自动门论文_。教学单位: 机电工程学院 专 业: 自动化 班 级: 08 自动化 B 学 号: 学生姓名: 张力 指导教师: 彭芳 完成时间: 2012 年 5 月 5 日

　　通过这次毕业设计，熟悉单片机自动门控制系统的实际应用，掌握可编 程控制器的使用与设计方法；用单片机实现自动门控制系统，达到其控制的 基本要求。

　　本设计主要实现红外传感器检测和基于 STC89C52 的单片机控制系统。 本文是关于自动门控制系统电路设计，使用红外传感器作为传感器，检测到 人体的信号，将其转化为电信号，传给单片机。减速电机作为门的驱动装置， 通过单片机控制减速电机，使其门自动打开，当人进门后又可以使门自动关 闭。

　　1) 收集资料、看资料； 2) 进行自动门控制系统总体设计； 3) 进行软件编写、硬件制作； 4) 进行软件、硬件调试及总体调试； 5) 编写毕业设计报告。

　　[1] 杨芙清,梅宏,李克勤. 软件复用与软件构件技术[J]. 电子学报, 1999, 27(2). [2] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001. [3] 王东峰.单片机 C 语言应用 100 例[M].电子工业出版社，2009. [4] 陈海宴.51 单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010. [5] 刘守等.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007. [6] 钟富昭.8051 单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007.

　　近年来随着社会的进步，人类的发展,计算机在社会领域的渗透,单片机以其体积小、 重量轻、价格便宜等特点广泛应用到国民经济建设及人们工作和生活各方面,并成为科学技 术现代化的重要工具.由于单片机所拥有的诸多特点，人们将其溶入于生活。在我们所处的 生活环境中，充斥着各种各样与单片机相结合而诞生的产物，如交通灯、声控灯、感应自 动门等.我在这次毕业设计中所选择的就是单片机与门结合的产物，自动门系统。通过对“自 动门控制系统”的研究和设计，我精心撰写了传感器控制自动门系统论文。本论文着重阐 述了以单片机为主体，电机，传感器为核心的系统。

　　经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势： 1）智能化，多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位 置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。还将增加一些新的 功能，如和住宅安防系统配合使用等。 2)免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。 3)多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。 4)高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将 是一项基本要求。

　　经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市，自动门已经随处可见，在各大厦，宾馆， 酒店，商场，银行，医院，写字楼等场所，自动门得到了大范围的普及及使用。自动门不 但能给我们带来人员进出的方便，节约空调能能源，防风，防尘，降低噪音等好处，更领 我们的建筑增添了不少高贵的典雅的气息。

　　本次设计主要工作就是通过系统软件的编程和硬件的设计来实现对自动门控制系统 的结构控制。系统用 Keil uVision4 软件来编程，采用步序状态字的变化来实现。硬件采用 的是 STC89C52 单片机来进行驱动，使小电机和按照编制好的程序来工作。通过软件和硬 件的结合从而实现对自动门控制系统的结构控制。

　　本次设计的意义在于更多的了解 STC89C52 单片机的应用，能熟练的使用 Keil uVision4 软件编程，并且能自己设计出硬件，自己去焊接和组装。这使得自己对自动控制有了更深

　　本自动门控制系统的硬件主要是由 STC89C52 单片机及其外围电路，传感器检测电路， 门行程检测电路，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。

　　感应门自动门的种类很多，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构成：

　　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 相应的指令，指挥马达或者电锁类系统的工作；同时人们通过主控制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。

　　自动门控制系统的工艺流程如下： 1）有人来时（进门或者出门）开门。当人走到离门不远的时候，安装在门上的传感器 检测装置检测到有人时，将启动电动机，开门。 2）无人时关门延时，当传感器收发装置没有检测到有人在门附近时，将延时启动电动 机关门。 3）关门途中来人，立即开门。当启动电动机关门时，感应探头突然检测到有人来时， 将立即停止电动机关门，启动电动机开门。

　　自动门控制系统主要是光电传感，运放和反相器，CPU（单片机）控制器和电机驱动 以及电源这几大部分组成。

　　其中光电传感器主要是进行信号的接受和发送，运放和反相器主要是进行了信号的处 理和传送，CPU 控制则是对于信号进行识别从而对电机驱动进行控制，电机驱动是主要控 制减速电机。电源则是为整个系统提供动力。

　　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。

　　STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另 外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为 止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。

　　VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0 口的 管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义 为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低 电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低 八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为 输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于 外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给 出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输 出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信 号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为 低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些 特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字

　　节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期 输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定 时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置 位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。

　　/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管 是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET； 当/EA 端保 持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电 源（VPP）。

　　XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振 荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余 输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求， 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

　　2 中断优先级 为什么要有中断优先级？CPU 同一时间只能响应一个中断请求。

　　来了两个或两个以上中断请求，就必须有先有后。为此将 5 个中断源分成高级、低级

　　整个 PEROM 阵列和 3 个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管 脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写1且在任何非空储存字节 被重复编程以前，该操作必须被执行。

　　此外，STC89C52 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软 件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和 中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所有其他芯 片功能，直到下一个硬件复位为止。

