王省波

摘 要：本文是研究自動(dòng)門(mén)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(guò)接收熱釋電紅外傳感器傳來(lái)的電信號(hào)進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)對(duì)門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，其中，所采集的電信號(hào)是由紅外傳感器通過(guò)感受人體輻射的紅外線(xiàn)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(hào)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(kāi)關(guān)作為傳感器模塊。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到熱釋電紅外傳感器傳來(lái)的相關(guān)的電信號(hào)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(kāi)門(mén)，當(dāng)人通過(guò)以后則延遲一段時(shí)間，再執(zhí)行關(guān)門(mén)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(guó)在上個(gè)世紀(jì)三十年代發(fā)明自動(dòng)門(mén)以來(lái)，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及世界市場(chǎng)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(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)門(mén)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(kāi)始進(jìn)入人們的生活，自動(dòng)門(mén)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(chē)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(mén)控制系統(tǒng)，自動(dòng)門(mén)說(shuō)到底還是門(mén)的概念，它是人們通過(guò)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(mén)顯得尤為重要。

本文的目的是：當(dāng)人靠近門(mén)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(hào)，此時(shí)控制器通過(guò)作用驅(qū)動(dòng)裝置，再將門(mén)打開(kāi)，之后傳感器感應(yīng)人是否通過(guò)，如果已經(jīng)通過(guò)，則將門(mén)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(lái)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(kāi)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(mén)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(mén)上側(cè)的熱釋紅外線(xiàn)傳感器檢測(cè)到有人來(lái)或者離開(kāi)的時(shí)候，把相應(yīng)的信號(hào)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(kāi)門(mén)。（2）熱釋紅外線(xiàn)傳感器檢測(cè)到?jīng)]有人在離門(mén)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(mén)。（3）當(dāng)關(guān)門(mén)中途的時(shí)候來(lái)人，單片機(jī)做出判斷后，立即開(kāi)門(mén)：當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈關(guān)門(mén)時(shí)，感應(yīng)探頭突然檢測(cè)到在離門(mén)3m的范圍內(nèi)有人，則立即停止電動(dòng)機(jī)關(guān)門(mén)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)鏈開(kāi)門(mén)。

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(cè)模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，步進(jìn)電機(jī)模塊，開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)顯示模塊。自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)是利用控制核心部分通過(guò)檢測(cè)傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)而控制電機(jī)通斷的系統(tǒng)，門(mén)的概念人盡皆知，它用以控制人的通過(guò)情況，所以對(duì)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(cè)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(kāi)門(mén)動(dòng)作，其中基于安全考慮，本次設(shè)計(jì)將開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)動(dòng)作分成兩個(gè)部分，前面半個(gè)部分采用快速開(kāi)門(mén)和快速關(guān)門(mén)方式，當(dāng)門(mén)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(kāi)始執(zhí)行關(guān)門(mén)函數(shù)。若在關(guān)門(mén)過(guò)程中，又有人靠近，將會(huì)觸發(fā)中斷T0信號(hào)，中斷T0信號(hào)一旦出現(xiàn)，則關(guān)門(mén)程序被清除，再次執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并從關(guān)門(mén)的位置重新開(kāi)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(shí)點(diǎn)有：?jiǎn)纹瑱C(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(cè)信號(hào)通過(guò)普通IO口檢測(cè)，這將會(huì)產(chǎn)生有人接近自動(dòng)門(mén)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(guò)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(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)動(dòng)作中剛好走過(guò)360°。

（三）軟件設(shè)計(jì)中的優(yōu)化問(wèn)題

軟件是硬件的靈魂，沒(méi)有軟件的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，就像人的大腦沒(méi)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(wèn)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(guò)的時(shí)候可以立馬檢測(cè)到，并且做出開(kāi)門(mén)動(dòng)作。

三、總結(jié)

科技的發(fā)展，是為了人類(lèi)帶來(lái)便利，尤其是智能化時(shí)代的到來(lái)，各種領(lǐng)域?qū)χ悄芑囊笠捕荚絹?lái)越高，本次設(shè)計(jì)源于對(duì)周?chē)澜绲挠^(guān)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(jiǎn)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(lái)很多方便：門(mén)在人通過(guò)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(chǎng)門(mén)口或是寫(xiě)字樓將大大提高建筑物的檔次。

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（作者單位：湖南人文科技學(xué)院 信息學(xué)院）