1、基于單片機的自動感應門設計摘 要現在的社會在不斷地發展、科技也在不斷的進步，人們的生活水平也就逐漸的提高起來，自動感應門開始逐步的進入人們的日常生活中，應用于一些公共場所，例如：賓館、超市、銀行等，成為現代建筑中的必備之一。自動感應門具有美觀大方、防風、防塵等優點，同時也方便了人們的進出的管理，方便了人們出入，增強了安全。它具有較強的實用性，功能也十分齊全，用單片機系統進行控制，使人們能夠更加方便的出入，不用再自己推門進出。它讓我們大家知道智能時代離我們越來越近。本次畢業設計主要采用單片機AT89C51為控制核心，熱釋電型紅外傳感器，電機等相結合的設計作品。本次設計產品充分發揮了單片機的性能，

2、其優點為電路簡單，軟件功能具備，控制系統完善等。關鍵詞： 自動感應門 單片機 電機 熱釋電紅外傳感器AbstractNow society in constant development, science and technology is also in constant progress, people's standard of living will gradually rise up, automatic induction door began to gradually into the People's Daily life, used in some publi

3、c places, such as: hotels, supermarkets, Banks, etc., to become one of the essential of modern architecture. The automatic induction gate has the advantages of beautiful appearance, windproof, dustproof, etc. It also facilitates the management of people in and out, convenient for people to go in and

4、 out and enhance the security. It has a strong practicability, the function is also very complete, with the single-chip computer system to control, enables people to be more convenient to go in and out, do not have to push the door in and out. It lets us all know that the age of intelligence is gett

5、ing closer and closer to us.This graduation project mainly adopts single chip microcomputer AT89C51 as the control core, pyroelectric infrared sensor, motor and other design works. This design product gives full play to the performance of single chip microcomputer, its advantages are simple circuit,

6、 software function, control system perfect, etc.Keyword：automatic door;SCM;Electric machinery目錄1緒論11.1自動感應門設計的背景11.2自動門的發展歷史11.3自動感應門設計的功能概述12 系統總體方案32.1系統的總體規劃32.2元器件介紹32.2.1單片機的引腳及定義介紹32.2.2熱釋電紅外傳感93 硬件設計113.1基本的單片機系統113.2 紅外檢測電路113.2.1 放大信號電路123.3 步進電機電路143.4 LCD液晶顯示器簡介153.4.1 液晶原理介紹153.4.2液晶模塊簡介

7、163.4.3液晶顯示部分與89C51的接口173.5鍵盤模塊設計184控制系統軟件設計194.1 主程序設計194.1.1 主程序流程圖194.2調試204.2.1 硬件調試204.2.2 軟件調試204.2.3 調試中出現的問題205總結與展望22致謝23參考文獻2421緒論1.1自動感應門設計的背景現在的社會在不斷地發展、科技也在不斷的進步，人們的生活水平也就逐漸的提高起來，自動感應門開始逐步的進入人們的日常生活。單片機對自動感應門的設計提供了方便，把單片機作為自動感應門的中樞控住單元，這說明人們離智能時代更進一步。自動感應門具有出行便捷、方便管理等優點。它有較強的實用性，功能也十分齊全

8、，用單片機系統進行控制，使人們能夠更加方便的出入，不用再自己推門進出。這讓我們知道，智能時代的來臨加快科學技術的發展，讓我們的生活變得更加美好。1.2自動門的發展歷史自動門是門的一種，它的出現是根據人的生存需求所發展出來的。自動門就是用感應器把到人到來的信息當做開門信號，當人到來后，感應器把信號傳給單片機，然后再通過驅動系統把門開啟，在人離開后把門自動關閉，這種能夠根據人們的到來離去自動開關的門就是自動門?，F在，自動門在公共場所已是隨處可見。在二十世紀年以后自動門逐漸應用于建筑，在當時，因為美國的超級市場的開放，自動門開始走向世界的舞臺。油壓式、空氣式自動門是世界上第一自動門品牌是多瑪在194

