基于單片機(jī)的自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王省波

摘 要：本文是研究自動(dòng)門控制系統(tǒng)，由于單片機(jī)的控制能力和穩(wěn)定性，因此本次設(shè)計(jì)是以51單片機(jī)為控制核心，作為控制核心的51單片機(jī)通過接收熱釋電紅外傳感器傳來的電信號進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)來對門進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，其中，所采集的電信號是由紅外傳感器通過感受人體輻射的紅外線能量變化而得到的，熱釋電紅外傳感器上配有BISS0001，BISS0001是一種傳感器信號處理電路，熱釋電紅外傳感器和BISS0001以及少量的外圍元器件構(gòu)成熱釋電紅外開關(guān)作為傳感器模塊。當(dāng)單片機(jī)檢測到熱釋電紅外傳感器傳來的相關(guān)的電信號時(shí)，則51單片機(jī)做出判斷，隨即控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)打開門，當(dāng)人通過以后則延遲一段時(shí)間，再執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。該文主要研究和設(shè)計(jì)單片機(jī)和紅外傳感器以及直流電機(jī)之間的協(xié)作工作，進(jìn)而達(dá)到人們期望達(dá)到的功能。

關(guān)鍵詞：熱釋電紅外傳感器；51單片機(jī)；BISS0001；步進(jìn)電機(jī)

自從美國在上個(gè)世紀(jì)三十年代發(fā)明自動(dòng)門以來，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及世界市場的興起，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是進(jìn)入二十世紀(jì)以來，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)門控制系統(tǒng)已經(jīng)得到進(jìn)一步發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)走向成熟。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，各種智能的控制系統(tǒng)開始進(jìn)入人們的生活，自動(dòng)門系統(tǒng)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，它成為學(xué)校，公司企業(yè)，以及一些車站站口等人口比較密集的地方疏導(dǎo)人流，控制出入必不可少的選擇。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，自動(dòng)門說到底還是門的概念，它是人們通過人的需要進(jìn)行創(chuàng)造并不斷改善的結(jié)果，是當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展至今不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，它事關(guān)每一個(gè)人或者團(tuán)體的生命和財(cái)產(chǎn)安全，因而能否設(shè)計(jì)出安全可靠且合理的自動(dòng)門顯得尤為重要。

本文的目的是：當(dāng)人靠近門時(shí)，相應(yīng)的傳感器能及時(shí)感應(yīng)，同時(shí)給控制器一個(gè)信號，此時(shí)控制器通過作用驅(qū)動(dòng)裝置，再將門打開，之后傳感器感應(yīng)人是否通過，如果已經(jīng)通過，則將門關(guān)閉。這樣的設(shè)計(jì)不僅在一定程度上保證了安全，同時(shí)又可以節(jié)約空調(diào)能源，防止外界噪聲進(jìn)入室內(nèi)，以及防止風(fēng)沙塵暴進(jìn)入室內(nèi)，提高建筑的檔次的同時(shí)也帶來了方便。隨著科技不斷發(fā)展，人工智能，物聯(lián)網(wǎng)這些技術(shù)開始正不斷的影響和改變著人們的生活，以單片機(jī)為為中心的自動(dòng)門控制系統(tǒng)正是這些技術(shù)的產(chǎn)物化。

本次設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下的要求：（1）當(dāng)安裝在門上側(cè)的熱釋紅外線傳感器檢測到有人來或者離開的時(shí)候，把相應(yīng)的信號發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)做出判斷后，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)開門。（2）熱釋紅外線傳感器檢測到?jīng)]有人在離門3m的范圍內(nèi)，將延遲3秒啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門。（3）當(dāng)關(guān)門中途的時(shí)候來人，單片機(jī)做出判斷后，立即開門：當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門時(shí)，感應(yīng)探頭突然檢測到在離門3m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動(dòng)機(jī)關(guān)門，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開門。