　　通过电位器设定一个参考电压。当 LED（红外发射管）发射出红外光（用手机的摄像 头可以看见！），遇到物体反射回来，光敏二极管 D1（红外接收管）的电阻减小，R3 上分 压增大，超过电位器 R1 上的分压时，比较器输出低电平，认为是有物体。反之，如果没 有物体阻挡，反光较差，R3 上分压小，小于 R1 上分压时比较器输出高电平，认为没有物 体在前面。

　　LED（红外发射管）和光敏二极管（红外接收管）需要用遮光物围起来，减少外界灯 光的干扰。更换场地后，需要调节电位器重新设定参考电压。

　　TA7257P 是一块控制小型直流电机的单一桥氏驱动 IC，TA7257P 的主要能性如下：

　　1) 在 IC 输入脚位，加入 0 或 1 的逻辑位准信号，以此作输入信号的组合来作不同 的控制，例如正转、反转、停止、快速制动等 四种功能。

　　2) IC 工作电压与电机驱动电压可独立输入，可作伺服控制；IC 工作电压范围为 6~18V，电机驱动电压为 0~8V。

　　4) 电流输出平均可达 1.5A，最大值为 4.5A。 TA7257P 是由 Pin1 与 Pin2 中输入逻辑位准信号，使得连接电机两端的 Pin3 与 Pin5 产生不同流向的电压，使得电机进行正、反转 等动作。 下表说明输入逻辑位准讯号与输出电压的四种不同排列组合的真值表，以及电机所对 应的动作。

　　下图为 TA7257P 的使用手册所提供的基本应用电路，Pin1 与 Pin2 为控制信号输入 端，可与无线接收电路结合，藉由接收器所输 出的高、低电位来无线 连接电动机，且并联一个电容与电阻。

　　LM324 系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大 器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到 3.0 伏或者高到 32 伏的电源下， 静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许 多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来表示， 它有 5 个引出脚，其中“”、“-”为两个信号输入端，“V”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为 输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入 端的位相反；Vi（）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 的引脚排列见图 3-6。

　　1）.短路保护输出 2）.线）.低偏置电流：最大 100nA 5）.每封装含四个运算放大器。 6）.具有内部补偿的功能。 7）.共模范围扩展到负电源 8）.行业标准的引脚排列 9）.输入端具有静电保护功能 这个是最常用的运算放大器 1，2，3 脚是一组 5，6,7 脚是一组，8，9，10 脚是一组， 12，13,14 脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7,8,14 是各组放大器的输出脚，其它的就 是输入脚。至于使用地方，那就是你需要比较器和运算放大器的所有地方你都可以用，只 是当你所需要用到运算放大器的地方对运算放大器的性能要求很高的时候那你就的看看 LM324 是不是满足性能要求了！

　　74HC04 是六反相器,既一个集成块上有六个反相器.即 1A 输入为高电平,1Y 输出就为 低电平,1A 输入低电平,1Y 输出就为高电平。

　　LM78M05三端阳极稳压器采用内置限流，热关断以及安全操作区域保护，使得该器件 几乎不受输出超载的损害。由于充分的散热设置，LM78M05可提供超过0.5A 的输出电流。 LM78M05器件的典型应用包括有本地（卡上）稳压器，结合单点调节，可有效消除噪声和 减缓性能退化。

　　减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿 轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢 铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。

　　1) 同轴式斜齿轮减速电机结构紧凑,体积小,造型美观,承受过载能力强。 2) 传动比分级精细,选择范围广,转速型谱宽,范围 i=2-28800。 3) 能耗低,性能优越,减速器效率高达百分之九十六,振动小,噪音低。 4) 通用性强,是用维护方便,维护成本低,特别是生产线,只需备用内部几个传动件即可保 证整线正常生产的维修保养。 5) 采用新型密封装置,保护性能好,对环境适应性强,可在有腐蚀、潮湿等恶劣环境中连续 工作。

　　减速电机的驱动用 TA7257P 电动机驱动芯片进行驱动在上面已经讲到。

　　电子产品中，常见的稳压集成电路有正电压输出的 78 系列和负电压输出的 79 系列。 用 78/79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件很少，电路内部还有过流，过热 以及保护电路，用起来可靠，方便，而且价格便宜。

　　整个系统软件主要由主程序，开门子程序，关门子程序，中断服务服务程序组成。主 程序主要是完成系统进行初始化，中断设置等功能。程序设计中设置了一个外部中断 0， 它保证了自动门能能够在无人操控的情况下自动运行，主要功能是当检测到有人出入门 时，启动电机，从而实现自动开关门的目的。

　　在开门过程中首先要进行检测，当没人的时候，单片机会启动自动关门信号。电机正 转。门关闭，直到门关到限位开关出。当有人的时候，光电管发射红外被人体吸收，将电 压变化通过比较器，输出一个数字信号给单片机，单片机感应到，发出一个开门信号。电 机反转。门打开。当门打开到最大处时，没有感应到有人，门自动关闭。当门在关闭过程 中检测到信号时会朝反方向运动，将门打开。

