红外线自动探测门控制电路系统设计毕业设计 精品.docx
《红外线自动探测门控制电路系统设计毕业设计 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外线自动探测门控制电路系统设计毕业设计 精品.docx（38页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
红外线自动探测门控制电路系统设计毕业设计精品
红外线自动探测门控制电路系统设计
一、设计要求
（1）要求用单片机来实现本电路系统的控制功能。
（2）用555定时器来提供开门触发信号，用红外线感应开关对管检测人体信号。
（3）用5V直流电机来模拟开门拖动电机。
（4）用三位七段码数码管显示，来监控模拟开门时间，及开门状态。
前言
自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。
自动门是指：
可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。
自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。
二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。
到了1962年，电气式开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。
当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。
例如：
各种用可识别控制的自动专用门，如：
感应自动门（红外感应，微波感应，触摸感应，脚踏感应）、刷卡自动门等21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：
有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。
门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。
门的高级形式--自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。
整体来说国外的自动门控制系统性能比较优良,但是价格偏高；国内的同类产品价格便宜但是性能较差,故障率较高。
在国外,进入20世纪90年代以来，自动化技术已经很成熟，技术发展很快，并取得了惊人的成就，自动门是自动化技术的典型代表。
但在国内，自动门的自主研发技术尚不成熟。
在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。
自动门根据使用场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中自动平移门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门。
目前市场上流行的平移型自动门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。
这里将研究的对象就是自动平移门。
第一章绪论
1.1自动门的工作特点.............................................5
1.2核心元件的选用...............................................5
1.3设计方案.....................................................6
1.4设计概要.....................................................7
第二章总体设计框图
2.1总体设计框图.................................................8
第三章各部分电路模块原理说明
3.1电源部分.....................................................9
3.2红外感应对管、放大电路及电压反向器电路......................10
3．3脉冲触发电路...............................................12
3.4单片机及数码管显示电路......................................15
3.5复位电路....................................................19
3.6拖动电机正反转控制电路......................................20
第四章焊接调试
4.1焊接的目的..................................................22
4.2焊接过程....................................................22
第五章附录
附录1主流程图................................................25
附录2开门子程序流程图........................................26
附录3关门子程序流程图........................................27
附录4C语言源程序.............................................28
附录5电路总原理图............................................33
摘要：
