1、安徽工商職業(yè)學(xué)院2015屆畢業(yè)論文（設(shè)計）畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文）課題名稱：基于單片機的自動感應(yīng)門設(shè)計 指導(dǎo)教師： 吳房勝 系 別： 電子信息系 專 業(yè)： 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù) 班 級： 12物聯(lián)網(wǎng) 姓 名： 江魁 摘要 隨著科技的不斷發(fā)展，自動門在人們?nèi)粘Ｉ钪袛嗟玫搅藦V泛的應(yīng)用，同時對其安全性及各方面的性能的要求越來越高。自動門的控制系統(tǒng)是隨著人們對生活條件的不斷追求，科技的不斷發(fā)展應(yīng)運而生的高科技產(chǎn)品。由于單片機系統(tǒng)的適應(yīng)能力強，穩(wěn)定性高，所以本設(shè)計采用AT89C51單片機作為主控制器。 本次設(shè)計是紅外線自動門控制系統(tǒng)，使用紅外線傳感器作為感應(yīng)器，檢測到人體輻射的紅外線能量變化，將其轉(zhuǎn)化為電

2、信號，傳給單片機。交流電機作為門驅(qū)動裝置。通過單片機控制交流電機，使門自動打開，當人進門后又可以使門自動關(guān)閉。本課題主要實現(xiàn)紅外線檢測和基于AT89C51的單片機控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：單片機；熱釋紅外線傳感器；AT89C51；BIS0001芯片Abstract With the development of science and technology,automatic doorinterrupthas been widely usedin peoples dailylife,at the same timeon the performance ofsecurity andthe requir

3、ements ofincreasingly high.The control system of automaticdooriswith people constantlypursuit ofliving conditions,emerge as the times requirethe continuous development of science and technologyof high-techproducts.Because the SCMsystemhas strong adaptability,high stability,sothis design uses AT89C51

4、 microcontrolleras the main controller. The designof infrared automaticdoor control system,using infrared sensors as sensordetect human radiation infrared energy change,transformed into electrical signals,transmitted to the single chip microcomputer.AC motor as thedoor driving device.Through the MCU

5、 to controlthe AC motor,so that the door opened automatically,when the person after the door andcan make the doorclosed automatically.This subject mainly realizes infrared detection andcontrol systembased on AT89C51single chip microcomputer.Keywords: single chip microcomputer;pyroelectricinfraredsen

6、sor;AT89C51;BIS0001 chip目錄一 緒論1（一） 課題研究的可行性1（二） 自動門的發(fā)展1（三） 電機自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展1（四） 課題研究的目的和意義2（五） 課題研究的要求2（六） 設(shè)計的基本思路3二 系統(tǒng)硬件設(shè)計4（一） 設(shè)計電路的框圖和原理（原理圖見 附錄1）4（二） 單片機介紹51 AT89C51管腳說明62 AT89C51 主要特性73 芯片擦除7（三） 熱釋電紅外傳感器介紹7（四） BISS0001芯片介紹和典型電路81 BISS0001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點92 BISS001管腳圖及管腳說明103 BISS0001工作原理10（五） 步進電機111 步進電動

7、機的特點122 驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成123 斬波驅(qū)動13三 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試15（一） 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)15（二） 各部分程序流程設(shè)計（見附錄2）15（三） 調(diào)試15（四） 門行程檢測及故障檢測15謝辭17參考文獻18附錄1：設(shè)計電路原理圖19附錄2：信號流程說明19附錄3：程序源代碼19一 緒論（一） 課題研究的可行性 在不斷發(fā)展的當今社會科技化、信息化程度越來越高，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域也就越來越廣，成為人們生活不可或缺的一部分。隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。同時也標志了自動控制領(lǐng)域成為

8、了數(shù)字化時代的一員。它實用性強，功能齊全，技術(shù)先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 本論文著重闡述了以單片機為主體，步進電機、傳感器為核心的系統(tǒng)。 （二） 自動門的發(fā)展 自動門從理論上理解應(yīng)該是門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進行的發(fā)展和完善。自動門指：可以將人接近門的動作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。 自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀年以后。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用，受此影響，世界第