9、5年研發出來的，從此自動門被廣泛的應用。電氣式自動門出現于1962年，自此自動門被人們越開越重視，自此已經有了長足的發展?，F在自動門的存在是為了突出建筑的藝術美，自動門與其建筑以及周邊環境的和諧自然、整潔大方等，同時也有其高效的通行理念。自動門從出現以后，經過大規模發展，出現了大批的專業制造商，形成了種類齊全、功能完善的自動門產業，一直到現在自動門還在不斷發展與完善的中，未來自動門會更加的便捷與安全。1.3自動感應門設計的功能概述本次設計的自動門感應門主要有以下3點功能：（1）當有人進出門的時。當人走到離自動門一定的距離時，安裝在自動門上的熱釋紅外線傳感器信號檢測器探頭檢測到有人移動時，就會傳

10、輸信號給單片機，經過軟件編譯后，把控制信號傳輸給電機，進行開門。（2)當人離開后延遲關門。當然人離開后，熱釋紅外線傳感器信號檢測器沒有檢測到有人在離門一定的范圍內移動時，在延遲幾秒后，傳輸信號給單片機，經過軟件編譯后，把控制信號傳輸給電機，進行關門。（3)當在關門的時候檢測到來人時，將立即開門。當關門時，熱釋紅外線傳感器信號檢測器探頭突然檢測到在離門一定的范圍內有人移動，則傳輸信號給單片機，經過軟件編譯后，把控制信號傳輸給電機，立刻停止關門，進行開門。2 系統總體方案2.1系統的總體計劃本次畢業設計主要是以單片機為核心的自動感應門。當自動感應門在工作的時候，單片機將不間斷的檢測紅外檢測電路的輸

11、出信號，然后把紅外檢測電路的輸出信號傳輸給單片機，經過軟件的編譯后，再把控制信號傳輸給電機，電機根據控制信號帶動自動門運行。當系統檢測到紅外檢測電路的輸出信號發生改變時，就轉換的對應的模式。如自動門在關門的過程中遇到阻礙時，自動門將立即開門。本畢業設計系統的原理方框圖如2-1所示。 2.2元器件的介紹2.2.1單片機的定義及引腳簡單介紹AT89C51是一種高性能的CMOS8位單片機，其中AT89C51內含有128bytes的隨機儲存器（RAM）和4K bytes的可反復擦寫的只讀22程序存儲器（PEROM）。AT89C51采用非易失性儲存、高密度的生產技術，它與標準的MCS-51系列的單片機指

12、令和引腳是一樣的，所以可以兼容MCS-51系統，AT89C51主要優勢是內置Flash儲存單元和通用8位中央處理器（CPU）。AT89C51的引腳圖為圖2-2-1：圖2-2-1 AT89C51引腳圖下表2-2-1是各引腳的端口名稱及功能:管腳管腳編號功能VCC40腳輸入電流端口、電源正極。GND20腳接地端口、電源負極。XTAL119腳反向振蕩放大器的輸入端和內部時鐘工作電路的輸入端。XTAL218腳是反向振蕩器的輸出端。P0.0P0.73932腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：地址/數據復用總線端口，低8位地址線A0A7，數據線D0D7。P1.0P1.718腳標準I/O端口

13、。P2.0P2.72128腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：地址端口，高8位地址線A8A15。P3.010腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：串行輸入端口。P3.111腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：串行輸出端口。P3.212腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：外部中斷0。P3.313腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：外部中斷1。P3.414腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：計時器0外部輸入。P3.515腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：計時器1外部輸入。P3.616腳功

