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1、前 言20世纪80年代人类社会进入信息时代以来，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息交换为中心，因此，信息技术进入发展新时期，而作为信息技术的基础与支柱之一传感器也进入迅猛发展的新阶段。在各个学科领域中，特别是现代高新工程技术，需要获取的信息量越来越多，对信息测量准确度的要求越来越高，测量的难度越来越大，从而对传感器技术提出了更高要求，传统的传感器已经不能满足新武形式的需求。 现在，“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。因此，传感器技术受到各国，特别是发达国家的重视，我国也将传感技术列为重点发展项目。所以80年代以来，在世界范围内，利用现代科学技术，研究开发了一批新型传
2、感器，新型功能材料，由于在制造中引进了微细加工技术与集成技术等先进工艺，使得传感器技术得到飞速发展，并取得了可喜的成就。目 录摘要Abstract第一章 绪论 1.1 课题研究的可行性 1.2课题的意义和目的1.3 关于设计的简介和用途 1.4 该设计的基本设计思路第二章 主要器件的介绍3.1 红外传感器的原理和使用3.2 BIS0001芯片介绍和典型电路3.3 AT89C51单片机简介 3.4菲涅尔透镜原理 第三章 系统硬件设计4.1 设计电路的电框图和原理4.2 各部分程序设计第四章 系统软件设计5.1 设计电路原理图5.2 信号流程说明 5.3 自动门系统控制硬件框图第五章 设计总结附件
3、一：参考文 致谢词摘 要 单片机SCM(Single Chip Microcomputer)，即MicroController，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。主要包括了微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出口(1/0口)和定时器/计数器、中断系统等功能部件。单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计是红外线自动门控制系统，使用红外线传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外线能量变化，将其转化为电信号，传给单片机。交流电机作为门驱动装置
4、。通过单片机控制交流电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。本课题主要实现红外线检测和基于AT89C51的单片机控制系统。关键词：单片机 红外线传感器 AT89C51 BIS0001芯片 第一章 绪论1.1课题研究的可行性 1.2课题的意义和目的1.3关于设计的简介和用途热释电红外传感器是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。 1.4该设
5、计的基本设计思路 热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，图1表示了热释电效应形成的原理。 能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）2 热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。
6、它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱电压V。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。热释电红外传感器的结构及内部电路见图2所示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。
7、其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 第二章 主要器件的介绍3.1 红外传感器的原理和使用3.2 BISS0001芯片介绍和典型电路BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机
8、和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 特 点*CMOS工艺*数模混合*具有独立的高输入阻抗运算放大器*内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰*内设延迟时间定时器和封锁时间定时器*采用16脚DIP封装管脚图 管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-
9、输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端 工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定
10、时器等构成的数模混合专用集成电路。以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 不可重复触发工作方式下的波形首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时
11、间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。 在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若V
12、s保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。 应用线路图 BISS0001的热释电红外开关应用电路图上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的
13、输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。3.3 AT89C51单片机简介3振荡器特性：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。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源
14、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。4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，
