胡斌 陳玉青 陳鋒

摘? 要：針對大學(xué)宿舍門沒有外置門把的情況，當(dāng)有同學(xué)忘帶鑰匙敲門必須走到門口開門，十分不便，文章設(shè)計了一種紅外遠程遙控自動開門系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機作為主控制器，主要運用紅外遙控模塊實現(xiàn)遠程開、關(guān)門的功能，當(dāng)接收到遙控端發(fā)出的開關(guān)門指令信號波，單片機輸出對應(yīng)的電脈沖信號控制步進電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)開、關(guān)門，同時LCD液晶進行實時狀態(tài)顯示。正常模式下，可實現(xiàn)門外人的進門請求，勿擾模式下門鈴無法響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：單片機;紅外遙控;自動門;步進電機

中圖分類號：TP368.12 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）22-0041-03

Abstract： University dormitory doorsusually have no external door handles， which might make it very inconvenient for some students to open the door for roommates who forget the keys. Thus， this paper designed an infrared remote control automatic door system. The system uses STC89C52 SCM（Single Chip Microcomputer） as the main controller， and mainly uses the infrared remote control module to realize the functions of remote opening and closing. When receiving the opening and closing instruction signal wave sent by the remote control terminal， the microcontroller outputs the corresponding electrical impulse signal to control the stepper motor to turn forward and backward to realize opening and closing. Meanwhile， the LCD displays the real-time status. Under normal mode， the doorbell can not respond to the door request.

Keywords： SCM （Single Chip Microcomputer）; infrared remote control; automatic door; stepper motor

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進步，越來越多的科技創(chuàng)新產(chǎn)品應(yīng)用于日常生活當(dāng)中。而對于自動門這一設(shè)計，最常見的是位于大型商場、酒店等公共場所的平移式和旋轉(zhuǎn)式自動門[1-2]。而隨著科技的發(fā)展，目前也出現(xiàn)了具有自動報警、人臉識別和指紋解鎖功能的自動門，由于價格較高，性能還有待提高并沒有大規(guī)模的應(yīng)用，所以自動門更多還是用于大型公共場所和高端場所，沒有廣泛運用于普通家庭中去[3]。而目前大學(xué)宿舍門主要存在的問題是沒有外置門把，當(dāng)有人敲門或忘帶鑰匙時需要門內(nèi)的人走到門口開門，并且大部分宿舍是上床下桌的設(shè)計，給室內(nèi)開門的人帶來許多麻煩，基于此，本系統(tǒng)設(shè)計了一種應(yīng)用于大學(xué)宿舍的，以單片機STC89C52作為主控制器，通過紅外遙控發(fā)射和接收實現(xiàn)遠程開、關(guān)門功能的自動門系統(tǒng)[4]，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，很好地解決了大學(xué)宿舍開門十分麻煩的問題。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

系統(tǒng)以STC89C52單片機作為核心控制器，用戶可通過紅外遙控按鍵發(fā)出相應(yīng)指令的紅外信號，位于門內(nèi)的一體化紅外接收頭接收并經(jīng)解碼后送入單片機，單片機發(fā)出相應(yīng)脈沖信號控制步進電機轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)遠程自動開門的功能。同時設(shè)有按鍵門鈴模塊，當(dāng)門外有人想要進門可以按下按鍵發(fā)出請求，同時門鈴響起，門內(nèi)的人可以自主判斷是否同意進入并通過紅外遙控控制。在勿擾模式下，門鈴無法響應(yīng)。系統(tǒng)主要組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

2.1 單片機控制模塊

單片機控制模塊采用單片機最小系統(tǒng)，以STC89C52為核心控制器，可直接在線編譯或通過通信串口進行編譯。選用12MHz頻率的內(nèi)部時鐘電路和按鍵復(fù)位方式。單片機最小系統(tǒng)模塊電路圖如圖2所示。

2.2 紅外遙控模塊

2.2.1 硬件電路設(shè)計

紅外遙控模塊由紅外發(fā)射部分和紅外接收部分組成。發(fā)射部分采用一體化的紅外遙控器，直接通過遙控按鍵發(fā)出紅外信號。接收部分采用HX1838接收頭，其內(nèi)部包含紅外接收二極管和高增益放大電路、濾波器、解調(diào)器，能實現(xiàn)對脈沖信號的接收、放大、濾波、解碼[5]。它具有低功耗、高靈敏度的特性，最大紅外遙控距離可達到15m，接收紅外載波頻率為38KHz。在與單片機的連接電路中，只需將紅外接收頭電源端通電接地端接地，輸出端與單片機的外部中斷P3.2口相連，下降沿觸發(fā)外部0解碼，由外部中斷0控制步進電機的動作[6]。紅外遙控模塊硬件電路如圖3所示。