14、能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：外部數據儲存器寫選通。P3.717腳功能一：普通的I/O端口，輸出/輸入端口。功能二：外部數據儲存器讀選通。RST9腳復位輸入端，高電平有效。當振蕩器運行時，要保持RST腳出現兩個機器周期以上的高電平時間。PSEN29腳外部程序儲存器的讀選通線。在外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。ALE/PROG30腳地址鎖存允許/編程信號線。用于將P0口送出的片外儲存器的低8位地址鎖存到外部地址鎖存器中。EA/VPP31腳片外ROM允許訪問端/編程電腦端。表2-2-1各引腳的端口名稱及功能1. 單片機的時鐘電路時鐘電路簡單的來說就是一個

15、振蕩器，給單片機提供一個震蕩頻率，單片機在執行操作時，必須在這個頻率的控制下進行，因此時鐘電路是單片機必須的結構。在AT89C51單片機中有一個高增益的反向放大器，反向放大器的輸出端為引腳XTAL2，輸入端為引腳XTAL1。由這個放大器構成的振蕩電路和時鐘電路在一起構成了單片機的時鐘方式。根據硬件電路的不同連接方式，單片機的時鐘方式分為外部時鐘方式和內部時鐘方式兩種。這兩種時鐘方式如圖2-2-2所示。 （1）外部時鐘方式 （2）內部時鐘方式 圖2-2-22. 單片機的復位電路復位就是把單片機初始化操作，把CPU和系統的其他部分恢復到的一個設定的初始狀態，從這個狀態開始工作。其主要功能是當程序運

16、行出錯或系統處于鎖死狀態時，為了使程序能夠運行，需要進行復位操作處理這類問題，從設定的初始狀態重新啟動程序。RST引腳是AT89C51單片機復位信號的輸入端，當此引腳運行二個機器周期以上的高電平時，單片機執行復位操作；當此引腳的輸入一直為高電平時，單片機將進行循環復位狀態，此時單片機不能使用。當AT89C51單片機使用6MHz的晶振進行復位操作時，高電平的持續時間應超過4us才能夠完成復位操作。復位電路的邏輯圖為2-2-3所示:圖2-2-3復位電路的邏輯圖一個完整的復位電路應該由內、外兩部分構成。其中外部電路產生的高電平信號由引腳RST輸送至到密特觸發器，再由單片機內的復位電路在運轉周期的特定

17、時刻對施密特觸發器的輸出信號進行收集，得到內部復位操作所需要的信號。根據應用上的要求，復位電路一般分為上電自動復位和上電（開關）復位兩種形式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的，在上電后保持RST一段時間的高電平，單片機將自動進行復位操作，其電路如圖2-2-4（1）所示。上電（開關）復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位兩種。其中，按鍵電平復位比上電自動復位的不同主要在于，當單片機在運行的時候也可以進行復位操作。其電路如圖2-2-4（2）所示；而按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現的，也能夠在單片機運行時進行復位操作。其電路如圖2-2-4（3）所示。 （1） （2）

18、（3） 圖2-2-4 （1）上電自動復位（2）按鍵電平復位（3）按鍵脈沖復位2.2.2熱釋電紅外傳感器紅外傳感器是檢測紅外線能量變化的探測元件，本次設計采用熱釋電紅外傳感器。熱釋電紅外線傳感器由場效應管阻抗變換器、探測元、干涉濾光片三大部分組成。在制作時將高熱電系數材料制成薄薄的片子，在片子的兩面鍍上金屬電極，加電進行極化，在極化的兩端形成極性相反的電容器。熱釋電紅外傳感器采用非接觸式檢測外界紅外線輻射的變化，并根據其輻射變化量轉換成微弱的電壓信號經過場效應管后加以放大進行輸出。當熱釋電紅外傳感器沒有檢測到人體紅外線信號時，外界紅外輻射無變化，熱釋電紅外傳感器無電壓輸出。 當人體靜止在熱釋電紅