9、一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式己開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當初，用供給建筑物用電源進行電動機的速度控制很難，只好進行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。例如：各種用可識別控制的自動專用門，如：感應(yīng)自動門(紅外感應(yīng)，微波感應(yīng)，觸摸感應(yīng)，腳踏感應(yīng))、刷卡自動門等。 21世紀的今天，門更加突出了安全理念，強調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理念，強調(diào)門與建筑以

10、及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式-自動門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。（三） 電機自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展 電動機作為最主要的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱、空調(diào)、DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動機。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有

11、百分之六十是用于電動機的。電動機與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時代，電動機的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關(guān)元件來實現(xiàn)。還有一類控制叫復(fù)雜控制，是指對電動機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進行控制。 隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微型計算機的性能越來越高，價格也越來越便宜。此外電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機來控制各類電機完成備種新穎的、高性能的控制策略，是電機的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，是

12、電機的性能更符合使用要求，還可以制造出便于控制納新型電機，使電機出現(xiàn)新的面貌。 比較簡單的電機微機控制，例如在適當?shù)臅r候讓電機啟動、制動或反轉(zhuǎn)之類，只要讓微機控制繼電器或電子開關(guān)元件使電路開通或關(guān)斷就可以了：在各種機床設(shè)備及生廣流水線中，現(xiàn)在已普遍采用微機的可編程控制器。按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。 復(fù)雜的電機微機控制主要用于以下兩個方面： 1、 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。用以保證正常工作時發(fā)電機電壓穩(wěn)定，發(fā)生故障后盡可能保持穩(wěn)定，達到優(yōu)化控制的目的。 2、電動機調(diào)速及其位置伺服控制。用于鼓風(fēng)機或水泵的調(diào)速節(jié)能、數(shù)控機床、微型計算機磁盤驅(qū)動器、機器人等控制系統(tǒng)。 在電機微機控制系統(tǒng)中，微機主要

13、完成下列工作： 1、 實時控制。根據(jù)給定的要求駛控制規(guī)律，對發(fā)電機的電壓，電動機的轉(zhuǎn)速等物理量實現(xiàn)在線實時控制。 2、監(jiān)控。完成事故報警、事故處理、系統(tǒng)診斷及管理等。 3、數(shù)據(jù)處理 完成必要的數(shù)據(jù)采集、分析處理、計算、顯不、記錄等。 （四） 課題研究的目的和意義 自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中自動平移門使用得最廣泛，我們通常所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門。 自動平移門最常見的結(jié)構(gòu)形式是自動門機械驅(qū)動裝置和門內(nèi)外兩側(cè)紅外線，當人走近自動門時，紅外線感應(yīng)到人的存在，給控制器一個信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當人通過

14、門之后，再將門關(guān)閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，提高了建筑的檔次。 隨著電子科技的不斷發(fā)展, 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動平移門控制系統(tǒng)成為學(xué)校、公司等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。（五） 課題研究的要求（1）了解各種元器件的原理及其在電路中的作用，繪制出電路原理圖。 （2） 查閱相關(guān)資料，了解有關(guān)自動門設(shè)計的一些必要的知識。 （3） 復(fù)習(xí)在學(xué)校里所學(xué)的知識，并且聯(lián)系實際，想好設(shè)計方案等等。 （六） 設(shè)計的基本思路1、 有人來時（進門或出門）開門。當人走到離門不遠的時候，安裝在門上側(cè)的熱釋紅外線傳感器信號檢測裝置檢測到有人時，將