用单片机作为本控制电路的核心元件，用此元件实现开门拖动电机的正反转的控制，处理前级来的红外感应触发信号；用555定时器来提供触发脉冲；用CD4069集成反相器，来将模拟触发信号转换成数字信号；用七段数共阳级码管来显示控制电路的状态，显示方法用动态扫描显示。
关键词:
STC12C5410AD单片机、555定时器、CD4069集成反相器、七段数共阳极码管、动态扫描显示、两个继电器配合。
第一章绪论
1.1自动门的工作特点
自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，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。
由于自动门在通电后可以实现无人看管。
给我们的日常生活带来很多的好处,比如进出方便、节约空调能源、还有利于人力资源的节省,更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息,也显示了一个国家的发展。
自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来说，有继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；还有智能控制器控制，即通过运行现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。
由于继电器逻辑控制的自动门系统存在许多缺陷而逐步被智能控制器的自动门所淘汰。
对于智能控制器有多种方式：
第一，采用FPGA的自动门控制系统设计,以按钮、无线遥控、红外感应三种驱动方式,既可自动控制又可人工控制,操作简单并且适用范围广；采用EDA技术设计主控制器的状态转换,可软件诊错；采用自动复位以及电机专用控制芯片来保证系统的可靠运行。
第二，以单片机为核心,统一控制红外传感器和步进电机,并通过机械直线运动单元驱动玻璃门。
在硬件上实现了系统报普显示,人员进出信号的采集与转换,监控报等“看门狗”技术,电机驱动控制以及光藕隔离技术。
第三，采用可编程控制器PLC控制的自动门控制系统，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
他采用可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、和算数运算等操作指令，并能通过数字式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。
因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等优点。
第四，运用单片机作为自动门的控制系统，单片机算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大,可用软件编程实现各种算法,并且具有功耗低,体积小,技术成熟,成本低廉等有点,使其在各个领域应用广泛。
在智能控制器的选择上主要有体积小、安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门。
1.2核心元件的选用
这里我将设计一种以STC12C5410AD单片机为核心的自动门控制系统，包括硬件组成和软件设计，采用红外对管传感器检测信号变化利用开关电路进行电路信号放大。
1.3设计方案
方案一：
（1）硬件
①用STC89S52单片机作为本控制电路的核心元件，用此元件可实现开门拖动电机的正反转的控制，处理前级来的红外感应触发信号。
2用555定时器来提供触发脉冲，保证单片机能接收到准确的信号触发信号。
3用一个待确定型号的集成反相器，来将模拟触发信号转换成数字信号。
以便后级电路的接受。
4用七段数码管来显示控制电路的状态，显示方法用动态扫描显示。
5拖动电机的正反转切换电路，主要由用NPN和PNP型的三极管对管来实现，另一方面此对管也担任着驱动的角色，来驱动5V直流电机的转动。
（2）软件
①本控制系统的应用软件,是用C语言来编写。
方案二：
（1）硬件
①用28脚的STC12C5410AD单片机作为本控制电路的核心元件，用此元件可实现开门拖动电机的正反转的控制，处理前级来的红外感应触发信号
②用555定时器来提供触发脉冲，保证单片机能接收到准确的信号触发信号
③用CD4069集成反相器，来将模拟触发信号转换成数字信号。
以便后级电路的接受。
④用七段数共阳极码管来显示控制电路的状态，显示方法用动态扫描显示。
⑤拖动电机的正反转切换电路，主要由用NPN和PNP型的三极管对管来实现高、低电平的切换，后级由两个继电器配合起来，实现电机正反转和驱动电机运转。
⑥本系统电机正反转电路部分用一组单刀双掷开关和一组行程保护开关。
⑦红外线感应部分，外加一个触发按键开关，使本电路系统具有半自动开门功能。
（2）软件
①本系统的软件由C语言编写
1.4设计概要
本系统共有六部分电路构成，分别是电源部分、红外感应部分、脉冲触发电路部分、单片机核心控制电路部分、显示电路部分、电机正反转控制及驱动电路部分六大部分组成。
电源部分主要是给本电路提供各部分所需的工作电压，以保证系统的正常运行。
红外感应电路部分，主要有900nm的发射、接收对管组成，通过反射原理，来感应人的到来，则接收管会有触发信号产生。
然后将此信号放大；另一路则由一个触发开关有选择的接通高电平，送给反相器；使其成为数字信号，送给由555定时器构成的脉冲触发电路，此电路会产生一个电平控制信号，当单片机的一个I/O口接收到这个电平信号时，单片机就会认为有人要进门或出门，然后会启用单片机内部的电机控制程序，输出两个控制电平。
这个将会送给电机正反转电路，来控制电机的动作，从而达到开启或关闭门的目的。
同时本电路也设计了一个紧急强制启动按钮开关，防止紧急情况的发生。
从而实现本设计功能。
第二章总体设计框图
2.1总体设计方框图