19、外傳感器的檢測區域內時，紅外線輻射處于穩定狀態，此時的外界紅外輻射無變化，熱釋電紅外傳感器仍然沒有電壓輸出。當人體在熱釋電紅外傳感器的檢測區域內移動時，此時的紅外線輻射則發生脈沖式變化，熱釋電紅外傳感器有電壓輸出。綜上所述，熱釋電紅外傳感器只能夠對移動或運動的人體和體溫近似人體的物體起作用。熱釋電紅外傳感器的前面安裝有菲涅爾透鏡是為了提高探測接收的靈敏度。菲涅爾透鏡利用透鏡的光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區”和“高靈敏區”，當有人從透鏡前經過時，人體發出的紅外輻射就不斷地在“盲區”與“高靈敏區”之間交替，這樣就使接收到的紅外輻射以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強能量輻射變化，使的

20、輸出電壓信號更加明顯。其中人體輻射的紅外輻射波長一般是在910um之間，而探測元件的波長靈敏度在220um范圍內幾乎穩定不變。為了使探測更加精準便在傳感器頂端開裝有一個可以通過光的波長范圍為710um的濾光鏡片，正好適用于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的范圍的波長予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器-熱釋電紅外傳感器。下圖2-2-5為雙探測元熱釋電紅外傳感器結構框圖。 圖2-2-5雙探測元熱釋電紅外傳感器結構框圖3 硬件設計3.1單片機的選用單片機是自動門感應門的控制核心。在選用單片機的時候我是基于單片機的功能來進行選購的，本次設計對單片機主要要求是控制電機的轉動和時

21、間延遲設定。AT89C51單片機的性能滿足我的要求，在價格方面也比較的便宜，所以本畢業設計中采用AT89C51單片機。AT89C51單片機的電路圖如圖3-1所示。圖3-1單片機電路圖3.2 熱電釋紅外檢測電路的設計紅外檢測電路主要由檢測放大電路和熱釋電紅外傳感器組成，其核心元件是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器采用非接觸式檢測外界紅外線輻射的變化，并根據其輻射變化量轉換成微弱的電壓信號經過場效應管后加以放大進行輸出。熱釋電紅外傳感器自身的接收靈敏度一般較低，檢測距離僅2m左右，因為紅外檢測元件是高熱電系數材料制成的，其輸出電壓極微弱且其阻抗很高，所以在傳感器內部設有場效應管及偏置厚膜電阻，從

22、而放大電路電壓。當有人在檢測范圍內移動時（向門靠近時），熱釋電紅外傳感器檢測到紅外輻射脈沖式的變化，并將其轉換成微弱電壓信號，經檢測放大電路內部放大等處理后傳輸給單片機，控制自動感應門的運動。熱電釋紅外檢測電路如圖3-2所示。圖3-2熱電釋紅外檢測電路3.3 步進電機電路步進電機簡單的來說就是把脈沖轉化為角位移的執行者，當步進電機收到一個脈沖信號，它就按設定的方向轉動一定角度。這樣可以通過控制脈沖信號來控制步進電機的轉動。在畢業設計中要求單片機要精確控制步進電機的旋轉角度和位移，經過多方面的考慮之后，決定采用130HZ308-450型號的三相反應式步進電機。130HZ308-450的三相反應式

23、步進電機的步距角為1.2°，即畢業設計的測控系統對轉角的控制精度可以達到1.2°，這有了較高的精確度。步進電機的驅動電路是根據單片機的控制信號（電脈沖信號）進行工作的。本測控系統是以AT89C51單片機為控制中心，步進電機控制系統主要由脈沖控制器、功率驅動電路、步進電機幾部分構成的。步進電機控制系統的方框圖如圖3-3（a）所示，步進電機控制系統的電路圖與3-3（b）所示。圖3-3（a）步進電機控制系統方框圖圖3-3（b） 步進電機控制系統電路圖在AT89C51單片機輸出控制信號（電脈沖信號）后，再由脈沖控制器控制各端口的通斷，實現步進電機的運轉。其控制系統由設計程序完成脈沖

