自动门的设计_！随着社会的不断进步，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，自动门同样出现在人们的生活中。随着门的技术、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。自动门的控制方式日趋多样化，以单片机为核心的自动门系统就是其中之 一。 随着电子科技的不断发展, 各种方便于生活的智能控制系统已开始进入人们的 生活。自动门控制系统也逐渐向大型化、复杂化和智能化的方向发展, 已成为宾馆、 超市、银行等现代建筑所必备的, 是建筑智能化水平的重要指标之一。 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，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围 的普及。同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项 配置。 自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达， 当人走近自动门时， 雷达感应到人的存在，给控制器一个开门信号，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。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提 高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。

　　（1）主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模 集成块，发出相应指令，指挥电机工作，同时人们通过主控制调节门打开速度、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）电机：提供开门与关门的动力，控制自动感应门打开速度与减速速度。 （4）自动感应门行进轨道：像火车的轨道，约束门的走轮系统，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动。 （6）同步皮带：用于传输电机所产生动力，牵引自动感应门走轮系统。 （7）下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运 动时出现前后门体摆动。

　　方案 1：采用了 FPGA 的自动门控制系统设计，以按钮、无线遥控、红外感应三 种驱动方式，既可自动控制又可人工控制，操作简单并且适用范围广；采用 EDA 技术 设计主控制器的状态转换，可软件诊错；采用自动复位以及电机专用控制芯片来保证 系统的可靠运行。由于设计采用了 EDA 技术的 VHDL 设计而非传统的单片机设计，是 一种自上向下的设计方法，使得系统的开发周期短。 方案 2：设计以单片机为核心, 统一控制红外传感器和步进电机, 并通过机械直 线运动单元驱动玻璃门。 在硬件上实现了系统报普显示, 人员进出信号的采集与转换, 监控报等“ 看门狗” 技术, 电机驱动控制以及光藕隔离技术。在软件方面, 主要采 用汇编语言对单片机控制系统进行编程。与此同时,比较以上两种方案，方案 2 的设 计考虑到实用性及性价比, 所采用的芯片和器件均为通用器件, 因而整个系统的造 价并不高, 并且有较强的应用价值和良好的发展前景。因此采用方案 2.

　　方案一：采用 FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA 可以实现系 统的各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减 小了体积，提高了稳定性，并且可以利用 EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展。 FPGA 采用并行的输入方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控 制核心。但是由于本设计对数据处理的速度要求不是很高，FPGA 高速处理的优势得 不到充分的体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多， 实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的操作。 方案二:采用 ATMEL 公司的 AT89C51 作为系统的控制器。单片机算术运算功能 强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法，并且具有功耗低，体积 小，技术成熟，成本低廉等有点，使其在各个领域应用广泛。 综上所述，选择方案二，采用单片机 AT89S51 构成系统控制部分。

　　红外检测电路主要由热释电红外传感器和检测放大电路组成,核心元件是热释电 红外传感器,它能以非接触形式检测人体辐射出的红外线能量变化,并将此变化转化 为电压信号输出。 由于敏感元件的输出电压极微弱且其阻抗很高, 故在传感器内部设 有场效应管及偏置厚膜电阻,从而构成信号放大及阻抗变换电路,一般热释电红外传 感器自身的接收灵敏度较低, 检测距离仅 2m 左右。 热释电红外传感器主要安装在自 动门两侧, 当有人靠近自动门时,身体辐射出的 7~ 13ｕ m 红外线经菲涅耳透镜后, 被热释电红外传感器接收下来,并将其转换成信号,经检测放大电路内部放大等处理 后输出给 89C51 单片机。

　　在设计中, 为了方便 AT89C51 单片机的连接本系统选用 ADC0809 芯片对采集到的 进出自动门的人员感应信号进行模数转换。其分辨率为 8 位，不必进行零点和满度调 整, 且具有高阻抗斩波稳定比较器,8 个通道的多路开关可直接存取个单端模拟信号 8 中的一个利用单片机写启动转换器, 转换结束后再由 ADC0809 向 AT89S51 发出中断 请求信号, CPU 响应中断请求。通过对译码器的读操作, 读取转换结果并送到被测 的相应存储区。再重新选择被测, 并再次启动 A/D 转换后中断返回。

　　驱动器采用专业 H 桥组件 LMD18200 , 它是美国国家半导体公司 (NS)生产的用于电机驱 动的功率集成芯片, 内部集成 4 个 DMOS 构成一个 H 桥,具备完善的逻辑控制电路和芯片保护 电路, 工作电压高达 55 V,峰值输出电流高达 6 A,连续输出电流 3 A,输入 TTL /CMOS 电平兼容, 本系统采用单极。 单片机输出的电机控制信号主要有 3 个:电机使能信号、电机运动方向信号、电 机速度控制信号。为了保证系统的稳定可靠, 单片机的 P WM 输出采用光耦 HCPL4504 接到 LMD18200,它控制着电机转速的大小;单片机通过低速光耦 TLP521-2 接到 LMD18200 控制电机 的方向和电机绕组短路刹车。

