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1、毕业论文采用单片机控制的红外自动门摘 要在今天自动化、信息化程度越来越高，单片机的应用领域也就越来越广，成为人们生活不可或缺的一部分。随着社会与科技的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让我们懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。通过对“自动门单片机控制系统”的研究和设计，本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机为核心的自动门运行系统。本设计主要应用AT89C52
2、作为控制核心，步进电机、红外传感器、磁开关结合的系统。充分发挥了单片机的性能。其优点硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点。关键词：单片机；自动门；步进电机；红外传感器AbstractIn todays increasingly high degree of automation, informationization, application field of SCM is more and more widely, become an integral part of peoples life. Along with the development of society
3、 and science and technology, the progress of science and technology, and improve the peoples living standard, convenient to gradually, the automatic control system of life into peoples life, based on singlechip automatic system is one of them. Also marks the automatic control field became a member o
4、f the digital age. It is practical, complete functions, advanced technology, make people believe that it is the results of scientific and technological progress. Let us know more, and digital age will change the development of human life, will speed up the development of science and technology. Base
5、d on the automatic control system of research and design, this paper mainly discusses the microcontroller as main body, dc motors, speed measurement as the core of the automatic operation system.This design is mainly used as control core and AT89C52 dc motor, infrared sensor, the combination of magn
6、etic switch system. Give full play to the chip. The advantages of simple circuit hardware, software function perfect, reliable, cost-effective control system is higher characteristic.Keywords：SCM； automatic door；DC；nfrared sensor目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题开发背景11.2 立题目的和意义11.3 自动门的分类与特点21.4 系统完成的功能
7、21.5 本章小节3第2章 整体设计方案选择42.1 系统功能及需求分析42.1.1 系统功能42.1.2 需求分析42.2 自动门系统整体方案设计52.2.1 主控芯片选择52.2.2 电动机的选择52.2.3 传感器模块的选择62.3 本章小结7第3章 系统硬件设计83.1 系统硬件的总体设计与元器件的选择83.1.1 系统硬件总体设计83.1.2 元器件选择93.2 各功能模块的介绍与设计93.2.1 AT89C52单片机的介绍93.2.2 步进电机的介绍143.2.3 红外热释电探测模块介绍183.2.3 报警模块介绍203.2.4 系统电路图213.3 本章小结23第4章 系统软件设
8、计244.1 系统软件设计244.2 软件流程244.3 本章小结26第5章 系统调试275.1 初期检测275.1.1 系统硬件调试275.1.2 系统软件调试275.1.3 系统整体调试275.3 本章小结29结论30致 谢31参考文献32附录1 译文33附录2 英文参考资料34附录3 系统程序设计代码36附录4 实物照片40第1章 绪论1.1 课题开发背景随着社会的发展和人民生活水平的提高，社会中智能化工具越来越多。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行两种要求。因此，门体本身要求牢固和密封。使用方便的最高要求就是自动控制，于是就产生了自动门。在
9、我们许多的高楼耸立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。如：电动车库门、电动卷帘门、电动户外大门等不在此范围内。不同使用环境对使用的方便性有不同的要求，于是就发展出各种功能配置的自动门.使用环境的不同可以分为两类，即公共区域与非公共区域。公共区域的特点是不对出入的人员进行选择，门的使用频率较高甚至很高，所以公共区域对自动门的基本要求是耐用：然而，公共区域也会有某些特殊的要求。非公共区域的特点是要对出入的人员进行选择，因此对锁功能、门禁系统、安全
10、性、保安性能、紧急状态功能、极端情况下的功能等要求会很高。各种非公共区域对门控功能可能有不同的要求，因此，自动门的配置就应该不同。入口门由于其位置的关系，对建筑物的美学意义上的风格会产生很大的影响。研究自动门业的重要发展趋势之一是为不同风格的建筑、甚至为同一建筑的不同风格的区域，提供不同形式的自动门，来满足人们的日常生活需要与审美需要。1.2 立题目的和意义随着科技的发展以及人们生活水平的大幅度提高，特别是近几年国内经济的发展以及科学技术的不断发展，人们对防盗的要求也是越来越高，同时对使用的便捷性也有了更高的需求，目前国内外对自动门的研究逐渐增多，主要目的就是为了更适合现在的生活与生产。由于自
11、动门的广泛应用与适应性强，所以本文根据单片机技术、步进电机、红外传感器对自动门在保证质量的情况下更实用与节约进行了研究。与传统自动门相比在相同成本下更美观、实用与便捷。1.3 自动门的分类与特点自动门形式上可以分为自动平移门、自动平开门、自动圆弧门、自动折叠门和自动旋转门。由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。客流量的差异会对自动门的使用产生很大影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。从形式上选择自动门，主要根据建筑风格和建筑环境的条件及特点，达到整体的协调，以及突出或加强建筑设计的某种创意。而根据门