15、啟動電動機帶動傳動鏈開門。 2、 無人時關(guān)門延遲,當熱釋收發(fā)裝置沒有檢測到有人在離門1m的范圍內(nèi)，將延遲1秒啟動電動機帶動傳動鏈關(guān)門。 3、 關(guān)門中途來人，立即開門。當啟動電動機帶動傳動鏈關(guān)門時，感應(yīng)探頭突然檢測到在離門1m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動機關(guān)門，啟動電動機帶動傳動鏈開門。 總體結(jié)構(gòu)圖如下圖1-1： 圖1-1 設(shè)計總結(jié)構(gòu)二 系統(tǒng)硬件設(shè)計（一） 設(shè)計電路的框圖和原理（原理圖見 附錄1）紅外自動門控制系統(tǒng)主要由AT89C51單片機及其外圍電路、紅外檢測電路，門行程檢測電路、步進電機控制電路、故障檢測電路、故障顯示電路、控制方式切換電路等七部分組成。單片機循環(huán)檢測紅外檢測電路和門行程檢測

16、電路輸出信號，據(jù)此產(chǎn)生步進電機控制信號，電動機帶動門運行，當系統(tǒng)檢測到控制方式發(fā)生改變時，系統(tǒng)進入相應(yīng)的控制方式。如門在關(guān)門過程中遇到人或其他障礙物時門無條件朝相反方向打開，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進入故障處理程序。 系統(tǒng)硬件框圖如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)硬件框圖感應(yīng)自動門的種類很多，在此，僅以平移型感應(yīng)自動門機作為設(shè)計的重點。首先，平移式自動門機組由以下部件組成： （1）主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （2）感應(yīng)探測器：負責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體

17、進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號。（3）動力馬達：提供開門與關(guān)門的主動力，控制門扇加速與減速運行。（4）門扇行進軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。（5）門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。（6）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。（7）當門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進

18、入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，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，通知馬達作反向運動，關(guān)閉門扇。 （二） 單片機介紹 單片微型計算機簡稱單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是

19、被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 由于單片計算機具有體積小，重量輕，耗電少，功能強和價格低等特點，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內(nèi)傳送處理，所以運行速度快，抗干擾能力強。單片機從七十年代問世以來，在二十多年的時間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。單片機具有通訊接口，用單片機進行接口的控制與管理，單片機與主機可并行工作，大大地提高了系統(tǒng)的運行速度，所以在網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域也得到了越來越多的應(yīng)用。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。A

20、T89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 外形及引腳排列如圖2-2所示：圖2-2 AT89C51外形及引腳圖1 AT89C51管腳說明VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每

21、腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或

22、16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0 RXD：串行輸入口 P3.1 TXD：串行輸出口 P3.2 /INT0：外部中斷0 P3.3 /INT1：外部中斷1 P3.4 T0：記時器0外部輸入 P3.5 T1：記時器1外部輸入 P3.6 /WR：外部數(shù)據(jù)存儲器 P3.7 /RD：外部數(shù)據(jù)存儲器 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 2 A

23、T89C51 主要特性 * 與MCS-51 兼容 * 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 * 壽命：1000寫/擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)保留時間：10年 * 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz * 三級程序存儲器鎖定 * 128*8位內(nèi)部RAM * 32可編程I/O線 * 兩個16位定時器/計數(shù)器 * 5個中斷源 * 可編程串行通道 * 低功耗的閑置和掉電模式 * 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3 芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)

24、有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。（三） 熱釋電紅外傳感器介紹 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探

25、測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10-20米范圍內(nèi)人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內(nèi)幾乎

26、穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，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。 熱釋紅外線傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路如下圖2-3所示。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有T的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱電壓V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當

27、環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應(yīng)管FET等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm-12mm之間的紅外信號的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑸榱酥粚θ梭w的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光

28、片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。 缺點：容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。（四） BISS0001芯片介紹和典型電路圖2-3 BISS0001芯片BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫

29、房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，而且也能和其他多種傳感器進行匹配。它的內(nèi)部是由運算放大器、電壓比較器、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路等組成。 BISS0001采用16腳標準型塑料封裝結(jié)構(gòu)。1 BISS0001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點 下圖2-3中，運算放大器OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器01：2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器COPl和ODP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號VS去啟動延遲時間定時器，輸出信號VO經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動繼電器

