基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) The Design Of Automatic Door Control System Based On Single Chip Microcomputer 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 指導(dǎo)教師 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 　　 　　日期： 　　 年 　月　 　日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 　　 導(dǎo)師簽名： 　　 日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 自動(dòng)門作為單片機(jī)控制的典型，廣泛應(yīng)用于各種地方，隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的手拉門已經(jīng)將會(huì)逐漸淘汰，新型的自動(dòng)門將會(huì)越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用。如今伴隨著信息時(shí)代的到來(lái)，人們的生活水平日益提高，方便、快捷、 自動(dòng)、智能成為時(shí)代的主題，在現(xiàn)代超市、辦公樓等等環(huán)境中，門控系統(tǒng)早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個(gè)安全、方便、舒適的環(huán)境，自動(dòng)化的電子產(chǎn)品自然成為人們追求的目標(biāo)。 本設(shè)計(jì)將以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、流程圖等等，在保留了原始門控系統(tǒng)的基本功能的同時(shí)又增加了一系列的實(shí)用功能并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)，其將以控制方便，靈活，只要改變輸入單片機(jī)的控制程序，便可控制門的關(guān)閉和開合，從而使得人們的在超市購(gòu)物，在辦公樓辦公的環(huán)境不斷完美，不斷智能化。通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)的自動(dòng)門的設(shè)計(jì)，我們得出了該自動(dòng)門具有反映靈敏、高效、智能化的結(jié)論。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)；自動(dòng)門 I ABSTRACT Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced.The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate. Keywords industrial robot Forging machine loading manipulator cobit 目 錄 1緒論.......................................................................................................................1 1.1自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用.............................................................................2 1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.. .......................................................................................................3 1.3課題的提出及主要任務(wù)……………………………………………….........6 2 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………….............17 2.1 電機(jī)的選型計(jì)算…………………………………………….......................18 2.2 同步帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………….......18 3 自動(dòng)門控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)……………………………………………..........9 3.1單片機(jī)的作用和功能………………………………………........................14 3.2單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合………………………………………............................14 3.3傳感器的工作原理………………………………………............................15 3.4故障檢測(cè)及顯示系統(tǒng)的構(gòu)成………………………………………............16 3.5門開合行程的檢測(cè)………………………………………............................17 4 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………….............................21 4.1電路電框圖的確定……………………………………………………........22 4.2 硬件系統(tǒng)總體邏輯圖的設(shè)計(jì)………………………………………...........22 4.3 電路原理圖的確定………………………………………...........................22 5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)…………………………………………….............................23 5.1系統(tǒng)主程序流程圖的確定………………………………............................23 5.2開門子程序流程圖的確定…………………………………........................24 5.3 開門中斷程序流程圖的確定………………………………………...........24 5.4 T1中斷服務(wù)程序流程圖的確定………………………………………......25 結(jié)論………………………………………………………………….....................29 致謝…………………………………………………………………………….....30 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………….31 1 緒 論 1.1 自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 我國(guó)自動(dòng)門行業(yè)建立時(shí)間比較短，多以中小型企業(yè)為主，經(jīng)受市場(chǎng)洗禮和考驗(yàn)的程度還不夠充分，自動(dòng)門企業(yè)管理水平與國(guó)際化的接軌還有一定的差距，在客觀認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)自動(dòng)門市場(chǎng)的需求空間和目前發(fā)展存在的諸多問(wèn)題時(shí)，與國(guó)際化的接軌和發(fā)展就顯得尤為的重要。