基于單片機(jī)的地鐵自動(dòng)門設(shè)計(jì)仿真

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開始進(jìn)入人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動(dòng)門系統(tǒng)就是其中之一。本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的地鐵自動(dòng)門，該系統(tǒng)以單片機(jī)為主體，直流電機(jī)、PWM調(diào)速、轉(zhuǎn)速測量為核心，并檢測地鐵到站時(shí)是否穩(wěn)定并與屏蔽門相重合，關(guān)門后發(fā)出報(bào)警聲，提示乘客地鐵即將啟動(dòng)，提高了乘客安全進(jìn)出的保證，實(shí)現(xiàn)了地鐵門安全的自動(dòng)控制。

【關(guān)鍵詞】8051；地鐵自動(dòng)門；直流電機(jī)；防擠壓保護(hù)；轉(zhuǎn)速測量

0.引言

高速軌道客車，特別是地鐵已成為人們生活中重要的交通工具之一。自動(dòng)門是地鐵車身的一個(gè)重要部分，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的逐步提高，使地鐵的自動(dòng)門控制系統(tǒng)向著智能化、集約化方向發(fā)展，并以實(shí)現(xiàn)最大的安全性、應(yīng)用性和方便性為目標(biāo)。我國電控電動(dòng)自動(dòng)門技術(shù)還處在比較低的研究水平上。為了使地鐵自動(dòng)門能夠更好的為地鐵服務(wù)， 得到一種電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高的地鐵自動(dòng)門系統(tǒng)，本文研究一種雙翼對(duì)開式自動(dòng)門控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了安全開門控制和防擠壓等功能。該系統(tǒng)以8051作為控制核心，直流電機(jī)、防擠壓模塊、限位開關(guān)等硬件相結(jié)合的系統(tǒng)。

1.地鐵自動(dòng)門設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)共有檢測模塊、主控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、執(zhí)行模塊、報(bào)警模塊等。首先地鐵到站時(shí)通過測速儀檢測地鐵的車速，當(dāng)車速為零時(shí)，即地鐵停車穩(wěn)定，再利用激光收發(fā)器，在屏蔽門上安裝信號(hào)發(fā)射裝置，在車門上安裝接收裝置。當(dāng)?shù)罔F到站時(shí)車門與屏蔽門重合，車門上的接收裝置接收到信號(hào)開啟車門，先開車門再開屏蔽門。自動(dòng)門快速打開，然后保持開門狀態(tài)（保持時(shí)間由程序設(shè)定），開門保持狀態(tài)結(jié)束后，自動(dòng)門慢速關(guān)閉，如果在關(guān)門過程中遇到障礙物時(shí)，系統(tǒng)將控制自動(dòng)門重新快速打開，然后保持開門狀態(tài)，當(dāng)開門保持狀態(tài)結(jié)束后，自動(dòng)門將重新慢速關(guān)閉。當(dāng)自動(dòng)門到達(dá)關(guān)門的限位位置時(shí)，發(fā)出關(guān)門信號(hào)，蜂鳴器報(bào)警三聲，提醒乘客車門已經(jīng)關(guān)閉，地鐵馬上要啟動(dòng)，同時(shí)，關(guān)閉屏蔽門。

地鐵門與屏蔽門因其所在的環(huán)境決定了它必須具有以下功能：

（1）電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以用脈沖控制。

（2）電機(jī)旋轉(zhuǎn)的精度高，可控。

（3）電機(jī)轉(zhuǎn)矩不應(yīng)太大，當(dāng)有人阻擋時(shí)不能傷害人。

本文主要應(yīng)用51單片機(jī)程序?qū)χ绷魉欧姍C(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，從而對(duì)門進(jìn)行開、關(guān)的控制。直流電動(dòng)機(jī)采用雙極性H橋驅(qū)動(dòng)。

2.各功能模塊設(shè)計(jì)

2.1地鐵到站及開關(guān)門子程序設(shè)計(jì)

列車到站檢測地鐵車速：應(yīng)用光電編碼器測量驅(qū)動(dòng)地鐵的電機(jī)的速度，從而測得地鐵速度。轉(zhuǎn)速測量是用一個(gè)圓盤固定在電機(jī)軸上，圓盤上相同半徑的圓環(huán)上相隔180度的兩個(gè)位置鉆兩個(gè)小圓孔，用于透光。有紅外發(fā)光二極管從圓盤一側(cè)照射到小孔上，紅外光透過小孔照射到圓盤那一側(cè)的光敏三極管上，于是光敏二極管發(fā)出脈沖。再經(jīng)過脈沖整形送入T0計(jì)數(shù)。從而測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

列車到站檢測地鐵門與屏蔽門是否重合：在屏蔽門上安裝激光發(fā)射器，發(fā)射裝置發(fā)出信號(hào)，在車門上安裝接收裝置。當(dāng)?shù)罔F進(jìn)站時(shí)，屏蔽門激光發(fā)射器開始發(fā)射激光，當(dāng)車門接收器接收到激光時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)。

地鐵開門信號(hào)：地鐵車速為零時(shí)進(jìn)行地鐵自動(dòng)門與屏蔽門相重合的查詢，若重合則產(chǎn)生的高電平信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)的P1.2引腳。

