PAGE52012年江西省高校大學生機械創新設計大賽基于單片機控制的遙控開門裝置設計說明書參賽者：指導教師：參賽單位：南昌航空大學二0一二年五月基于單片機控制的遙控開門裝置設計說明書設計者：~~~~~~~~~~~~~~~~~~指導老師：~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~參賽單位：南昌航空大學摘要：立足于生活中的小細節，以生活為行動基礎來為人們提供方便。設計在寢室內使用的遙控開門裝置。該裝置制作簡單、操作方便、實用性強。關鍵字：單片機；遙控；寢室；開門1研究背景及意義隨著時代的進步，人們的生活節奏也日愈加快，在這個快節奏的時代里，任何影響生活節奏的事都會逐漸被取代。而大學寢室更在大學里生活得最久，陪伴大學四年，同時也是最貼近生活，最能表現個人生活特色的地方。在寢室手動開門就成了一個非常頭疼的事！每每在有人敲門時，要放下手中的事來手動開門。這給學生帶來很多不必要的麻煩。這時一種不要走到門前的遙控開門裝置就很需要了。圖1圖2圖3現如今寢室大多為擰轉式鎖（圖1）。旋轉鎖芯（圖2）實現帶動鎖栓（圖3）開門的同時將帶動一個彈簧旋轉，鎖芯旋轉大約90度后，達到開門效果，并同時固定鎖栓；關門時靠彈簧的扭力將鎖栓彈出達到自動鎖門的功能。近年來，國內外科技工作者申請了大量的自動開門專利，但大多適用于各種庭院門、柵欄門、別墅門等，對于學生宿舍這種普通旋轉式門鎖的自動開關研究甚少。該裝置可實現在寢室范圍內用遙控器控制電路，帶動鎖芯實現開門，并在開門后電路能夠自動斷開回到未開門狀態，以此保護電機和控制裝置。2設計方案為了實現設備操作簡單方便，設備要求由電路控制，而且電路開關應該隨齒輪轉動而閉合或斷開；為了保證設備使用安全和經濟實惠，設備要求電池電壓不能大于36V，電路設計要求簡單，接線口應接觸良好；為了設備固定方便，齒輪應該質量輕、體積小。4電路分析紅外遙控是目前使用最廣泛的一種遙控手段。紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低、不影響周邊環境、不干擾其它電器設備的特點。由于其無法穿透墻壁，遙控距離可達8米，且不會產生相互干擾，故室內遙控控制的電器絕大數采用紅外線遙控，紅外線遙控用在室內遙控開門裝置上相當合適。電路：5V穩壓電路，紅外發射電路，紅外接收電路，單片機電路，電機驅動電路，和聲音提示電路。4.1電源電路單片機需5V穩定電源，電機直接用電池電壓（12.6V）4.2發射電路為減小制做難度和減小功耗我們采用現成的遙控發射裝置，該遙控發射器為NEC編碼格式（如圖6）。圖6該遙控器體積小、功耗低、成本低、且可實現多路遙控，沒必要再自己設計一個發射電路。4.3接收電路采用紅外接收一體頭接收，STC89C52解碼（信號由外部中斷口INIT0(P3.2）輸入）。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。都有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數據輸出（VO或OUT）。成品紅外接收頭的優點是不需要復雜的調試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。使用時應注意紅外接收頭的載波頻率。外形及引腳排列如圖所示。4.4單片機電路：STCC89C52單片機的作用是解碼，控制蜂鳴器的鳴響提示，給l293信號以控制電機的啟停。4.5電機驅動電路：實現電機的驅動、啟停。4.6聲音提示電路：5單片機程序設計用到的STC89C52單片機引腳有P0.0（蜂鳴器控制），P1.1（位置開關），P3.2(INIT0紅外一體接收頭信號輸入），P2.6（電機控制）當遙控器發出信號后，紅外一體接收頭將接收到的信號輸入單片機，經單片機解碼后，若為“0”鍵（鍵值16H）則驅動電機正轉，同時蜂鳴器短鳴；當轉盤到位后會將位置開關按下（接地）），單片機檢測到位置開關輸入的電平信號為0時就控制電機停轉，同時蜂鳴器短鳴；若2.5秒后位置開關未來被按下（即轉盤未到位），則電機停轉，蜂鳴器長鳴程序如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definedelayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};voiddelay(ucharx);//x*0.14MSvoiddelay1(intms);voidbeep();sbitIRIN=P3^2;//紅外接收器數據線sbitBEEP=P0^0;//蜂鳴器驅動線sbitmoff=P1^0;//位置開關sbitin3=P2^6; //電機控制uinti,j,k;ucharIRCOM[7];main(){IRIN=1;//I/O口初始化BEEP=1;delay1(10);//延時 IE=0x81;//允許總中斷中斷,使能INT0外部中斷 TCON=0x01;//觸發方式為脈沖負邊沿觸發while(1) ;}//endmain/**********************************************************/voidIR_IN()interrupt0using0{unsignedcharj,k,N=0;EX0=0; delay(15); if(IRIN==1){EX0=1; return; }//確認IR信號出現while(!IRIN)//等IR變為高電平，跳過9ms的前導低電平信號。