　　报警控制以显示灯的方式给出。 当有人员进出时, 若系统正常工作, 显示灯为绿 色若系统发生故障, 显示灯变为红色, 此时不允许人员的进出。由于系统中 AT89C51 本身的 I/O 口线资源紧张，要控制的闪光报警的 LED 数目较多，所以可采用扩展一片 74LS377 8D 锁存器芯片，锁存器输出 8 个 LED。在电路中将共阴极 LED 发光二极管的 阴极连接在一起, 通常将此公共阴极接地, 当某个发光二极管的阳极为高电平时, 发光二极管点亮, 这样我们就可以控制是进出灯亮还是报普灯亮。接口电路如图 3.2 所示。

　　当 AT89C51 受到干扰而失控时, 会引起程序跑飞而脱离用户程序, 导致系统无 法正常完成任务。例如本系统如果出现程序跑飞, 可能导致自动门的开合无法控制, 报普与显示灯无法正常显示, 这将给客户带来众多不便。 指令冗余和软件陷阱技术不 能使失控的程序摆脱困境, 这时系统将瘫痪。 若工作人员在场, 可按下人工复位按钮,

　　强制复位。 但工作人员不可能一直监视着系统, 即使监视着系统, 也往往是在引起不 良后果之后才进行人工复位。因此,设置可靠的‘’看门狗” 是防止单片机死机、提 高系统抗干扰性的一种重要手段。另外,“看门狗” 电路还提供了掉电保护作用, 避 免了电源掉电时系统数据的丢失。

　　行程检测电路通过检测门行程开关的闭合情况来发送不同的信号,使电机改变转 速,进而控制门运行的速度以提高运作效率。为了保护门不受到损害和保证门运行效 率, 在门行程检测电路中设置了四个行程开关。它们分别代表开门极限、 行程极限 a 、行程极限 b、关门极限。正常开门过程中, 电机运动都分成四个阶段:加速、 高 速匀速、 减速、 低速保持,门的关闭过程则与上述过程相反。电机首先加速直至最 高速度,维持一段距离, 就开始减速,最后以低速运动到终点, 以尽量减少门对门框 或对另一扇门的撞击。门运行到极限位置时, 限位开关动作,单片机根据接收到响应 的信号,改变电机运行速度。相应的开门速度曲线 开门速度曲

　　在开门和关门的过程中, 系统通过光电编码器,一直监视电机的速度和位移。如

　　果电机的速度远小于期望的速度,认为撞到了障碍物或人,就会立即使门停下,执行倒 转运动。 然后,门以慢速再次开门,如果没有障碍物,门一直运动到开门终点,就转为正 常的操作;如果在同一位置再次遇到障碍物,系统复位。 关门过程中的倒转与开门时倒 转类似。

　　系统的软件程序主要可分为主程序和中断服务程序组成。主程序模块主要包括 AT89C51 本身的初始化, 设置 ADC0809 等的工作方式和初始状态，启动 A/D 转换等主 程序流程图如图 4.1 所示。系统功能分析如下： (1)工作流程分为两种情况有人员进出和无人员进出。当有人要进出时, 门接收 到信号而自动打开无人进出时, 门是闭合的。即在初始状态下, 自动门是闭合的。 (2)自动门的开合由控制信号和门限反馈两者共同决定。接收到控制信号后, 若 此时的门状态是开的, 则不必驱动电机, 只要继续保持开状态即可如若门的状态是 闭合的, 则要驱动电机使门打开。 (3) 若没有连续的人员进出, 则门的开合有一个最低限度的延时, 即人员通过 后, 再过 15 秒钟门自动闭合。 （4）在系统中完成照明功能，如果检测到亮度低于 5lux 时，开启照明装置。否 则照明装置关闭。

　　仿线)工作流程分为两种情况有人员进出和无人员进出。当有人要进出时, 门接收 到信号而自动打开无人进出时, 门是闭合的。即在初始状态下, 自动门是闭合的。 (2)自动门的开合由控制信号和门限反馈两者共同决定。接收到控制信号后, 若 此时的门状态是开的, 则不必驱动电机, 只要继续保持开状态即可如若门的状态是 闭合的, 则要驱动电机使门打开。 (3) 若没有连续的人员进出, 则门的开合有一个最低限度的延时, 即人员通过 后, 再过 15 秒钟门自动闭合。 （4）在系统中完成照明功能，如果检测到亮度低于 5lux 时，开启照明装置。否 则照明装置关闭。

　　本系统在开发过程中, 结合了信号技术、嵌入式技术以及电机控制技术等, 并在 C 语言的基础上完成该设计。其主要特点是电路结构简单、工作稳定可靠且成本相对 比较低。并且在功能上也达到了较为满意的效果, 实现了进出显示, 系统故障报答显 示, 特别是采用了硬件看门狗定时监控技术, 便于在系统发生故障时及时通知相关工 作人员到场检修, 基本实现了自动门的智能控制。本设计也便于功能扩展, 因单片机 尚有不少资源能被利用。如可以加入身份验证功能, 企业单位中的划卡计时服务功能 等。目前的自动门控制系统正向更加智能化的方向发展, 现阶段采用监控式完全控制 和不完全控制, 随着控制系统的复杂性, 涉及领域的广泛性和国际间合作性的加大, 这种控制方式也播要被进一步加强, 这样才会更加提高它的实用价值以及在恶劣环 境下工作的能力和效率。