一、硬件設(shè)計(jì)具體方案

本次設(shè)計(jì)將整體系統(tǒng)分為五個(gè)模塊，其中包括控制核心模塊：51單片機(jī)模塊，人體紅外傳感器檢測模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，步進(jìn)電機(jī)模塊，開關(guān)門狀態(tài)顯示模塊。自動(dòng)門控制系統(tǒng)是利用控制核心部分通過檢測傳感器輸入的信號進(jìn)而控制電機(jī)通斷的系統(tǒng)，門的概念人盡皆知，它用以控制人的通過情況，所以對于它的要求也特別嚴(yán)格，不僅要求它平穩(wěn)和快速以及沖擊力小最重要的是要安全可靠，防止出現(xiàn)夾傷等意外情況，那么從元件的選擇到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都必須從控制和安全的角度去分析，所以本次設(shè)計(jì)特意添加了顯示模塊和電機(jī)行程分塊設(shè)計(jì)。

（一）具體電路設(shè)計(jì)方案

二、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)需要達(dá)到的功能是：人體紅外傳感器模塊一旦檢測到有人靠近，此時(shí)中斷T0觸發(fā)，程序進(jìn)入外部中斷T0，執(zhí)行完整地一次開門動(dòng)作，其中基于安全考慮，本次設(shè)計(jì)將開門和關(guān)門動(dòng)作分成兩個(gè)部分，前面半個(gè)部分采用快速開門和快速關(guān)門方式，當(dāng)門走到一半以后，則采用減速的方式，這樣可以防止夾傷。當(dāng)?shù)却?秒后，程序跳出中斷服務(wù)程序，開始執(zhí)行關(guān)門函數(shù)。若在關(guān)門過程中，又有人靠近，將會(huì)觸發(fā)中斷T0信號，中斷T0信號一旦出現(xiàn)，則關(guān)門程序被清除，再次執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并從關(guān)門的位置重新開啟，如此循環(huán)。

（二）軟件的具體設(shè)計(jì)

程序中主要用到的知識點(diǎn)有：單片機(jī)外部中斷、定時(shí)器、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和角度計(jì)算、LED燈的點(diǎn)亮熄滅等。其中，外部中斷尤為重要，如果單純把人體紅外模塊的檢測信號通過普通IO口檢測，這將會(huì)產(chǎn)生有人接近自動(dòng)門反應(yīng)遲鈍或夾人的嚴(yán)重后果。另外，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)走過的距離也是一個(gè)要點(diǎn)，需要精確計(jì)算才能確保電機(jī)在一個(gè)完成的開門或關(guān)門動(dòng)作中剛好走過360°。

（三）軟件設(shè)計(jì)中的優(yōu)化問題

軟件是硬件的靈魂，沒有軟件的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)將無法運(yùn)轉(zhuǎn)，就像人的大腦沒有任何想法，也就不會(huì)做出任何動(dòng)作，然而軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)化問題就是要找出一種適合于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，本次設(shè)計(jì)其中之一的優(yōu)化就是用單片機(jī)的中端口而不是其他的IO口去連接傳感器這樣增加了系統(tǒng)的靈敏性，使整個(gè)系統(tǒng)在有行人通過的時(shí)候可以立馬檢測到，并且做出開門動(dòng)作。

三、總結(jié)

科技的發(fā)展，是為了人類帶來便利，尤其是智能化時(shí)代的到來，各種領(lǐng)域?qū)χ悄芑囊笠捕荚絹碓礁?，本次設(shè)計(jì)源于對周圍世界的觀察加上自身從事電子行業(yè)，該設(shè)計(jì)從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)都力求達(dá)到最簡單，最實(shí)用，最方便的目的，同時(shí)成本較低，最重要的是可以給人們帶來很多方便：門在人通過以后自動(dòng)關(guān)閉，能節(jié)約室內(nèi)的空調(diào)資源，能減少外部灰塵進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)用于一些商場門口或是寫字樓將大大提高建筑物的檔次。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：湖南人文科技學(xué)院 信息學(xué)院）