30、去接通負載。 圖2-4 熱釋紅外傳感器處理芯片BISS0001的特點： *CMOS工藝，公耗低 *數(shù)模混合*具有獨立的高輸入阻抗運算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器 *采用16腳DIP封裝 * 內(nèi)置參考電源 *工作電壓范圍寬（3V5V) 2 BISS001管腳圖及管腳說明圖2-5 BISS001管腳圖 1腳（A）為觸發(fā)方式控制端，當A1時，電路可重復(fù)觸發(fā)；當A0時，電路不可重復(fù)觸發(fā)。 2腳（V0）為控制信號輸出端，當有傳感信號輸人時，V0輸出高電平。 3腳（RX）和4腳（CX）為輸出定時控制器T，的外接元件端，定時時間為：TX50103RXCX。

31、5腳（Ri）和6腳Ci）為鎖定時間控制器i的外接元件，鎖定時間Ti24RiCi。 7腳（VSS）為電源正端。 8腳（VRF）為參考電壓及復(fù)位端，使用時一般接VDD，若按SS，可使定時器復(fù)位。 9腳（Vc）為觸發(fā)禁止端，當VCVR時禁止觸發(fā)；當VCVR時，允許觸發(fā)，VR0.2VDD. 10腳（IB）為偏置電流設(shè)置端，由外接電阻RB接SS端，RB一般取1M的電阻。 11腳（VDD）為電源正、負端。 12腳（OUT2）為第二級運放的輸出端 13腳（IN2-）為第二級運放的反相輸人端。 14腳（IN1+）第一運放的同相輸入端。 15凈（IN1-）第一運放的反相輸入端。 16腳（OUT1）為第一運放的輸

32、出端。 3 BISS0001工作原理BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。當熱釋電紅外傳感器接收到人體紅外輻射后輸出檢測信號，然后由14腳輸入BISS0001,經(jīng)地內(nèi)部電路處理，由2腳輸出探測信號（正向脈沖信號）。輸出脈沖信號的寬度由外接電阻R9和電容C6來決定。當 2腳輸出控制脈沖后，電子開關(guān)被接通，數(shù)字編碼電路和無線電發(fā)射電路由于得到電源而開始工作。電源變壓器為5W/15V，E為12V免維護蓄電池，供停電使用。S1為鎖控電源開關(guān)，可根據(jù)需要安裝在適當處所，用來接通工作電源，無必要時可取消設(shè)置。SCR采用1A的單

33、向可控硅。HFC9301為軟封裝發(fā)聲電路，發(fā)聲為“嘀、嘀”聲。電路的調(diào)試主要是主機與各分機之間的統(tǒng)調(diào)。將發(fā)射電路和接收電路組裝好后，先將發(fā)射機中C10的調(diào)至適當位置后固定不動，接著調(diào)整接收機中的C1，使接收機能收到發(fā)射機發(fā)出的信號。若為“一對多”或“多對一”報警系統(tǒng)，應(yīng)先將主機“一”（可以是發(fā)射機，也可以是接收機 ）調(diào)好固定，然后調(diào)整各分機，使其與主機統(tǒng)調(diào)。BISS0001 應(yīng)用線路圖如2-5所示。 圖2-6 BISS0001的熱釋電紅外開關(guān)應(yīng)用電路圖 上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號Vs。

34、SW1是工作方式選擇開關(guān)，當SW1與1端連通時，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當SW1與2端連通時，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。圖中R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選10K，實際使用時可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時間TX由外部的R9和C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，R9/R10可以用470歐姆，C6/C7可以選0.1U。在BISS0001的內(nèi)電路中，運放A是一個獨立的放大器，由它放大后輸出的信號電壓通過（五） 步進電機步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機：它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移即結(jié)一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度因此非常適合于

35、單片機控制。近30年來數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù)和水磁材料的迅速發(fā)展推動廠步進電動機的發(fā)展，為步進電動機的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。圖2-7 步進電動機1 步進電動機的特點 步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比具有良好的跟隨型。以由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常可靠。同時它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉外數(shù)控系統(tǒng)。 (2)步進電動機的動態(tài)響應(yīng)快。易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。 (3)速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。低速下仍能保證獲很大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。 (4)步進電動機只能通過脈沖電源供電才能遠行。它不能直接使用交流電源和直流電源 (5)步