過(guò)去的幾年里，我國(guó)自動(dòng)門行業(yè)進(jìn)入了快速的發(fā)展期。在國(guó)內(nèi)、國(guó)外兩個(gè)大市場(chǎng)都有比較好的發(fā)展勢(shì)頭。相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，隨著近年來(lái)的樓市調(diào)控、原材料價(jià)格上漲、運(yùn)輸及人工成本的不斷攀升使我國(guó)自動(dòng)門業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出新的特征，具體如下： 一、生產(chǎn)、銷售日益規(guī)?；?、信息化 為了提升品牌知名度, 自動(dòng)門企業(yè)采用了許多的營(yíng)銷策略。例如, 松下自動(dòng)門的門店裝飾人文化, 導(dǎo)購(gòu)專業(yè)化、營(yíng)銷活動(dòng)信息化、服務(wù)意識(shí)的提高。利用現(xiàn)代技術(shù)與手段, 對(duì)高要求、高消費(fèi)客戶群提供個(gè)性化服務(wù)。自動(dòng)門企業(yè)還不斷學(xué)習(xí)國(guó)外知名品牌的營(yíng)銷策略、服務(wù)技巧等, 努力提高自身的營(yíng)銷服務(wù)水平。規(guī)?；?，大工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化，信息管理的現(xiàn)代化是自動(dòng)門企業(yè)做大做強(qiáng)的必然選擇。 二、發(fā)展大環(huán)境趨好 近年，國(guó)家出臺(tái)了一系列保增長(zhǎng)、擴(kuò)內(nèi)需、調(diào)結(jié)構(gòu)的整體要求和保持經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快的發(fā)展政策，這對(duì)自動(dòng)門業(yè)發(fā)展意義重大。此外，建材下鄉(xiāng)的實(shí)施及各地保障房的建設(shè)，作為具有低碳、環(huán)保的自動(dòng)門行業(yè)必然得到大力推廣和重視。 三、出口穩(wěn)步增長(zhǎng) 雖然我國(guó)自動(dòng)門的出口仍處在起步階段, 但具有廣闊的發(fā)展空間。我國(guó)自動(dòng)門企業(yè)高度重視提高產(chǎn)品質(zhì)量, 不斷追求生產(chǎn)高檔位、高品質(zhì)的產(chǎn)品。一些產(chǎn)品在質(zhì)量和款式上完全可以與國(guó)際上品牌居室門相媲美。部分發(fā)達(dá)國(guó)家采購(gòu)勢(shì)頭日益旺盛, 這對(duì)于擴(kuò)大自動(dòng)門的出口極為有利。 四、人才儲(chǔ)備受重視 自動(dòng)門行業(yè)起步較低，行業(yè)的整體素質(zhì)不高，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式粗放，產(chǎn)品的抄襲、同質(zhì)化的現(xiàn)象屢見不鮮。近年來(lái)，隨著企業(yè)自身防范意識(shí)的提高，加強(qiáng)了對(duì)高級(jí)專業(yè)人才的儲(chǔ)備，近年來(lái)，在文化產(chǎn)業(yè)活動(dòng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及高級(jí)專業(yè)人才的儲(chǔ)備方面有所提高，利用先進(jìn)的工藝技術(shù)和優(yōu)秀人才的管理經(jīng)驗(yàn)，盡可能的設(shè)計(jì)制作個(gè)性化產(chǎn)品，避免同質(zhì)化的產(chǎn)生。有效地提升產(chǎn)品質(zhì)量，樹立品牌形象。所以，從以上眾多新特征可以看出，我國(guó)的自動(dòng)門市場(chǎng)還是很有發(fā)展前景的，注重產(chǎn)品的質(zhì)量和售后服務(wù)，提高行業(yè)人才的整體素質(zhì)等等，才能加快我國(guó)的自動(dòng)門行業(yè)水平與國(guó)際化的接軌速度，國(guó)際化對(duì)我們來(lái)說(shuō)是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，想要在這種大趨勢(shì)下立足，乃至有更大的發(fā)展，就需要利用國(guó)際化的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，加強(qiáng)與世界接軌與交流的機(jī)遇，努力提高國(guó)際化的視野和國(guó)際化的發(fā)展布局。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在國(guó)外，進(jìn)入90年代以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)很成熟，并取得了驚人的成就，自動(dòng)化技術(shù)是自動(dòng)門的重要部分。在現(xiàn)在人們生活中自動(dòng)門可 以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防塵、防風(fēng)，同時(shí)可以使出入口顯得很莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。在國(guó)外大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商樓、寫字樓，自動(dòng)門已經(jīng)隨處可見，但在國(guó)內(nèi)，自動(dòng)門的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階段。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全、以及人性化是需要首先考慮的因素。 由于自動(dòng)門門體的重量及體積不同會(huì)對(duì)自動(dòng)門驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動(dòng)門又可以分為重型自動(dòng)門和輕型自動(dòng)門?？