī)也開始工作（電機(jī)正轉(zhuǎn)，車庫門升起）如圖 6.6，當(dāng)卡離開時，電機(jī)有一個延遲時間（大概是 1s），來確保汽車完全入庫，防止庫門落下發(fā)生危險(xiǎn)。汽車安全入庫時電機(jī)反轉(zhuǎn)，如圖 6.7，車庫門落下，此時整個模擬結(jié)束。圖 6.5 靜止?fàn)顟B(tài) 圖 6.6 指示燈亮起 電機(jī)正轉(zhuǎn)圖 6.7 指示燈滅 電機(jī)開始反轉(zhuǎn)6.3 初步檢查1）門的整體結(jié)構(gòu)適用自動控制，尤其要注意輪直徑必須匹配需要控制門的重量，體積和重量符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范。為了防止在發(fā)生傾斜滑動門。2) 確保大門活動平穩(wěn)、準(zhǔn)確。3) 地面要求穩(wěn)固，防止固定基座出現(xiàn)不安全因素。6.4 自動化性能測試組裝完成以后要對門控系統(tǒng)和各種輔助零部件進(jìn)行安全測試防止發(fā)生危險(xiǎn)，在交付使用前，要向用戶演示正確操作以及突發(fā)狀況的解決辦法。6.4.1 手工操作若門控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，必須人工移動大門時，請如下操作：（1）用一張卡打開防護(hù)門；（2）取出廠家提供門鑰匙，插入順時針旋轉(zhuǎn)，直到停止工作；（3）手工打開或關(guān)閉大門。6.4.2 恢復(fù)正常運(yùn)行模式（1）將門恢復(fù)關(guān)閉位置 （2）逆時針旋轉(zhuǎn)釋放鑰匙（3）將釋放鑰匙，放回原處，關(guān)閉防護(hù)門 （4）移動大門，直至碰上釋放網(wǎng)格- 21 -6.5 維護(hù)（1）至少每間隔半年要進(jìn)行一次維護(hù)（2）檢查釋放系統(tǒng)是否能夠有效完成規(guī)定動作結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作是由單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)和故障處理組成的三個系統(tǒng)。通過了解相關(guān)紅外自動車庫門的控制系統(tǒng)，收集國內(nèi)外相關(guān)制造方法，自動車庫門的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的理解，實(shí)際可能的選項(xiàng)的設(shè)計(jì)方式相比。設(shè)計(jì)中，簡單的單片機(jī) C - 51 語言和內(nèi)部時鐘電路、檢測和控制核心的微控制器，微功能及控制特點(diǎn)，結(jié)合。建議的設(shè)計(jì)，微控制器，傳感器的用途，PCB 板的生產(chǎn)控制原理的詳細(xì)說明，電路原理及調(diào)試，對應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合電路及軟件的設(shè)計(jì)要求，以達(dá)到原設(shè)計(jì)構(gòu)思的基本測試功能。通過這次的畢業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，通過項(xiàng)目遇到的困難，所以要小心、耐心、分階段的對結(jié)果進(jìn)行修改和改進(jìn)。通過這次畢業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，我對硬件，有了系統(tǒng)全面理解。以前的理論和實(shí)用的應(yīng)用程序相結(jié)合，匯編語言的使用與設(shè)計(jì)，綜合利用了最直接的軟件程序編程方法，深刻理解單片機(jī)。對我未來就業(yè)，有了很大的幫助。同時，增加今后工作的信心，獨(dú)立開發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。紅外線自動車庫門的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到，我所學(xué)習(xí)的還是很膚淺的，知識面的狹隘?？紤]問題不全面，遇到瓶頸舉棋不定。在焊接過程中，要學(xué)會將理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。畢業(yè)設(shè)計(jì)中我收獲很大，學(xué)到很多。首先，做學(xué)問要懷著認(rèn)真的態(tài)度，不能有一絲的馬虎懈??；其次，不要輕易的放棄，堅(jiān)持下去，遇到困難并不可怕，可怕的是明知道有困難還不愿花時間去解決困難；最后，要學(xué)會與人合作，一個人的力量畢竟是有限的，思考的角度也是局限的，多聽取別人的寶貴意見，虛心向別人學(xué)習(xí)，這樣可以起到事半功倍的效果致 謝 詞記得大一剛開學(xué)的時候，都說大學(xué)畢業(yè)還有很遠(yuǎn)，可轉(zhuǎn)眼就要離開自己熟悉的校園，各自奔赴自己的前程。隨著離校的日期臨近，畢業(yè)論文也慢慢地成為大學(xué)中我們唯一的牽掛。在本次論文設(shè)計(jì)過程中：感謝我的導(dǎo)師徐曉麗老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。徐老師對該論文從最初的選題，設(shè)計(jì)思路到最后定稿的每一個環(huán)節(jié)都給了我細(xì)心的指引與教誨,使我能夠最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。感謝王俊杰老師，這片論文的每個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個錯誤的糾正，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作氛圍中。