36、進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應(yīng)的措施。 (6)步進電動機自身的噪音和振動較大帶慣性負載的能力較差。 2 驅(qū)動控制系統(tǒng)的組成 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如圖2-6所示： 圖2-8 驅(qū)動控制系統(tǒng)方框圖 步進電動機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。在步進電動機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本控制作用如下: 反應(yīng)式步進電動機控制換相順序 步進電動機的通電換相順序嚴格按照步進電動機的工作方式進行。通常我們把通電換相這過程稱為脈沖分配。三相六拍步進電機工作方式通電換相的正序是 A-AB-B-BC-C-CA；反序為A-CA-C-BC

37、-B-AB；共有八個通電狀態(tài)P1口輸出控制信號，0表示繞子通電，表示繞子斷電，則可以用六個字來表示六個通電狀態(tài)。 2）控制電路模型如2-7圖所示：圖2-9 控制電路模型3 斬波驅(qū)動 下面講的是斬波恒流驅(qū)動的原理圖。T1是一個高頻開關(guān)管。T2開關(guān)管的發(fā)射極接一只小電阻只，電動機繞組的電流經(jīng)這個電阻到地，所以這個電阻是電流取樣電阻。比較器的一端接給定電壓Uc，另一端接取樣電阻上的壓降，當取樣電壓為0時，比較器輸出高電平。當控制脈沖Ui為低電平時T1和T2兩個開關(guān)管均截止；當U1為高電平時，T1和T2兩個開關(guān)管均導(dǎo)通，電源向繞組供電。由于繞組電感的作用，只上的電壓逐漸升高，當超過給定電壓Uc的值時,

38、比較器輸出低電平，使與門輸出低電平、Tl截止，電源被切斷；當取樣電阻上的電壓小于給定電壓時，比較器輸出高電乎，與門也輸出高電平，T1又導(dǎo)通，電源又開始向繞組供電。這樣反復(fù)循環(huán)，直到Ui為低電平。圖2-10 斬波恒流驅(qū)動的原理圖三 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試（一） 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 整個系統(tǒng)軟件主要由主程序、開門子程序、關(guān)門子程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)子程序組成。主程序主要是完成系統(tǒng)進行初始化、中斷設(shè)置等功能。程序設(shè)計中設(shè)置了一個外部中斷0，它保證紅外自動門能夠在無人操控情況下自動運行，主要功能是當檢測到有人出入門時，啟動電機，從而實現(xiàn)自動開關(guān)門的目的。 （二） 各部分程序流程設(shè)

39、計（見附錄2） 在開門過程中首先進行門狀態(tài)檢測，根據(jù)所檢測到的信號判斷自動門上次停機所處位置。根據(jù)檢測結(jié)果確定門此刻應(yīng)運行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過程。如檢測出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時開門過程。如檢測出門是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測到有人出人時，門會緩慢打開，之后加速運行，接著減速運行，最后電機停止運轉(zhuǎn)，門由于慣性緩慢關(guān)閉。自動門開門后暫停一段時間，然后關(guān)門。關(guān)門是開門的一個反過程，它經(jīng)過慢速運行、加速運行、減速運行、慣性運動直至停止這幾個過程。在自動門關(guān)閉過程中當系統(tǒng)接收到由紅外線傳感器電路發(fā)出的有人出入的信號時，門會重新打開。與開門情況不同的是當在關(guān)門過程中檢測到故障信號

40、時門會朝反方向運動，將門打開，這樣可以排除因自動門遇到障礙物或人身體而產(chǎn)生故障信號使整個系統(tǒng)停止工作的可能。 為了運行過程可靠，在以不同速度運行過程中，對運行時間做了安全設(shè)置，當在開門狀態(tài)下檢測到運行時間超過安全時問或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，程序轉(zhuǎn)人故障處理程序。 （三） 調(diào)試 調(diào)試為了確保該門控系統(tǒng)的安全高效運行必須滿足下列條件： 1大門的結(jié)構(gòu)必須適合于自動控制 特別要注意滾輪的直徑必須與需要控制的大門重量相匹配其尺寸和重量符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范之規(guī)定。 2確保大門在滑動過程中不發(fā)生傾斜。 3確保大門活動平穩(wěn) 準確 在整個移動過程中不出現(xiàn)任何不正常的摩擦現(xiàn)象。 4確保地面條件穩(wěn)固 避免固定基座的膨脹螺絲發(fā)