第三章各部分电路模块原理说明
3.1电源供电部分
如图1—1为本电路系统电源电路原理图
图1—1
电路参数选定：
本电路系统的各个弱电模块使用的均是5V直流电压，所以首先得将220V交流电变成稳定的5V直流电！
通过模电的知识可知，要想的到一个稳定的5V电压，需要有使用一个稳压电路，这里我选用的是集成稳压模块LM7805来输出5V直流电压！
由LM7805的特性知，要想输出5V电压，必须满足Ui-Uo>2V,为了计算方便和满足要求，这里我选Ui=12V，又跟据桥式全波整流滤波电路规律，变压器次级输出的电压U=Ui/1.2,即变压器次级输出的电压U=10V,所以可得变压器的变压比为：
N1：
N2=10:
1,（N1为初级电压）
3.2红外感应对管、放大电路及电压反向器电路
如图1—2为红外感应电路，电压放大电路及电压反向器电路
图1—2
①红外线发射管选用的规格为：
DIP2脚直径5MM，脚间距2.54mm，具体描述：
IR333C-A是一款不可见光的红外线光电产品，白色透明胶体，它是以GaAs、GaAlAs等半导体材料，用环氧树脂封装在金属支架上而成的光电元件，波长为940nm，输出信号是单电源型，单通道，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93μm）。
管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。
在很多电路中都是配对PT333-6B，PT334-6C（红外线接收管）使用。
工作特点：
1、可靠性高，性能稳定可靠
2、辐射强度高
3、峰值波长λ=模式
4、可视角度20度
5、低正向电压，一致性好，能承受一般冲击，可长时间连续工作
6、体积小巧精致，操作方便。
7、无铅，节能环保。
②红外接收管的选用：
PT333-3B（5mm直插红外线接收管/光敏二极管）简述：
PT333-3B是高速和高灵敏度的硅NPN，在一个标准的5mm封装的NPN外延平面关电晶体管成型。
由于是黑色环氧树脂的设备是可见光和近红外辐射。
PT333-3B（5mm直插红外线接收管/光敏二极管）
工作特点：
可见光响应时间快高灵敏度无铅PT333-3B（5mm直插红外线接收管/光敏二极管）参数：
光电特性（Ta=25摄氏度）：
集电极-发射极击穿电压30v，发射极-集电极击穿电压5v，集电极-发射极饱和电压0.4V，上升下降时间15uS，集电极暗电流100nA，国家集电极电流0.7-3.0mA，峰值波长940nm，光谱带宽范围840nm-1100nm。
（常配合IR333C-A使用）
③反相器的选用：
CD4069------六反相器，该器件的简述CD4069是由六个COS/MOS反相器电路组成，此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。
由六个COS/MOS反相器电路组成。
此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。
CD4069提供了14引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装形式。
推荐工作条件：
电源电压范围3V～15V输入电压范围0V～VDD工作温度范围，M类－55℃～125℃E类－40℃～85℃极限值：
电源电压－0.5V～18V输入电压－0.5V~VDD+0.5V输入电流±10mA储存温度－65℃～150℃,引出端符号：
1A～6A数据输入端VCC,正电源Vss地,1Y～6数据输入端。
如图1—3为CD4069的引脚图
图1—3
本部分电路的工作原理分析如下：
本部分电路的主要作用是检测运动体是否到来，第一检测信号源为红外感应对管，红外发射管是产生红外信号源的器件，红外发射管的正极接电源，负极串一个电阻，接一个NPN型三极管（Q4）的集电极，通过三极管的截止和饱和来控制红外线发射管的红外发射光线。
三极管Q4的导通状态，由Q4的基极电平信号决定，因此在Q4的基极引入一个，自振荡电路，并且此振荡电路产生的是占空比为50％的矩形波，当矩形波处于高电平时，三极管Q4即被触发导通，随之红外线发光管，发射出红外线信号。
当红外发射管发射出红外线信号时，若有运动体靠近红外线发射管子时，红外光线会被反射回去，此时装配在红外线发射管旁的红外线接受管，会接收到红外光线，使红外接收管本身由截止状态，变为导通状态，红外发射管导通之后会在电阻R21上产生一个高电平信号，此信号通过耦合电容C7，传递给三极管Q5的基极，使Q5由截止变为饱和，当Q5饱和时，则Q6会满足放大条件，使Q6的基极信号被放大，送给六反向器CD4069的1脚，进行逻辑电平的转换，由CD4069的4脚输出，此脚输出的是较标准的高电平信号，以确保能满足后级的触发电平需求。
开关二极D9是控制触发信号的导通时间，配合可调电阻RP2、R25、C15可调节D9的开关时间，此电路可有效地使防止信号干扰，导致的误开门现象。
若D9被触发导通，则三极管Q7会从截止状态变为饱和状态，三极管Q7的集电极会被强制拉为低电平，这时稳压二极管Z1会暂时失去稳压作用，两端均变为低电平。
这个低电平信号会被送往，由555定时器构成的脉冲触发电路，为后级电路的正常工作提供条件。
3．3脉冲触发电路
如图1—4为脉冲触发电路
图1—4
本电路为脉冲触发电路，主要由555定时器构成。
555定时器的简介如下:
（1）555是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。
此电路后来竟风靡世界。
目前，流行的产品主要有4个：
BJT两个：
555，556（含有两个555）；CMOS两个：
7555，7556（含有两个7555）。
555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。