土髁康牟町悤?huì)對(duì)自動(dòng)門的使用產(chǎn)生很大的影響，因此，自動(dòng)門還可以分為一般自動(dòng)門和頻繁使用自動(dòng)門。自動(dòng)門根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門、自動(dòng)平開門、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)圓弧門、自動(dòng)折疊門等，其中普通門用的場(chǎng)合比較少，旋轉(zhuǎn)門由于價(jià)格昂貴而且非常龐大，一般只使用于高檔酒店賓館，自動(dòng)平移門使用的最廣泛，大家一般所說(shuō)的自動(dòng)門、感應(yīng)門就是指自動(dòng)平移門，目前市場(chǎng)上流行的平移型自動(dòng)門又一般是兩開，這種門的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易控，維護(hù)方便。 自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走進(jìn)門時(shí)，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人得存在，給控制一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過(guò)之后，在將門關(guān)上。由于自動(dòng)門再通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)出方便，又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。 自動(dòng)門控制方式:自動(dòng)門的控制方法有很多，從控制器的不同來(lái)說(shuō)，有繼電器控制，即通過(guò)按鈕和復(fù)雜的接線安裝來(lái)控制，只能控制器控制，即通過(guò)運(yùn)行現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備來(lái)控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點(diǎn)，因此被很多生產(chǎn)廠商所運(yùn)用，由于繼電器路基控制的自動(dòng)門系統(tǒng)存在許多缺陷而逐步被智能控制器的自動(dòng)門所淘汰。 在智能控制器的選析上，自動(dòng)門的主控制器有微電腦控制器控制和可編程器控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，目前有許多廠家用此種方式生產(chǎn)自動(dòng)門，PLC的特點(diǎn)是穩(wěn)定性高、維護(hù)方便，目前許多大型商場(chǎng)的自動(dòng)門都是由這種控制方式控制的。 1.3 課題的提出及主要任務(wù) 本次課題的內(nèi)容是自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面： 第一，自動(dòng)選擇與智能控制系統(tǒng)配置的智能化設(shè)計(jì)，門的運(yùn)行速度可自由設(shè)定，并可以自由設(shè)置門的半開狀態(tài)，這樣調(diào)整方便。 第二，始終處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)門，具有自動(dòng)校正功能，即使遇到大風(fēng)引起的運(yùn)行阻力，依然能保持平滑開閉動(dòng)作。 第三，自動(dòng)倒車安全裝置這一安全設(shè)計(jì)，遇到障礙物或其他異常情況時(shí)，門體自動(dòng)反轉(zhuǎn)，并在下一個(gè)阻力區(qū)接近在一個(gè)安全的前進(jìn)速度，避免夾緊事件和配件損壞的現(xiàn)象，提高了自動(dòng)門運(yùn)行的安全性，延長(zhǎng)壽命的自動(dòng)門。備用電源保證自動(dòng)門電源能正常運(yùn)行，配置備用電源。安裝輔助光電傳感器時(shí)需要安裝在特定的區(qū)域，自動(dòng)門可以安裝輔助光傳感器（紅外保護(hù)裝置），門一打開，人們靜靜地站著，手拉葫蘆輔助光傳感器，門應(yīng)保持開放。當(dāng)手幾秒鐘后，門關(guān)閉。 本次課題的主要任務(wù)是研究自動(dòng)門的控制系統(tǒng)的組成及工作原理，確定設(shè)計(jì)方案，通過(guò)單片機(jī)設(shè)計(jì)出該門的電路原理圖，各流程圖，并寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書等等。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)和電機(jī)控制電路，紅外檢測(cè)電路，故障檢測(cè)電路等組成。在正常操作過(guò)程中，紅外檢測(cè)電路輸出信號(hào)以產(chǎn)生直流控制信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)門的操作，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到了相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，系統(tǒng)就進(jìn)入相應(yīng)的類型。如果在關(guān)閉過(guò)程中門遇到阻力，就會(huì)自動(dòng)打開，從而避免造成人身的損傷。其系統(tǒng)原理方框圖如下： 2 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 自動(dòng)門控制系統(tǒng)是通過(guò)傳感器感應(yīng)到門前面有無(wú)人的到來(lái)從而反饋信號(hào)給中控系統(tǒng)，然后通過(guò)中控系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)門移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。 一般由兩扇門組成，已知整個(gè)自動(dòng)門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分的的總重量150KG,其他重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，反復(fù)移動(dòng)速度為1~2r/min，其中忽略空氣阻力和摩擦力。其具體方案布局圖如下： 2.1 電機(jī)的選型計(jì)算 針對(duì)系統(tǒng)工況，根據(jù)以上條件，對(duì)電機(jī)的選型計(jì)算過(guò)程如下： 具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S為安全系數(shù)，這里取1.0。 