2.2.2 程序設(shè)計

在紅外遙控模塊子程序中，通過下降沿觸發(fā)外部中斷0開始執(zhí)行。由于紅外發(fā)射的信號碼由引導(dǎo)碼和用戶碼組成，在觸發(fā)中斷后，單片機首先通過是否接收到了引導(dǎo)碼來判斷是否接收到紅外信號。在接收完引導(dǎo)碼后，開始接收真正的用戶碼。用戶碼包含32位的地址碼、地址反碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼，其中反碼的設(shè)計有效提高了紅外通信的準(zhǔn)確率。由于采取的編碼方式遵循NEC協(xié)議，用戶碼中二進制數(shù)字“0”和“1”的區(qū)別在于間隔時長[7]。在等待0.565ms脈寬過去，通過間隔的高電平時長來識別接收到的用戶碼，之后存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器中，定時器清零。

2.3 LCD液晶顯示模塊

2.3.1 硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)選用LCD1602對開門關(guān)門以及勿擾模式進行狀態(tài)顯示。在硬件電路設(shè)計中將數(shù)據(jù)通信引腳D0-D7分別與單片機P0口相連，3個主要控制引腳分別與P2.5、P2.6、P2.7相連。LCD液晶顯示模塊電路圖如圖4所示。

2.3.2 程序設(shè)計

在單片機接收并處理了紅外遙控模塊的指令信息并驅(qū)動步進電機動作的同時，LCD1602液晶顯示模塊進行狀態(tài)的顯示。LCD液晶顯示模塊首先進行顯示屏的初始化操作，初始化時要清屏并進行光標(biāo)的復(fù)位，然后檢測此時LCD是否處于在忙的狀態(tài)，如果不處于忙的狀態(tài)則通過發(fā)送地址碼，相應(yīng)地址位置光標(biāo)閃爍并顯示所設(shè)定的狀態(tài)內(nèi)容。

2.4 步進電機控制模塊

2.4.1 硬件電路設(shè)計

為了實現(xiàn)自動開門和關(guān)門的效果，通過步進電機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動門上對應(yīng)機械裝置來代替人手的動作。系統(tǒng)選用28BYJ48步進電機作為執(zhí)行元件[8]，選用ULN2003作為驅(qū)動芯片實現(xiàn)對單片機輸出電流的放大。由于選用的是步進電機是四相驅(qū)動的，只需用到其中的4個輸入端口和4個輸出端口。具體連接電路圖如圖5所示。

2.4.2 程序設(shè)計

步進電機的運轉(zhuǎn)是由脈沖信號控制的，每發(fā)出一個電脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一定角度。由于選用的是28BYJ48步進電機，它工作于八拍相序下，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，步距角較小，可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)動精度較高，更加精準(zhǔn)地定位于自動門開關(guān)角度。在程序設(shè)計中，按照此步進電機的正反轉(zhuǎn)相序，當(dāng)發(fā)出開門指令時調(diào)用正轉(zhuǎn)相序，關(guān)門指令即調(diào)用反轉(zhuǎn)相序。

2.5 按鍵門鈴模塊

通過按鍵門鈴模塊實現(xiàn)門外人的進門請求，正常模式下，當(dāng)有人按下按鍵發(fā)出進門請求，門鈴響應(yīng)，選用有源蜂鳴器實現(xiàn)門鈴響應(yīng)這一功能。按鍵門鈴模塊主要由按鍵、蜂鳴器、9012三極管和外接電阻組成，按鍵和蜂鳴器的響應(yīng)通過所連接端口的高低電平來實現(xiàn)，這里預(yù)設(shè)為低電平有效，按鍵接在單片機P2.0口，蜂鳴器與P2.1口相連。具體硬件電路圖如圖6所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分采取模塊化程序設(shè)計的方式，由主程序依次調(diào)用紅外遙控子程序、LCD液晶子程序、按鍵門鈴子程序、步進電機驅(qū)動子程序。而根據(jù)總體方案設(shè)計，系統(tǒng)的主要程序流程為：首先進行系統(tǒng)的初始化，對紅外中斷、LCD顯示初始化，然后進入按鍵門鈴模塊進行按鍵的掃描及蜂鳴器的響應(yīng)，在勿擾模式下即使按鍵按下蜂鳴器也不響應(yīng)，正常模式下用戶自主判斷是否同意，并按下遙控按鍵發(fā)出相應(yīng)紅外信號，紅外信號到達紅外接收模塊觸發(fā)外部中斷，進入中斷服務(wù)子程序進行紅外信號的解碼與存儲，單片機輸出相應(yīng)控制信號脈沖對步進電機正反轉(zhuǎn)作出指示，并進入LCD液晶顯示模塊顯示。系統(tǒng)主程序如圖7所示。

4 結(jié)束語

本文是基于STC89C52單片機為控制核心的紅外遠程自動開門系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計分模塊進行。其中核心模塊就是紅外遠程遙控模塊，采用紅外一體化接收頭和遙控器作為主要元件實現(xiàn)紅外遙控的通信功能，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可用于實現(xiàn)大學(xué)宿舍的紅外遠程自動開、關(guān)門功能，具有很好的實用性和推廣價值。在當(dāng)今手機用量劇增的時代，手機的功能已經(jīng)滲透到了生活的各大領(lǐng)域，本系統(tǒng)也可以加上手機APP控制模塊，實現(xiàn)不受距離限制的遠程自動開、關(guān)門，并且更好的解決了忘帶鑰匙的問題。

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