12、体特点和门的使用条件不同来选择自动门，是我们用来保证自动门正常使用和延长自动门使用寿命的关键所在.我们主要使用的研究对象是自动平移门：自动平移门，也可以叫做感应门，其最常见的配置是门机和门内外两侧加雷达。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。由于这种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，于是迅速在国内建筑市场上普及起来。然而，由于对自动门缺乏透彻的认识，因为使用和维修不当常常造成门机故障率高，进而影响门机的使用寿命。同时，国家没有相应的标准，使确定各种品牌产品的档次缺乏依据，尤其是自动门的使用安全性没
13、有保证。所以透彻而全面地了解自动平移门是有很多用处的。自动平开门有以下特点：自动平开门的最主要特点是对门体没有特殊要求，只要是有安装条件就可以使一普通的平开门变成自动门，唯一的要求是对于重型自动平开门机来说，应配备高强度的合页，因为门机运行时开门力矩对合页的作用力很大。自动平开门从工作原理上可分为全电动和半电动两种，两种门机各有特点，适用范围也有所不同。1.4 系统完成的功能设计并实现采用单片机控制的红外自动门系统。确定设计方案制作硬件电路板，用C语言编写单片机程序实现自动门功能。而单片机是整个控制系统的核心，通过合理的设计单片机程序可以有效解决其故障问题。通过合理硬件选择可以有效降低其成本。
14、自动门控制系统是自动门的控制核心，本系统的具体功能实现如下：1、当红外探测器检测到有人过来时，门自动打开，延时5秒后自动关门；2、当门出现故障或中间有异物时，超过关门的设定时间，蜂鸣器发出警报，直到故障问题解决之后自动关门；3、红外探测模块设置开关，使门既可以被电机驱动开关，也可以手动开关。1.5 本章小节本章通过介绍由原始的门到现有的各种诸如防盗门、车库门、卷帘门、自动门等，并例举了几种自动门的优缺点，与传统自动门相比在相同成本下更美观、实用与便捷，从而满足了人们的日常生活需要与审美需要。第2章 整体设计方案选择2.1 系统功能及需求分析2.1.1 系统功能由于自动门是通过芯片控制电机驱动而
15、工作，从而控制自动门的开关。现在应用较广的自动门是使用红外探测的自动门。其性能和便捷性以大大超过了其他的自动门，功能特点如下1智能化设计自动门选择配置智能化控制系统，可随意设定门扇的运行速度，并可设定半开状态，调节方便。使自动门始终保持在最佳运行状态。并具有自动矫正功能，即使遇到大风等原因引起的运行阻力增大，仍然能够保持平稳的开关门动作。2安全性设计具有自动反转安全装置，当碰到障碍物或人体等异常状况时，门扇自动反转退出，并在下次接近阻力区域时以安全速度前进，避免夹人事件和机件损毁的现象发生，提高自动门运行时的安全性，延长自动门寿命。门扇开启轻巧方便，当停电时，老人、儿童等均可开闭自如，开闭力量
16、在3.5公斤以下，方便、安全、可靠。3稳定性设计自动门采用步进电机，具有高效、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不过热等特性，大大超越传统交流伺服马达。2.1.2 需求分析随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。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
17、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。2.2 自动门系统整体方案设计2.2.1 主控芯片选择在本系统设计中所需要的I/O输入输出口为32个，综合各方面的因素考虑，本控制系统设计的硬件选用ATMEL公司生产的AT89C52作为主控中心。A
18、T89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统及80C52产品引脚结构。AT89C52芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 字节内部RAM，32
19、个外部双向输入/输出（I/O）口，1个6向量两级中断结构，3个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。2.2.2 电动机的选择在设计本系统使用的是步进电机。步进电动机有几个特点如下:1电机旋转的角度正比于脉冲数； 2电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； 3由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性； 4优秀的起停和反转响应； 5由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命； 6电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本； 7仅仅将
20、负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 8由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。2.2.3 传感器模块的选择方案一：被动式热释电红外探头的优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。抗干扰性能好。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。方案二：磁电感应传感器是利用电
21、磁感应原理将被测量转换成电信号的一种传感器。他不需要辅助电源就可以把被测对象的机械量转换成便于我们测量的电信号，是有源传感器。他被人们普遍应用是应为其良好的输出功率与稳定性一、工作原理依据磁感应定律，当W匝线圈恒定磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Q，则线圈内的感应电势E与磁通变化率dQ/dt的关系为E=-w(2-1) （2-3）根据此原理，可以设置自动门的非接触开关。开次路边同事的线圈、磁铁不动，当测量道门上的磁铁时，输出一个电量信号。二、基本特性在此电传感器电路中接入需要被测量的电路，磁电传感器输出电流Io，传感器的电流灵敏度为 （2-4）公式中：Rf表示测量电路输入电阻 R表示线圈等效电阻
22、传感器输出电压和电压灵敏度为 （2-5） （2-6）当传感器受到外界磁场干扰、温度变化、振动时，他的灵敏度就会发生变化必然有相应误差。这个相对的误差为 (2-7)传感器通常灵敏度比较高，一般不用高增益放大器，直接输出感应电势。感应到有人电机正传并延时反转，系统有限位保护和定时锁功能。电机需要用三相步进电机六拍工作方式。在本系统中采用红外探测方式来进行驱动门的开关，主要目的就是保证只对人体探测，确保探测器不被其他的红外辐射所干扰，更加方便人们使用。 热释电红外探测器只针对人体红外辐射探测，不容易被其他的红外辐射所干扰；而磁电感应传感器探测范围广与本设计的初衷不符，所以采用方案一。2.3 本章小结