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號(hào)為160BL-A，此無(wú)電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號(hào)為160BL-4030H1-LK-B，電機(jī)額定功率為0.37KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最大轉(zhuǎn)矩為9N.m，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 2.2 同步帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)傳動(dòng)名義功率P_=0.37kW (2)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1=1500r／min，從動(dòng)輪 =350r／min (3)中心距a=100mm左右 (4)工作情況， 24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn) 求設(shè)計(jì)功率P=K0 Pm=0.42= 0.8Kw，式中Ko為載荷修正系數(shù) 由設(shè)計(jì)功率0.8Kw 和n =1500r／min，由查得帶的型號(hào)為L(zhǎng)型，對(duì)應(yīng)節(jié)距P =9.525mm （1）選擇小帶輪齒數(shù) 由小帶輪轉(zhuǎn)速n=1500r/min，L型帶，查表得小帶輪最小許用齒數(shù) Z1=14，則大帶輪齒數(shù) Z2= i Z1，其中i= n1／n2=1500／350=4．286 Z2=4．28614=60取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒敦==60 （2）確定帶輪節(jié)圓直徑 dI==Pb Z1/π=42.736mm d2= Pb Z2/π=182mm （3）確定同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度L， L= 2acosψ +π(d2+d1 )／2+πψ( d2-d1)／180 式中：ψ =sin-1 (d2-d1)/2a =0．218；12．6 (以a=100mm代入) 則L =150.54 選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn) 節(jié)線長(zhǎng)(見表4)L=160.20mm （4）計(jì)算同步帶齒數(shù)z Zb=Lp/Pb=160.20/9.525=17 （5）傳動(dòng)中心距n的計(jì)算 a=Pb( Z2-Z1)／2zcosθ 式中： inV =3．14l6 inVθ=tgθ-θ用逐步逼近法計(jì)算，θ=1．351 8(弧度)代入上式 得出a=102.45與精確計(jì)算結(jié)果相似。 最后測(cè)量裝置同步帶選用L型同步帶P= 9.525mm ZB=17， L,= 150．20ram b．= 25.4mm 同步帶輪： Z1=14，Z2=60，dI==Pb Z1/π=42.736mm d2= Pb Z2/π=182mm 3 自動(dòng)門控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 3.1單片機(jī)的作用和功能 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS–51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。 STC89C51RC系列單片機(jī)是宏晶科技出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器和6時(shí)鐘/機(jī)器可選，HD版本和90C版本內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。89C52與89C51的區(qū)別在于51的程序空間為4K字節(jié)，而52程序空間為8K字節(jié)，其余性能與結(jié)構(gòu)相同。本論文以89C51RC系列來(lái)講述。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。由于單片機(jī)體積小，使用方便的特點(diǎn)，被應(yīng)用在智能儀器上，再結(jié)合其他的傳感器之類的，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度等精密量的測(cè)量，功能十分的強(qiáng)大。同樣由于單片機(jī)的體積小、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)和使用方便等方面的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)也被普遍應(yīng)用于工業(yè)控制上，比如多種多樣的通訊系統(tǒng)以及機(jī)器人等方面。此外，由于單片機(jī)的適應(yīng)能力很強(qiáng)，所以在我們常用的手機(jī)、電腦等物品上應(yīng)用十分廣泛。還有，醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備如呼吸機(jī)等也有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。還有就是汽車系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等都廣泛應(yīng)用單片機(jī)。其中，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如下： 3.2單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合 由于單片機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域之廣，幾乎到了無(wú)孔不入的地步。單片機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域有： 1）智能化家用電器：各種家用電器普遍采用單片機(jī)智能化控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子線路控制，升級(jí)換代，提高檔次。如洗衣機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、錄像機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設(shè)備等。 2）辦公自動(dòng)化設(shè)備：現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備多數(shù)嵌入了單片機(jī)。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)、電話以及通用計(jì)算機(jī)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動(dòng)等。 