主程序的入口只有檢測到地鐵車速穩(wěn)定時(shí)，地鐵門接受屏蔽門發(fā)射的激光信號(hào)，檢測到屏蔽門與地鐵門相重合時(shí)的信號(hào)才能開門，檢測地鐵的車速信號(hào)為零后進(jìn)行屏蔽門向地鐵發(fā)射的激光信號(hào)的查詢，屏蔽門與地鐵門是否相重合的信號(hào)與單片機(jī)的P1.2口相接，控制開門信號(hào)。程序流程圖如下：

檢測是否接收到了開門的信號(hào)：屏蔽門發(fā)出的信號(hào)和車速為零的共同信號(hào)由于系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的需要，本設(shè)計(jì)采用了查詢的方法。因?yàn)槿羰褂弥袛嗟姆椒ǎ谥袛喾?wù)程序中開門的速度很難確定。如果不能準(zhǔn)確判斷自動(dòng)門日前所處的位置，就不能正確的調(diào)用相應(yīng)的PWM信號(hào)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)中有多個(gè)請(qǐng)求源，均采用了對(duì)輸入引腳查詢的方式。

2.2 PWM信號(hào)發(fā)生程序設(shè)計(jì)

PWM信號(hào)就是脈沖寬度信號(hào)，一定時(shí)間的高電平和一定時(shí)間的低電平的循環(huán)即可形成PWM信號(hào)。于是本程序采用將P0.0清0和置l的方法來實(shí)現(xiàn)。首先在程序開始初始化的時(shí)候?qū)0.0清0，調(diào)用PWM信號(hào)產(chǎn)生程序時(shí)，先將P0.0置1，然后經(jīng)定時(shí)程序延時(shí)一段時(shí)間后再將P1.0置1。然后判斷有沒有中斷要執(zhí)行，如到達(dá)限位開關(guān)時(shí)。如果以上情況都沒發(fā)生就繼續(xù)調(diào)用這一個(gè)方波的發(fā)生程序。直至有中斷打斷時(shí)，執(zhí)行清0 P0.0或調(diào)用另一個(gè)方波發(fā)生程序?qū)嵤┳兯佟?/p>

變速是根據(jù)程序的順序執(zhí)行順序而判斷門所處的位置來實(shí)現(xiàn)的。此程序嚴(yán)格按照自動(dòng)門開關(guān)一次的順序來編寫的，考慮了各階段可能遇到的所有問題，因此根據(jù)程序執(zhí)行的控制器可判斷自動(dòng)門是該快速還是慢速。具體程序如下：

其中DEL所標(biāo)號(hào)的子程序就是基本的延時(shí)程序，實(shí)現(xiàn)延時(shí)0.1秒。它的設(shè)計(jì)采用了多重循環(huán)定時(shí)。

多重循環(huán)定時(shí)加長了定時(shí)時(shí)間，最簡單的多重循環(huán)為由DJNZ指令構(gòu)成的軟件延時(shí)程序，他是較為常用的程序之一。DJNZ指令的機(jī)器周期為2，則如果單片機(jī)的晶振頻率為l2MHz則一個(gè)機(jī)器周期是l us，因此執(zhí)行一條DJNZ指令的時(shí)間為2us。

2.3轉(zhuǎn)速測量模塊程序設(shè)計(jì)

本程序采用定時(shí)和技術(shù)結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榍斑呉呀?jīng)有了基本延時(shí)程序，為了使程序更簡便并且有更高的利用率，因而仍采用軟件延時(shí)的方法。具體程序如下：

當(dāng)調(diào)用關(guān)門程序的過程中才有必要測速，其他部分不需要設(shè)置此程序。在調(diào)用關(guān)門PWM信號(hào)的過程中，調(diào)用測速程序。計(jì)數(shù)器采用的Tl計(jì)數(shù)。首先將計(jì)數(shù)器Tl啟動(dòng)并設(shè)置初值為0，然后開始定時(shí)，定時(shí)l秒后，將計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)值傳給寄存器A，在將此計(jì)數(shù)值與電機(jī)正常狀態(tài)下最低轉(zhuǎn)速的二倍相比較（因?yàn)閳A盤上設(shè)有兩個(gè)孔，因此是最低轉(zhuǎn)速的二倍）。如果計(jì)數(shù)值小于最小值的二倍則代表有障礙物，從而轉(zhuǎn)到開門程序執(zhí)行。

當(dāng)GATE位為0時(shí)，僅由運(yùn)行控制位TRX（x=0，1）=1來啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。

TRl為計(jì)數(shù)器控制位，TRl為1啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作（GATE為0的時(shí)候僅由它來控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）。該位可由軟件置l或清0。

2.4 報(bào)警子程序

3.總結(jié)

本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用8051作為控制核心，直流電機(jī)、磁開關(guān)等相結(jié)合的系統(tǒng)。通過單片機(jī)程序?qū)χ绷魉欧姍C(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，從而對(duì)門進(jìn)行開、關(guān)的控制；直流電機(jī)采用雙極性H橋驅(qū)動(dòng)；通過檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，測得轉(zhuǎn)速為零時(shí)向單片機(jī)發(fā)出堵轉(zhuǎn)信號(hào)，從而自動(dòng)開門，形成了防擠壓功能，充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等，具有一定的使用和參考價(jià)值。

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