两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。
此外还有输出级和放电管。
输出级的驱动电流可达200mA。
比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。
当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。
若无需复位操作，复位端应接高电平。
（2）555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图如右图所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
（2）它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
低触发端
3脚：
输出端Vo
4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
TH高触发端。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1—1示。
表1—1555定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端TL
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
x
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
1
截止
置1
1
0
0
1
截止
置1
1
1
1
0
导通
清零
（3）如图1—5是由555定时器构成的单稳态触发器的标准用法
图1—5
上图1—5为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。
D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。
并使2端电位瞬时低于1/3VCC，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。
当Vc充电到2/3VCC时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。
波形图见图1—6。
图1—6
图1—6单稳态触发器波形图
暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。
Tw=1.1RC
通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。
当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。
此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。
本设计，就是利用的单稳态触发电路的特性去，去选通信号的，由于单稳态触发电路是低电平有效，所以当前级稳压管Z1低电平信号送来时，脉冲触发电路开始工作，输出高电平信号，高电平信号再送到CD4069进行逻辑电平转换，变为低电平，送给单片机。
此时，前级的整个感应触发过程就完成了，剩下的由单片机完成。
3.4单片机及数码管显示电路
如图1—7为单片机及数码管显示电路
图1—7
（1）单片机我选用是精简版的28脚STC12C5410AD，选用STC12C5410AD的理由是，能满足我设计要求，价格更为低廉，下载程序方便。
如图1—8为STC12C5410AD实物图
如图1—8
STC12C5410系列单片机是由宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构，内部集成MAX810专用复位电路。
其主要性能特点如下：
1．增强型1T流水线/精简指令集结构8051CPU
2．工作电压：
5.5V‐3.4V（5V单片机）/3.8V‐2.0V（3V单片机）
3．工作频率范围：
0‐35MHz，相当于普通8051的0‐420MHz
4．用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K字节
5．片上集成512字节RAM
6．通过I/O口（27/23个），复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
7．ISP（在系统可编程）/ASP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8．EPROM功能
9．看门狗
10．内部集成MAX810专用复位电路（外部晶振20M以下时，可省外部复位电路）
11．时钟源：
外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器，用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：
5.65MHz~5.95MHz，精度不高时，可选择使用内部时钟，但因为有温漂，应认为是5MHz~6.5MHz
12．共2个16位定时器/计数器
13．PWM（4位）/PCA（可编程计数器阵列），也可用来在实现4个定时器
14．ADC，10位精度ADC，共8路
15．通用异步串行口（UART）
16．SPI同步通信口，主模式/从模式
17．工作温度范围：
0‐75℃/-40‐+85℃
18．封装：
PDIP—28，SOP—28，PDIP—20，SOP—20，TSSOP—20，PLCC—32
STC12C5410AD单片机中包含中央处理器、程序存储器（Flash）、数据存储器（RAM）、EEPROM、定时/计数器、I/O接口、U
升级会员 