　　程序设计中设置了一个外部中断 0，它保证了自动门能能够在无人操控的情况下自动

　　运行，主要功能是当检测到有人出入门时，启动电机，从而实现自动开关门的目的。

　　首先画出原理图。接着根据原理图进行实物的制作。在制作的过程中，事先根据元件 的大小排版布局，以单片机为中心，从简单，线路少的元器件开始着手，围绕单片机把所 有的元件焊接完毕。最后，焊接完毕之后需要检查调试。

　　首先通电观察电路板是否有异常，一般观察的是有无因接错产生短路而使电路冒烟， 发热过高而使电路发烫甚至烧毁电路。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障 后而通电重新检测。在第一步检测完毕无异常后，在输入信号，用万能表进行数据的检测。 在与原始数据的对比，通过比较检查出出现的错误部分，再进行修改调试，直到未发现漏 洞。进行调试，确保硬件接线合理安全，电路完整能够达到运行的标准。

　　在调试程序的过程中出现了灯不亮，或者给了信号电机不转动的情况，在多次用万能 表的检测下发现是虚焊和电阻接反的问题。

　　在调试过程中发现电机正转和反转均有时出现卡壳的问题,经检测发现是电压不稳的 问题。

　　首先，并不是把编好的程序直接烧进单片机，而是先用 keil C51 编译器进行调试。在 使用 keil C51 编译器时，对工程成功地进行编译，连接以后在主菜单中打开“调试”栏， 点击“开始/停止调试模式”，即可进入软件模拟仿真调试状态，keil C51 内建立一个仿真 CPU 用来模拟执行程序，该仿真 CPU 功能非常的强大，可以在没有硬件和仿真器的情况 下进行程序的调试，但是在时序上，软件模拟仿真是达不到硬件的是时序的。进入调试状 态后，“调试”栏菜单项中原来不能用的命令现在已经可以使用了。调试程序看是否能仿 真，如果运行正常再将在 keil C51 编译器中调试好的程序烧进入单片机。

　　在接上电源时，观察整体电路是否按照预计设计的运行，电机是否正转，电机是否反 转等。可根据电路的运行情况推测出程序出错的部分，修改程序后再经过 keil C51 编译器 调试后烧入单片机，反复检测直到能完全的正常工作。

　　在调试的过程中，出现了各种错误，包括硬件设备和软件程序。 在调试程序的过程中出现了灯不亮，或者给了信号电机不转动的情况，在多次用万能 表的检测下发现是虚焊和电阻接反的问题。

　　在调试过程中发现电机正转和反转均有时出现卡壳的问题,经检测发现是电压不稳的 问题。

　　软件程序也修改了很多次才成功，最终在不断的多次修改调试后，电路板能正常的工 作了。

　　本次毕业设计的内容涉及硬件和软件两个部分，该课题的研究在实际生活中具有很大 的应用意义，对于现今生活中的应用得非常重要和广泛。总体而言设计完成的主要工作有 下：

　　1）查阅了相关资料，对设计内容、意义方面有了比较深的认识和理解。阐述了设计 问题是在怎么样的情况下提出的，描述了设计要完成的任务，说明了课题研究的目的、意 义和采用的研究方法等。

　　2）通过焊接电路板增强了自己的动手能力，使得自己更加的了解到单片机的用途和 原理。

　　通过本次自动门控制系统的设计，我才发现我所学的东西的肤浅，知识面的不牢固。 在选择方案的时候，产生模棱两可的情况。经常是边设计边复习学过的课本知识。这些使 我知道了“纸上谈兵”是绝对不行的，只有通过实践，自己亲手试一试，才能发现自己知 道的缺陷和不足，才能更好的与所学的知识相结合。

　　[1] 杨芙清,梅宏,李克勤. 软件复用与软件构件技术[J]. 电子学报, 1999, 27(2). [2] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天出版社，2001. [3] 王东峰.单片机 C 语言应用 100 例[M].电子工业出版社，2009. [4] 陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2010. [5] 刘守.单片机技术基础[M].西安电子科技大学出版社，2007. [6] 钟富昭.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，2007. [7] 李平.单片机入门与开发[M].机械工业出版社，2008. [8] 林立，张俊亮，曹旭东，刘得军.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2009. [9] 罗飞，文小玲，许玉格.电力拖动于运动控制系统[M].北京：化学工业出版社，2007. [10] 于洋，葛斌，苏晓鹭.基于单片机技术的自动门智能控制系统[J].计算机系统应用，2008（4）：15-18.

　　时光匆匆如流水，转眼间便是大学毕业的时节，春梦秋云，聚散真容易，离校日期已 日趋临近，毕业设计论文的完成也随之进入尾声。在本次论文设计过程中，彭芳老师对该 论文从选题，构思到最后的定稿的各个环节给予细心指导与教导，使我最终完成毕业设计。 在这四年的学习当中我还得到了众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心 的感谢和崇高的敬意！

　　四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰富的知识，更是重要的阅读，在实践中所培养的 思维方式，表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到的许多良师益友，无论在学习还 是生活上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难 以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最高的敬意。

　　最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师 表示感谢。