3）商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備：在商業(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子稱、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉(cāng)儲(chǔ)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險(xiǎn)系統(tǒng)等都采用了單片機(jī)控制。 4）工業(yè)自動(dòng)化控制：工業(yè)自動(dòng)化控制是最早采用單片機(jī)控制的領(lǐng)域之一。如各種測(cè)控系統(tǒng)、過(guò)程控制、機(jī)電一體化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各種工業(yè)領(lǐng)域都要用到單片機(jī)控制。 5）智能化儀表：采用單片機(jī)的智能化儀表大大提升了儀表的檔次，強(qiáng)化了功能。如數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、故障診斷、聯(lián)網(wǎng)集控等。 6）智能化通信產(chǎn)品：最突出的是手機(jī)，當(dāng)然手機(jī)內(nèi)的芯片屬專用型單片機(jī)。 7）汽車電子產(chǎn)品：現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等都離不開單片機(jī)。 8）航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用更是不言而喻。 單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。以前自動(dòng)控制中的PID調(diào)節(jié)，現(xiàn)在可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具有智能化的數(shù)字計(jì)算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣，微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。 3.3傳感器的工作原理 本測(cè)量系統(tǒng)采用的是光穿透型光電傳感器，這里我們采用的是基恩士的LS-7000系列： LS-7000 系列產(chǎn)品是一款高速、高精度的數(shù)字測(cè)微計(jì)，無(wú)需接觸目標(biāo)物即可對(duì)其尺寸進(jìn)行測(cè)量。該系列用途廣泛，可應(yīng)用于聯(lián)機(jī)測(cè)量和脫機(jī)測(cè)量。每秒 2400 次的高速采樣可以確保達(dá)到兩倍于普通型號(hào)的采樣速度。這樣就可以對(duì)擠壓制品進(jìn)行連續(xù)測(cè)量以及對(duì)運(yùn)動(dòng)工件進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)量。重復(fù)精度為 0.15 μm配備最新的光學(xué)系統(tǒng)，確保兩倍于普通型號(hào)的重復(fù)精度，從而為高精度產(chǎn)品的制造提供了有力的支持。連接兩個(gè)測(cè)量頭進(jìn)行雙渠道同步測(cè)量結(jié)合使用兩個(gè)測(cè)量頭可對(duì)兩個(gè)目標(biāo)物進(jìn)行同步測(cè)量。利用閾值更改功能對(duì)透明目標(biāo)物進(jìn)行穩(wěn)定的檢測(cè)DE 處理器支持閾值更改功能，這樣就可以對(duì)透明目標(biāo)物進(jìn)行穩(wěn)定的檢測(cè)。 高亮度 GaN 綠色 LED 輻射光能夠通過(guò)專用的散射模組和準(zhǔn)直裝置鏡頭變成均勻的平行光，并照射到測(cè)量范圍內(nèi)的目標(biāo)物上。然后目標(biāo)物的影像即通過(guò)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)顯示在HL-CCD (高速線性 CCD) 上。HL-CCD (高速線性) 的輸出入射信號(hào)將由控制器中的DE (數(shù)字邊緣檢測(cè)) 處理器和 CPU 進(jìn)行處理。因此，目標(biāo)物的尺寸規(guī)格就可以被顯示和輸出。 3.4故障檢測(cè)及顯示系統(tǒng)的構(gòu)成 在故障檢測(cè)電路中，配置了溫度和速度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作情況， 從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)熱保護(hù)和門運(yùn)行障礙保護(hù)，同時(shí)還設(shè)置了電壓監(jiān)控電路，用于檢 測(cè)系統(tǒng)異常情況。檢測(cè)電路首先將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓，然后經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)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(hào)， 系統(tǒng)停止工作， 向故障顯示電路發(fā)出指令， 發(fā)出報(bào)警信號(hào)并顯示故障類型。 3.5門開合行程的檢測(cè) 門行程檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)門行程開關(guān)的閉合情況來(lái)發(fā)送不同的信號(hào)， 使電機(jī) 改變轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制門運(yùn)行的速度以提高運(yùn)作效率，為了保護(hù)門不受到損害和保 證門運(yùn)行效率，在門行程檢測(cè)電路中設(shè)置了四個(gè)行程開關(guān)。它們分別代表開門極 限、程極限 1、行程極限 2、關(guān)門極限。門在開啟過(guò)程中，分別經(jīng)過(guò)慢速、加速、 減速和停止四個(gè)過(guò)程，門的關(guān)閉過(guò)程則與上述過(guò)程相反。門運(yùn)行到極限位置時(shí)， 限位開關(guān)動(dòng)作，單片機(jī)根據(jù)接收到響應(yīng)的信號(hào)，改變電機(jī)運(yùn)行速度。 4 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1電路框圖的確定 紅外線自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件框圖，如下所示。這個(gè)系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)及其外圍電路，一個(gè)紅外線檢測(cè)電路，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路，故障檢測(cè)電路，故障顯示電路，控制方式切換電路等幾個(gè)部分組成。