謝謝你對我們的嚴(yán)格，正是你這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度讓我們廣大學(xué)子能夠得以順利的完成設(shè)計(jì)，是你的督促才讓我們知道緊迫感和責(zé)任心，做學(xué)問就是需要這樣的態(tài)度與精神。感謝我的小伙伴們，從那遠(yuǎn)方來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著班級那份家的和諧。四年了，回首一想仿佛就在昨天。在大學(xué)的四年里，我們沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起像每年那樣聚會了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。但愿遠(yuǎn)赴異地繼續(xù)求學(xué)小伙伴們順順利利，我永遠(yuǎn)會記得我們在一起的大學(xué)時光，是你們讓我的大學(xué)豐富多彩，是你們伴我一起成長。在大學(xué)即將畢業(yè)之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。參考文獻(xiàn)[1]《傳感器及其應(yīng)用》.張金鐸 金歡陽名編著.西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[2]《傳感器及其應(yīng)用實(shí)例》.何希才編著.機(jī)械工業(yè)出版社.2003.[3]《傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》，單成祥 編著.國際工業(yè)出版社 .2002.[4]《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》.金慶發(fā)編著.機(jī)械工業(yè)出版社.1994.[5]《單片微行計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)》.張迎新編著.國防工業(yè)出版社.2000.[6]《MCS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用》.孫涵芳編著.北京航空航天大學(xué)出版社.1998.[7]《電子技術(shù)基礎(chǔ)》康華光.陳大欽編著.高等教育出版社,1998.[8]《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》.胡漢才編著.北京：清華大學(xué)出版社.2004.[9]《紅外線探測與控制電路》. 陳永甫編著.北京：人民郵電出版社.2004.[10]《傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例》.黃繼昌.徐巧魚等編著.人民郵電出版社.2002.[11]《單片微型計(jì)算機(jī)原理及接 El 技術(shù)》.楊光友.朱宏輝編著.中國水利水電出版杜.2002.[12]《DSP 芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用》.張雄偉 陳亮 徐光輝編著.電子工業(yè)出版社.2002.[13]《數(shù)字信號處理的 FPGA 實(shí)現(xiàn)》.貝斯著 劉凌 胡永生譯.清華大學(xué)出版社.2003.[14]《基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》.沈紅衛(wèi)編著.北京.電子工業(yè)出版社.2005.- 23 -附錄 1 PCB 圖附錄 2 原理圖1122CR110u S1VCCRSTY112MCY230pCY130pX1X2R21KP10/T21 P11/T2EX2P123 P134P145 P156P167 P178RESET9RXD10 TXD11INT012 INT113T014 T115WR16 RD17X218 X119 GND20P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30EA/VP 31P07 32P0633P05 34P04 35P0336P02 37P01 38P0039VCC 40U1AT89S52VCCRSTX1X2P37P01P02P00P03P04P05P06P07P17P15P16P30P31P32P33P34P35P3612J12HR11KD1123LEDVCC1B1 2B23B3 4B45B5 6B67B7 E8 COM 97C 106C115C 124C 133C142C 151C 16U3uln2003VCCA1 B2C3 D4V5 V6U2*傳VCCP23P24P25P26P27P20P21P22P13P14RSRWENP23P20P21P22VCC123RX13HVCC123456789RP1傳傳P15R31KD2123LEDVCC傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳P03- 25 -附錄 3 程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longbit zf_flag=0; uchar time1_num=0;uint step_num=0;#define MOTOR_ONE_NUM 512 unsigned char code clockWise[]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09}; unsigned char code clockWise1[]={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08};sbit HW_IO=P1^5;sbit LED=P0^3;void delayms(uint ms){uint i,j;for(i=0;i7){time1_num=0;if(step_num7){time1_num=0;if(step_num0)step_num--;if(step_num==0){TR1=0;}}}}