24、分配工作，可以根據應用系統的需要，靈活地改變步進電機的控制方案，這可以有效地對步進電機進行控制。步進電機功率驅動電路在較大脈沖電流狀態工作時，單片機與步進電機功率回路的共地干擾，可以用光電耦合器把單片機與步機電機隔離，不僅能夠進行有效的避免強功率的干擾信號反串進主控系統還能在驅動電路發生故障時，防止功放中較高的電壓串入單片機而使其燒壞單片機。3.4 LCD液晶顯示器在畢業設計中選用了LCD1602液晶顯示器作為界面顯示一些相關的參數，。 3.4.1 液晶原理介紹LCD1602液晶顯示器采用了液晶控制透光度技術,通過控制顯示器是否透光來控制液晶的亮和暗，這樣的好處是當色彩不變時，液晶也保持不變，

25、因此無須考慮刷新率的問題。 LCD1602液晶顯示器是指它能顯示16x2的內容，及它最多能顯示32個字符，其中一個字符由5x7的點陣符位組成，每位之間都有一個點距的間隔，每行之間也有一定的間隔，起到了字符間距與行間距的作用，能夠很好地顯示字符，在顯示圖形的時候就不夠好了，但考慮到本次設計主要顯示一些重要參數，所以最后還是選用LCD1602液晶顯示器。在顯示字符時要找到和屏上某幾個位置對應的顯示RAM區的35個點，使每個字節的高位是1，低位是0，0位的點暗，1位的點亮，這樣就組成某一個字符。內帶字符發生器的控制器可讓控制器工作用文本方式，根據在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數找出顯示RAM對

26、應的地址，設立光標送上該字符對應的代碼即可顯示。3.4.2 LCD1602液晶模塊簡介LCD1602液晶模塊使用HD44780控制器，HD44780具有較強的指令集，可以提供各種控制命令，如：顯示位移、閃爍、清屏等功能。LCD1602與單片機通訊模塊采用8位或4位并行傳輸兩種方式，IR作為寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數據，數據由內部操作自動寫入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出數據，當BF為1時，液晶模塊處于內部模式，不響應外部操作指令和接受數據，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字節。8位字符編碼和字符的對應關系，CGRAM是為用戶編寫特殊字符

27、留用的，它的容量僅64字節，能自定義8個5*7點陣字符或4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，地址碼隨指令寫入IR，則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM。LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖3-4-1所示，液晶寄存器選擇控制如表3-4-2。圖3-4-1 LCD1602引腳圖RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7）、讀取位址計數器（DB0DB6）值11從數據寄存器讀取數據10寫入數據寄存器表3-4-2寄存器選擇控制3.4.3液晶顯示部分與89C51的接口 把89C51的P2端口作為數據線，P3.5、P3.6分

28、別為LCD的EN、RS端口。其中RS是寄存器選擇信號，EN是下降沿觸發的片選信號，R/W是讀寫信號。在使用顯示器時，首先進行清屏操作，再設置字型為5×7的點陣，接口數據為8位，顯示行數為1行，然后設置為整體顯示，取消字體和光標的閃爍，最后設置為正向增量方式且不移位。89C51單片機向LCD的顯示緩沖區中輸送字符，程序中采用2個字符數組，一個顯示顯示電壓數據，另一個字符，要顯示的字符被送到相應的位置后，完成后統一顯示。首先取一個要顯示的字符輸送到LCD的顯示緩沖區，程序將延時，判斷LCD是否夠顯示的個數，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數據。 LCD1602與89C51的接口圖3-

29、4-3所示：圖3-4-3 LCD1602與89C51的接口圖3.5鍵盤模塊設計畢業設計按鍵模塊采用的是3位并聯電路，此按鍵的一端接地，另一端接IO端口，因為AT89C51的IO端口內部上拉，當按鍵沒有按下的時候，IO端口檢測為高電平：當按鍵按下的時候，相當于IO端口短接地，這時候單片機檢測到的電平為低電平。AT89C51單片機通過檢測不同時刻的IO口狀態就可以判斷按下的是那個按鍵。3個按鍵分別代表以下功能，P11為開按鍵，P12為關按鍵，P13為功能按鍵。鍵盤模塊電路圖如圖3-5所示。圖3-5 按鍵模塊電路圖4控制系統設計本次畢業設計的軟件方面采用C語言編程。這個控制程序分為手動模式和自動模式