{delay(1);}for(j=0;j<4;j++)//收集四組數據{for(k=0;k<8;k++)//每組數據有8位{while(IRIN)//等IR變為低電平，跳過4.5ms的前導高電平信號。{delay(1);}while(!IRIN)//等IR變為高電平{delay(1);}while(IRIN)//計算IR高電平時長{delay(1);N++;if(N>=30) {EX0=1; return;}//0.14ms計數過長自動離開。}//高電平計數完畢IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1;//數據最高位補“0”if(N>=8){IRCOM[j]=IRCOM[j]|0x80;}//數據最高位補“1”N=0;}//endfork}//endforjif(IRCOM[2]!=~IRCOM[3]){EX0=1;return;} /***********************/ if(IRCOM[2]==0x16) { in3=0; beep(); while(1) { if(moff==0) { in3=1; beep(); break; } /******************計時********************/ i++; if(i==50) { i=0; j++; } if(j==50) { j=0; k++; } if(k==50) //若2.5秒后轉盤還未到位，蜂鳴器長鳴，電機停轉，防止電機燒毀 { k=0; in3=1; beep(); beep(); beep(); beep(); break; } } } EX0=1;}/**********************************************************/voidbeep(){unsignedchari;for(i=0;i<100;i++){delay(4);BEEP=!BEEP;//BEEP取反}BEEP=1;//關閉蜂鳴器}/**********************************************************/voiddelay(unsignedcharx)//x*0.14MS{unsignedchari;while(x--){for(i=0;i<13;i++){}}}/**********************************************************/voiddelay1(intms){unsignedchary;while(ms--){for(y=0;y<250;y++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}}6工作原理及性能分析6.1工作原理由發射器（遙控器）發射紅外線信號，當單片機接收器接收紅外線信號后，控制電路的閉合，從而使電動機帶動一對錐齒輪，使防盜門鎖芯轉動，達到開門的目的。當門打開后，單片機接到電信號，使電路斷開，以此保護單片機和電機。6.1.1當按下無線遙控器（如圖7）上的“確定”鍵，遙控器發出紅外線信號圖76.6.2固定在控制電路板上的接收器接收紅外線信號,電路閉合，固定在防盜門上的電源開始供電。（如圖8）圖86.6.4使得減速電機（如圖9）開始工作，減速電機由電機固定架固定在門上。圖96.6.5帶動錐齒輪變速傳動裝置（如圖10）的轉動，小齒輪固定在減速電機出軸上，大齒輪固定在鎖芯上。圖106.6.6扭轉鎖芯（如圖11），從而擰開防盜門。圖116.6.7當固定在大錐齒輪上的觸片恰好碰觸單片機控制電路上的斷開裝置瞬間（如圖12），電路自動斷開，減速電機停止工作。圖126.6.8此時，壓簧彈開防盜門（如圖13）即可達到開啟門的目的。圖136.6.9當防盜門關閉時，鎖芯自動回到未開啟狀態，將防盜門鎖住。6.2性能分析：紅外線無線遙控器具有結構簡單，抗干擾能力強，工作可靠性強等一系列優點，特別是室內遙控的優先遙控方式，并且可控范圍在十米以內，足以滿足學生宿舍的需求。單片機控制電路具有可操作性強，反應迅速，靈活，可實現復雜的控制，且隨時可以修改程序。減速電機：具有減速的作用，同時，電機減速帶來的卻是大轉矩，正是開啟防盜門鎖芯所需大力矩的最佳選擇。錐齒輪傳動裝置：由兩個錐齒輪組成，并且錐齒輪傳動是用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的，最重要的一點是錐齒輪可用于兩個互相垂直的軸的傳動，而一般圓柱齒輪只能用于平行軸，這也是本產品選用錐齒輪的重要依據。其中小齒輪固定在馬達的出軸上，大齒輪固定在鎖芯上，兩齒輪的傳速比為：3：1。遠程遙控開門裝置是機械技術和信息技術相結合的機電一體化產品，將單片機的信息處理功能與控制功能融合在齒輪裝置上。該裝置可實現在寢室范圍內要無線遙控控制開啟防盜門，并且在門栓開啟的瞬間，自動斷開電路，當防盜門關上，鎖芯自動回到未開啟狀態。7創新點立足于生活中的小細節，以生活為行動基礎來為人們提供方便。巧妙利用單片機控制機齒輪傳動，實現開門效果。產品制作簡單，操作方便。1、利用錐齒輪傳動改變動力方向使得開門機構做到了簡單、有效；2、利用單片機解碼，到位后則控制電機停轉，若一定時間后鎖芯未到位則控制電機停轉，防止電機堵轉；3、產品零件簡單易得，價格低廉。8產品不足及改進1、不夠美觀；2、關門阻力大。9參考文獻9.1.馮開平，左宗義主編。《畫法幾何與