23、本章主要是对本设计系统中使用的主要器件的选择做了一个详细的说明，将本系统中所选的器件和其它器件做比较，从而体现出所选器件的优势所在，提高本系统的整体性能，为系统硬件的选择和设计提供了依据。第3章 系统硬件设计3.1 系统硬件的总体设计与元器件的选择3.1.1 系统硬件总体设计本系统主要是使用红外探测器控制自动门开关的设计，系统主要有以下几个模块：红外检测模块、门行程模块、故障检测模块、步进电机控制模块、故障显示模块、警报模块。红外自动门的系统硬件框图如图3-1AT89C52单片机警报模块故障显示模块故障检测模块门行程检测模块红外线检测模块步进电机控制模块图3-1 红外自动门系统硬件框图各功能模
24、块的具体功能如下：1.红外检测模块：检测是否有人通过自动门；2.门行程模块：采用旋转方式开关门；3.故障检测模块：检测门是否遇到故障或门与门框中间是否有异物；4.步进电机控制模块：控制门的开关；5.故障显示模块：通过指示灯来提示工作人员门出现故障；6.警报模块：当系统检测遇到故障时蜂鸣器开始报警。3.1.2 元器件选择经过对市场的调研，以及实用性等综合各方面的因素考虑，本系统的设计采用以下几款元器件：1、主机：一台电脑2、单片机：AT89C523、电机：步进电机4、传感器：热释电型红外传感器模块5、电机驱动：ULN2003电机驱动模块6、报警器：蜂鸣器3.2 各功能模块的介绍与设计3.2.1
25、AT89C52单片机的介绍AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/
26、输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： 兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写（1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 2
27、个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针图3-2AT89C52芯片AT89C52引脚功能：I/O口P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子） P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子） P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子） P3.0P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子） 这4个I/O口11具有不
28、完全相同的功能，大家可得学好了，其它书本里虽然有，但写的太深，初学者很难理解，这里都是按我自已的表达方式来写的，相信你也能够理解。1P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P0口有三个功能： (1)外部扩展存储器时，当做数据总线（如图3-2中的D0D7为数据总线接口）； (2)外部扩展存储器时，当作地址总线（如图3-2中的A0A7为地址总线接口
29、）； (3)不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 2P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。3P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将
30、输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P2口有两个功能： (1)扩展外部存储器时，当作地址总线使用； (2)做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；4P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL
31、）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3口有两个功能：除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。I/O口管脚备选功能： P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式即所
32、谓的读端口与读引脚读端口时，实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总，线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面，图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的不需要我们操心,然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错。为什么看上面的图如果不对端口置“1”端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为“1”，加到场效应管栅极的信号为“1”，该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为“1”也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的“1”信号读入后不
33、一定是“1”，若先执行置“1”操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中，实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类I/O口，被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口。作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0/P2/P3口都还有其他的功能。 功能引脚：RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/ Vpp：当保持低电平时，则在此期间外部
34、程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（Vpp）。ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展 EEPROM电路，在图中ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问
35、外部存储器时，ALE信号负跳变(即由正变负)将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。PORG为编程脉冲的输入端： 单片机的内部结构及其组成中，我们已知道，在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器(ROM)，ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个RO