15、直到下一个硬件复位为止。 3.4 菲涅尔透镜原理第四章 系统硬件设计4.1 设计电路的电框图和原理4.2 各部分程序设计开门子程序流程图 T0中断服务程序流程图 参考主程序 MOV R4，A INC R1 CLR R5，A SUBB A，R4 XCH A，R4 DEC R1 SJMP LP2JB 00H，ROLESPEED0 BIT P1.0 ； 门行程行状1SPEED1 BIT P1.1 ； 门行程行状2SPEED2 BIT P1.2 ； 门行程行状3SPEED3 BIT P1.3 ； 门行程行状4KEYDOOROPEN BIT P1.4 ； 手动门开按钮KEYDOORCLOSE BIT P
16、1.5 ； 手动门关按钮MODE BIT P1.6 ； 手动/自动切换DOOROPEN BIT P3.0 ； 门开驱动信号DOORCLOSE BIT P3.1 ； 门关驱动信号SIGNAL BIT P3.2 ； 红外线传感器信号A0809E0C BIT P3.3 ； A/D转换结束信号HSPEED BIT P3.4 ； 电机速度变换DOORSTATE BIT 00H ； 门状态RERROR BIT 01H ； 系统故障 ORG 0000HAJMP STARTORG 0003HAJMP INT0ORG 000BHAJMP T0ORG 001BHAJMP T1ORG 0050HSTART: CLR
17、 DOOROPEN ; 关电机驱动 CLR DOORCLOSE ; MOV TMOD, #11H ; 定时器工作方式 MOV TLO,#OFOH ; 置定时器常数, ;T01s,T12s, 12MHz MOV TH0,#08DH MOV TL1,#0E0H MOV TH1,#0B1H MOV TCON,#50H MOV IP,#08H ; 优先级设置 MOV IE,#80H ; 开中断LOOP: ACALL SYSERROR ; 调用系统故障子程序 JB RERROR,WAIT ; 有故障等待处理 MOV A,P2 ANL A,#OFH JNZ WAIT ; 无按键等待 JB MODE,AUT
18、O ; 运行方式判断 CLR EXO SETB ETO SJMP LOOPAUTO: SETB ETO SJMP LOOPWAIT: SJMP $ ；等待开门子程序：DOOR_OPEN: JB DOORSTATE, LOOP3 ;门已开退出 CLR HSPEED CLR DOORCLOSE SETR DOOROPEN ；低速启动 JNP SPEED1,$ SETB HSPEED ；高速开门 JNB SPEED2,$ CLR HSPEED ；低速运行 JNB SPEED3,$ CLR DOOROPEN ；停机 SETB DOORSTATE ；保存门状态LOOP3： RET关门子程序:DOOR_C
19、LOSE:JNB DOORSTATE, LOOP4 ;门已关退出 CLR HSPEED CLR DOOROPEN SETB DOORCLOSE ；低速启动 JB SPEED2,$ CLR HSPEED ；高速关门 JB SPEED0,$ CLR DOORCLOSE ；停机 CLR DOORSTATELOOP4: RETT0中断服务程序:T0： CLR ET0 ；关中断 JB KEYDOOROPEN， LOOP1 ；开门否 ACALL DOOR_OPEN ； 调开门子程序 SJMP LOOP2LOOP1：JB KEYDOORCLOSE， LOOP2 ； 关门否 ACALL DOOR_OPEN ；
20、 调关门子程序LOOP2：MOV TL0，#0F0H ；重装定时常数 MOV TH0，#08DH SETB ET0 ；开中断 RETIT1中断服务程序：ORG 000HAJMP MAINORG 0003HAJMP SERVEMAIN: ORL P1,#0FFH SETB 1T0 选择边沿触发方式 SETB EX0 允许INTO中断 SETB EA CPU开中断 AJMP $ 等待中断 T1： CLR ET1 MOV R1，#03H MOV RO，#20H MOV DPTR，#ADDR0809 ；0809地址 MOV R2，#00H LOOP5： MOV A，R2 ；通道号 MOVX DPTR,
21、A ；启动A/D转换 JB A0809EOC,$ ；转换是否结束 MOVX A,DPTR ；读转换结果 MOV R0,A ；数据保存 INC R0 INC R2 ；下一通道 DJNZ R1,LOOP5 ；三个通道是否完成 MOV TL1,#0E0H ；重装定时常数 MOV TH1,#0B1H SETB ET1 RETI外部中断服务子程序：ORG 0300HINT：MOV TLO，#11H MOV THO，#OFCH CPL P1 RETIINT0： CLR EX0LOOP8： ACALL SYSERROR ;故障检查 JB RERROR，LOOP6 ；有故障返回 JB DOORSTATE，LO
22、OP6 ；门已开返回 ACALL DOOR_OPEN ；开门LOOP7： ACALL DELAY10S ；等待10s ACALL SYSERROR ；故障检查 JB RERROR，LOOP6 ；无故障继续 JNB SIGNAL，LOOP7 ；有人等待 CLR HSPEED SETB DOORCLOSE ；无人启动电机，低速关门 JNB SIGNAL，LOOP8 ；有人来打开门 JB SPEED2，$ SETB HSPEED ；无人快速关门 JNB SIGNAL，LOOP8 ；有人来打开门 JB SPEED1，$ CLR HSPEED ；无人速度降低 JB SPEED0，$ LOOP6: CLR
23、 DOORCLOSE ；停机 CLR DOORSTATE ；门状态保存 SETB EX1 56RET 第五章 系统软件设计5.1 设计电路原理图 自动门的工作原理： 1） 主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。（2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；（3） 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。（4） 门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。（5
24、） 门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。（6） 同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。（7） 下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器作出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。 5.2 信号流程说明 第六章设计总结 主要参考文献1.传感器及其应用，张金铎 金欢阳名 编著，西安电子科技大学出版社，20022.传感器及其应用实例，何希才 编著，机械工业出版社，2003.83传感器的理论与设计基础及其应用，单成祥 编著 国际工业出版社