41、生搖晃。 5認真檢查上方導(dǎo)軌和行程限位的機械擋塊是否安裝到位。（四） 門行程檢測及故障檢測 門行程檢測電路通過檢測門行程開關(guān)的閉合情況來發(fā)送不同的信號，使電機改變轉(zhuǎn)速，進而控制門運行的速度以提高運作效率，為了保護門不受到損害和保證門運行效率，在門行程檢測電路中設(shè)置了四個行程開關(guān)。它們分別代表開門極限、行程極限1、行程極限2、關(guān)門極限。門在開啟過程中，分別經(jīng)過慢速、加速、減速和停止四個過程，門的關(guān)閉過程則與上述過程相反。門運行到極限位置時，限位開關(guān)動作，單片機根據(jù)接收到響應(yīng)的信號，改變電機運行速度。在故障檢測電路中，配置了溫度和速度傳感器，用來監(jiān)測電機的工作情況，從而實現(xiàn)電機過熱保護和門運行障礙

42、保護，同時還設(shè)置了電壓監(jiān)控電路，用于檢測系統(tǒng)異常情況。檢測電路首先將檢測到的信號轉(zhuǎn)換成電壓，然后經(jīng)單片機內(nèi)部的戶以轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，單片機定期讀取數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，即馬上采取相應(yīng)的緊急措施，向系統(tǒng)發(fā) 出故障信號，系統(tǒng)停止工作，向故障顯示電路發(fā)出指令，發(fā)出報警信號并顯示故障類型。謝辭 在此次有關(guān)自動門的控制系統(tǒng)的設(shè)計，讓我感覺到了單片機的復(fù)雜深度性，它很貼切我們的日常生活，無所不在，應(yīng)用無處不有，它并不是想象中的那么簡單，也并非是無法克服的堡壘。 設(shè)計硬件之前，要首先收集好有關(guān)的基礎(chǔ)性資料，應(yīng)備有良好的應(yīng)用類參考書和專業(yè)類參考書。對于有關(guān)的科技期刊和專利文獻，也要經(jīng)常閱讀以便了解最新的發(fā)

43、展情況，借鑒現(xiàn)成的經(jīng)驗，避免重復(fù)勞動。在設(shè)計中，要充分了解所用芯片的使用條件及輸入輸出的特性，這樣才能避免因使用錯誤而多走彎路。 電路設(shè)計部分應(yīng)該有的精神就是廣集資料。只憑借自己頭腦中的知識是遠遠不夠的。哪里出現(xiàn)了問題，就要翻書本，或上網(wǎng)查資料。當然也要開動自己的腦筋怎樣使系統(tǒng)電路更完美。例如我的設(shè)計題目是基于單片機的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計。有自動門，自然會用到電動機，每種電機都有不同的特性和功能，你就要進行選擇了。例如對電機的選擇，你就要選擇你所熟悉的，所了解的。在電路設(shè)計時，應(yīng)充分發(fā)揮單片機的記憶運算、判斷控制能力，避免采用復(fù)雜的、穩(wěn)定性較差的模擬電路。 本設(shè)計程序以匯編語言語言編寫，易于讀寫

44、、易于調(diào)試和修改，同時匯編語言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件，其目標程序占用內(nèi)存空間少，運行速度快。 為了使微機控制系統(tǒng)各種硬件設(shè)備能夠正常運行，有效地實現(xiàn)電機各個控制環(huán)節(jié)的實時控制和管理，除了要設(shè)計合理的硬件電路，還必須要有高質(zhì)量的軟件支持。因此用匯編語言編寫電機單片機實施控制的應(yīng)用程序，是整個系統(tǒng)中十分重要的內(nèi)容。 最后我非常感謝學(xué)校和老師給我們這么好的學(xué)習(xí)機會，讓我親身去體會一個項目開發(fā)的艱難性，第一次站在一個設(shè)計者的角度去看，體會到了他們的艱辛，同時我也感受到了老師對我們的付出，對我們的精心指導(dǎo)，讓我順利完成這次學(xué)習(xí)任務(wù)。參考文獻1張金鐸 等編著傳感器及其應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社