36、M中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。 PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。 (1)内部ROM读取时，PSEN不动作； (2)外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次； (3)外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出； (4)外接ROM时，与ROM的OE脚相接。 /VPP： 访问和序存储器控制信号。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 XTAL1 和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器
37、。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。VCC：供电电压。GND：接地。结构特点：8位CPU片内振荡器和时钟电路32根I/O线外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K2个16位的定时器/计数器5个中断源，两个中断优先级3.2.2 步进电机的介绍适用于控制步进电机要用环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，如图3-3：脉冲信号信号分配功率放大步进电机负载图3-3自动门控制系统图1脉冲信号的分配与产生步进电动机根据控制信号的工作来驱动电路。在步进电机的单
38、片机控制中，控制信号由单片机产生。控制顺序如下控制换相顺序步进电动机的通电换相顺序必须按照电动机的工作方式执行。一般把通电换相这个过程称为脉冲分配。四相八拍步进电机工作方式通电换相顺序是A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A;反序为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A;共有8个通电状态P1口输出控制信号，0表示绕子通电，1表示绕子断电。2功率放大器的作用功率放大器主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。本论文主要讲
39、述与家庭生活相关较大的功率放大器。按器材分为：电子管/晶体/集成电路功放按电路所用的器材分类，功放可以分为电子管放大器、晶体放大器和集成电路放大器。按功能分为：前级功放，主要作用是对信号源传输过来的节目信号进行必要的处理和电压放大后，再输出到后级功放。它就像铁路岔道一样，控制切换哪一路音源信号接入功放，哪一路音源信号与功放断开。后级功放是进行单纯功率放大的部分，它的作用就是尽可能原原本本地放大来自于前级的信号，我们对后级的要求是，放大倍数尽可能高，而放大后信号的失真程度应尽可能低。除放大电路外，还设计有各种保护电路，如短路保护、过压保护、过热保护、过流保护等。这两类功放一般只在高档机采用。合并
40、式放大器，将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用的范围较广。一般来看，合并式功放的功率较前、后级功放小，重放的效果也比前、后级功放差，但合并式功放价钱较便宜，且使用方便，完全能够满足一般的家庭需要。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。图3-4步进电机传动控制图并且如果去改变通电顺序，既按
41、照遇上所述相反的方向通电，转子的转向也会发生改变。我们假设对绕组通电的操作成为一拍，那么前面所述的四相反应式步进电动机的流通点就要八拍。转子每拍走一步。所以一个齿距需要四步完成。转子走一步所转的角度为一个步距角。下式可计算 （3-1）式中N代表步进电机工作拍数。自动门选用的工作方式为三相六拍，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A;反转通电顺序为：A-AD-D-DC-C-CB-B-BA.磁场旋转一周。通电需要换相8次，转子才转动一个齿距角。根据上式，八拍工作时的步进精度要高。在使用八拍工作方式时，有四拍是单相通电，有四拍是双向通电；对任一相来说，它的电压波形是一个方波，周期为八拍。3步进
42、电机模块与驱动将电脉冲信号变为角位移或线性位移的开环控制元件就是步进电机。在不超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，点击则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期的误差而没有累积误差的特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常实用、简洁。步进电机结构：步进电机分为定子与转子两部分。定子由硅钢片叠成，装上一定数的控制绕线；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成突击结构；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电机”。用永磁铁做转子的叫做“永磁式步进电机”。用四相反应式步进电机为例如图3-5所示；图
43、3-5四相反应式步进电机结构从图中可知，它分成转子和定子两部分。每对磁极都缠有同一绕阻，同时形成一相，因此形成4相。如给错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下，将相磁导率最大的位置转动，既向趋于对齿的状态转动。步进电动机是趋于这一原理转动的。每个磁极的内表面分布着多个小齿，他们之间大小与间距都是一致的8。转子与定子的齿角距有公式如下Qx=2/Z式子中的Z是转子齿数 电磁力是反应式步进电机运动的动力来源。在磁力的作用下，转子被强行推动道最大磁导率的位置，处于平衡状态。对三相步电机来说，当某一相得磁极处于最大磁导位置时，另外两相必须不在同一位置。4步进电机的负载选用单片机AT89C52单片机做为
44、步进电机的控制器, 用它来实现步进电机的空载时的正反转带负荷时的正反转以及各自速度的控制,在设计的最后我们研究了在自动门中单片机对步进电机的控制. 用脉冲信号控制的，步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、反转，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得低速运行。步进电机带上负载运行时情况有所改变。带上负载后，转子每走一步不再停留在稳定平衡点，而是停留在静转矩 等于负载转矩的点上，如图2-6中 、 、 、 处，转子停止不动。具
45、体分析如下：当 相通电，转子转到时电机静转矩等于负载转距，两转矩平衡，转子停止转动，相断电相通电，改变通电状态的瞬间，因为惯性转子位置来不及变化，于是转到曲线上的点，由于点的静转矩，故转子继续转到点，在点转子停止，接下来相通电的运转情况类似。一个循环的过程为。图3-6步进电机空载状态图3.2.3 红外热释电探测模块介绍主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应
46、管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 被动式热释电红外探头的优缺点：优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 图3-7 热释电红外探头模块缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