30、兩個方面。當在手動模式的時候，需要自己進行控制電機開關門；在自動模式時，由熱釋紅外線傳感器信號檢測器檢測到有人進出時，電機正傳自動開門，在人離開后，延遲10秒鐘后，沒人情況下電機反轉自動關門，若是有人進出電機將繼續延遲，直到10內檢測不到人，電機反轉自動關門，無需手動控制。4.1 主程序的流程圖圖4-1主程的流程圖4.2調試4.2.1 硬件調試在硬件調試中，我第一步是在Protel中畫出了電路原理圖，包括繪制出來PCB板接線圖。然后根據PCB板接線圖進行實物制作。在制作實物中我是采用萬能板進行制作，在制作的過程中，我事先根據PCB板的接線圖進行排版布局，先焊接電源部分，用萬用表進行測試后，沒有

31、發現問題。再圍繞著單片機，從最簡單的線路少的元件開始著手焊接，把所有元件焊接完畢，再按照PCB板的接線圖用銅絲把所有的線路連接起來。最后，在焊接完畢之后需要檢查調試。在調試之前我先對萬能板進行了檢查了，檢查線路的的連接問題，觀察是否有漏焊、虛焊、短路、錯線等問題，防止通電后燒壞電路板和元器件。在通電觀察電路板的時候，一有一次因為接錯發生短路而使電路冒煙，發熱過高而使電路發燙、燒毀了電路。經過這次我經歷我更的細心進行元器件的焊接，尤其是在連接線路的時候，更加的小心。當出現異?，F象，我立即關斷電源，排查出現的問題，進行修復后再通電重新檢測。在第一步檢測完畢沒有異常情況后，再進行輸入信號，用萬用表進

32、行數據的檢測。把檢測結果與原始數據進行對比，通過比較檢查出出現錯誤的地方，再進行修改電路進行調試，直到未發現錯誤，最終通過調試。4.2.2 軟件調試在軟件的編程調試中，我先用Keil C51編譯器對軟件進行調試模擬。在使用Keil C51編譯器的時，對工程進行編譯、連接后，在主菜單中打開“調試”菜單欄，點擊“開始/停止調試模式”圖標，進入軟件模擬仿真調試狀態。在仿真結果出來后，與我想要的結果對比，查找不理想的地方，找到并修改程序，直到得到我想要的結果。最后將在Keil C51編譯器中調試好的程序寫至單片機里。 在接上電源后，觀察整體電路的運作情況，電機的運轉功能等。并根據電路的運行情況推測程序

33、出錯的部分，然后修改程序，再經過Keil C51編譯器調試后寫至單片機中，直到作品能夠完美表達我想要的程序。4.2.3 調試中出現的問題在本次畢業設計的調試中，出現許多錯誤。其中在繪制PCB原理圖的過程中出現了一些元器件的結構與線路繪制問題，在查閱了資料后又重新繪制元器件，改正單片機與元器件的連線圖。在制作的過程中，我一共購買了3份材料，在焊接的過程中出現了一些虛焊和漏焊現象，最嚴重的是一次把元器件的電源管腳線給焊錯了，導致整塊萬能板被燒掉。只能重新開始，在最后通電測試中，感應器不靈敏，經過檢查、排查出來是在焊接過程中線的接口松動導致的。在軟件的編程中，我也查閱學習有關的技巧，經過多次的修改軟件才能正確的表達我想要的效果。最終在不斷地調試過程后電路板終于正常工作了。5總結與展望在這次畢業設計的這段時間里，我從中學到了許多的知識，不像是在書上說的那樣