45、，2002. 2何希才編著傳感器及其應(yīng)用實例M.機械工業(yè)出版社.2003. 3單成祥編著傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用M.國際工業(yè)出版社 .2002. 4金慶發(fā)編著傳感器技術(shù)與應(yīng)用M.機械工業(yè)出版社.1994. 5張迎新編著單片微行計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)M.國防工業(yè)出版社.2000. 6康華光.陳大欽編著電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社,1998. 7胡漢才編著單片機原理及其接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社.2004. 8陳永甫編著紅外線探測與控制電路M.北京：人民郵電出版社.2004. 9黃繼昌等編著傳感器工作原理及應(yīng)用實例M.人民郵電出版社.2002. 10沈紅衛(wèi)編著基于單片機的智能系統(tǒng)

46、設(shè)計與實現(xiàn)M.北京.電子工業(yè)出版社.2005. 11編著陽憲惠現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用M.清華大學(xué)出版社.1999. 12張友德,等編著單片機原理應(yīng)用與實驗M.復(fù)旦大學(xué)出版社.2000.13李朝青編著單片機原理及接口技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社.1996. 14閻石編著數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版社.1998. 15陳玉宏編著向鳳紅.自動控制原理M.重慶:重慶大學(xué)出版社.2003. 附錄1：設(shè)計電路原理圖附錄2：信號流程說明各部分程序設(shè)計： 紅外自動門運行狀態(tài)分為慢速開門、加速開門、減速開門、延時開門、慢速關(guān)門、加速關(guān)門、減速關(guān)門幾個部分。在開門過程中首先進行門狀態(tài)檢測，根據(jù)所檢測到的信號判

47、斷自動門上次停機所處位置。根據(jù)檢測結(jié)果確定門此刻應(yīng)運行方式，如檢測出門是半開狀態(tài)，門直接轉(zhuǎn)入加速開門的過程。如檢測出門是全開狀態(tài)，門轉(zhuǎn)入延時開門過程。如檢測出門是全關(guān)狀態(tài)，那么在檢測到有人出人時，門會緩慢打開，之后加速運行，接著減速運行，最后電機停止運轉(zhuǎn)，門由于慣性緩慢關(guān)閉。 自動門開門后暫停一段時間，然后關(guān)門。關(guān)門是開門的一個反過程，它經(jīng)過慢速運行、加速運行、減速運行、慣性運動直至停止這幾個過程。在自動門關(guān)閉過程中當系統(tǒng)接收到由紅外線傳感器電路發(fā)出的有人出入的信號時，門會重新打開。與開門情況不同的是當在關(guān)門過程中檢測到故障信號時門會朝反方向運動，將門打開，這樣可以排除因自動門遇到障礙物或人身

48、體而產(chǎn)生故障信號使整個系統(tǒng)停止工作的可能附錄3：程序源代碼 主程序：/(1)函數(shù)聲明及變量定義 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit s1=P10; /定義行程開關(guān)1 sbit s2=P11; /定義行程開關(guān)4 sbit s3=P12; /定義行程開關(guān)5 sbit s4=P13; /定義行程開關(guān)8 sbit s5=P14; /定義霍爾傳感器2 sbit s6=P15; /定義霍爾傳感器3 sbit s7=P16; /定義霍爾傳感器6 sbit s8=P17; /定義霍爾傳感器7 sbit D1=P20; /定義手動開按鈕 sbit D2=P21; /定義手動關(guān)按鈕 sbit ADS=P32;/紅外傳感器輸入的檢測端子 sbit CP1=P00;/電機脈沖 sbit DIR1=P01;/電機方向，0為開門。1為關(guān)門 #define uchar unsigned char #define uint unsigned in