單個(gè)環(huán)路檢測(cè)的紅外線檢測(cè)電路和柵極沖程檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，以產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)門動(dòng)作，系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)，控制模式被改變，則系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制模式。如門在打開時(shí)遇到有人或者其他障礙物時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)單片機(jī)控制程序進(jìn)入故障處理程序。其硬件組成圖與結(jié)構(gòu)圖分別如下所示： 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)性高且價(jià)廉的方案。芯片管腳如圖所示： 4.2 硬件系統(tǒng)總體邏輯圖的設(shè)計(jì) 在許多類型的自動(dòng)門傳感器中，我們選擇平移型感應(yīng)自動(dòng)門機(jī)作為此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。首先，自動(dòng)門機(jī)組由以下部分組成： （1） 主控制器：它是自動(dòng)門的指揮中心，通過(guò)內(nèi)部指令程序來(lái)控制整個(gè)門的動(dòng)作，并發(fā)出相應(yīng)的命令，指揮馬達(dá)或電動(dòng)門鎖系統(tǒng)；人們可以很方便地通過(guò)主控制器來(lái)調(diào)節(jié)門的打開速度和范圍等等參數(shù) （2）感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，就像人的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍內(nèi)，它會(huì)反饋一個(gè)脈沖信號(hào)給主控制器。 （3）電動(dòng)機(jī)功率：提供開放和關(guān)閉的主動(dòng)力，加速和減速控制門。 （4）當(dāng)門打開和關(guān)閉再次完成感應(yīng)探測(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入脈沖信號(hào)的時(shí)候，中控系統(tǒng)接收到信號(hào)后，電機(jī)運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，門打開，當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)門關(guān)閉。 4.3 電路原理圖的確定 根據(jù)自動(dòng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)定得出它的電路原理圖如下圖所示： 5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序、開門子程序，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)初始化，中斷設(shè)置等功能。外部中斷程序的設(shè)置是為了確保紅外自動(dòng)門在無(wú)人的情況下自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)檢測(cè)到有人到訪時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，從而達(dá)到自動(dòng)關(guān)閉門的目的。 5.1系統(tǒng)主程序流程圖的確定 系統(tǒng)主程序流程圖主要是反映了自動(dòng)門控制系統(tǒng)的控制邏輯，它代表了各個(gè)程序執(zhí)行的先后順序，本次設(shè)計(jì)的是自動(dòng)門控制系統(tǒng)，其主程序流程圖如下圖所示： 5.2開門子程序流程圖的確定 已知在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，開門子程序主要是執(zhí)行中控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，從而通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制門的打開的功能，其具體流程圖如下： 5.3 開門中斷程序流程圖的確定 開門中斷程序主要是為了防止有人或物在門打開的過(guò)程中進(jìn)入，為了安全而設(shè)置的一個(gè)程序，其具體流程圖如下： 5.4 T1中斷服務(wù)程序流程圖的確定 5.5 程序源代碼的生成 主程序的生成： 開門子程序的生成： 關(guān)門子程序的生成： T0中斷服務(wù)程序的生成： 結(jié)論 時(shí)光荏苒，一晃就半年過(guò)去了，在這幾個(gè)月的時(shí)間了，我不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在這里，我向幫助我的老師和同學(xué)們表示感謝，沒有大家共同的努力，今天的我起不到這個(gè)成就。 致謝 本文所設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，原理比較簡(jiǎn)單，功能實(shí)用，設(shè)計(jì)比較合理。在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無(wú)微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時(shí)，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，實(shí)事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)樗俏矣眯摹⒂煤顾删偷?，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻(xiàn) [1]徐灝等.單片機(jī)原理[M](第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [2]程悅蓀.自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1981 [3]周紀(jì)良.自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 [4]吉林工業(yè)大學(xué)教研室編.自動(dòng)門的構(gòu)造[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1982 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