采用單片機(jī)控制的紅外自動(dòng)門畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類I/O口，被稱為準(zhǔn)雙向口89C51的P0/P1/P2/P3口。作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了P1口外P0/P2/P3口都還有其他的功能。 功能引腳：RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。/ Vpp：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（Vpp）。ALE/PROG 地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。在后面關(guān)于擴(kuò)展的課程中我們就會(huì)看到8051擴(kuò)展 EEPROM電路，在圖中ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當(dāng)CPU對(duì)外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當(dāng)ALE是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號(hào)，當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變(即由正變負(fù))將P0口上低8位地址信號(hào)送入鎖存器。當(dāng)ALE是低電平時(shí)，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。在沒有訪問外部存儲(chǔ)器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這里我們可以看到，當(dāng)系統(tǒng)沒有進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)ALE會(huì)以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時(shí)鐘，或者外部定時(shí)脈沖使用。PORG為編程脈沖的輸入端： 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成中，我們已知道，在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4KB或8KB的程序存儲(chǔ)器(ROM)，ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，那么我們是怎樣把編寫好的程序存入進(jìn)這個(gè)ROM中的呢？實(shí)際上是通過編程脈沖輸入才能寫進(jìn)去的，這個(gè)脈沖的輸入端口就是PROG。 PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 (1)內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作； (2)外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次； (3)外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過不會(huì)輸出； (4)外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。 /VPP： 訪問和序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 XTAL1 和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。VCC：供電電壓。GND：接地。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：8位CPU片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路32根I/O線外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 步進(jìn)電機(jī)的介紹適用于控制步進(jìn)電機(jī)要用環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，如圖33：脈沖信號(hào)信號(hào)分配功率放大步進(jìn)電機(jī)負(fù)載圖33　自動(dòng)門控制系統(tǒng)圖1．脈沖信號(hào)的分配與產(chǎn)生步進(jìn)電動(dòng)機(jī)根據(jù)控制信號(hào)的工作來驅(qū)動(dòng)電路。在步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。控制順序如下控制換相順序步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序必須按照電動(dòng)機(jī)的工作方式執(zhí)行。一般把通電換相這個(gè)過程稱為脈沖分配。四相八拍步進(jìn)電機(jī)工作方式通電換相順序是AABBBCCCDDDAA。反序?yàn)锳ADDDCCCBBBAA。共有8個(gè)通電狀態(tài)P1口輸出控制信號(hào)，0表示繞子通電，1表示繞子斷電。2．功率放大器的作用功率放大器主要是將音源器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。本論文主要講述與家庭生活相關(guān)較大的功率放大器。按器材分為：電子管/晶體/集成電路功放按電路所用的器材分類，功放可以分為電子管放大器、晶體放大器和集成電路放大器。按功能分為：前級(jí)功放，主要作用是對(duì)信號(hào)源傳輸過來的節(jié)目信號(hào)進(jìn)行必要的處理和電壓放大后，再輸出到后級(jí)功放。它就像鐵路岔道一樣，控制切換哪一路音源信號(hào)接入功放，哪一路音源信號(hào)與功放斷開。后級(jí)功放是進(jìn)行單純功率放大的部分，它的作用就是盡可能原原本本地放大來自于前級(jí)的信號(hào)，我們對(duì)后級(jí)的要求是，放大倍數(shù)盡可能高，而放大后信號(hào)的失真程度應(yīng)盡可能低。除放大電路外，還設(shè)計(jì)有各種保護(hù)電路，如短路保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)等。這兩類功放一般只在高檔機(jī)采用。合并式放大器，將前級(jí)放大器和后級(jí)放大器合并為一臺(tái)功放，兼有前二者的功能，通常所說的放大器都是合并式的，應(yīng)用的范圍較廣。一般來看，合并式功放的功率較前、后級(jí)功放小，重放的效果也比前、后級(jí)功放差，但合并式功放價(jià)錢較便宜，且使用方便，完全能夠滿足一般的家庭需要。功率放大器的效率是一個(gè)突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。高頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負(fù)載，通過諧振回路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失真。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。圖34　步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)控制圖并且如果去改變通電順序，既按照遇上所述相反的方向通電，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也會(huì)發(fā)生改變。我們假設(shè)對(duì)繞組通電的操作成為一拍，那么前面所述的四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的流通點(diǎn)就要八拍。轉(zhuǎn)子每拍走一步。所以一個(gè)齒距需要四步完成。轉(zhuǎn)子走一步所轉(zhuǎn)的角度為一個(gè)步距角。下式可計(jì)算 （31）式中N代表步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)。自動(dòng)門選用的工作方式為三相六拍，即AABBBCCCDDDAA。反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋骸Ｍ娦枰獡Q相8次，轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。根據(jù)上式，八拍工作時(shí)的步進(jìn)精度要高。在使用八拍工作方式時(shí)，有四拍是單相通電，有四拍是雙向通電；對(duì)任一相來說，它的電壓波形是一個(gè)方波，周期為八拍。3．步進(jìn)電機(jī)模塊與驅(qū)動(dòng)將電脈沖信號(hào)變?yōu)榻俏灰苹蚓€性位移的開環(huán)控制元件就是步進(jìn)電機(jī)。在不超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，點(diǎn)擊則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期的誤差而沒有累積誤差的特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變得非常實(shí)用、簡(jiǎn)潔。步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī)分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定數(shù)的控制繞線；轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成突擊結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子本身沒有勵(lì)磁繞組的叫做“反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)”。用永磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫做“永磁式步進(jìn)電機(jī)”。用四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例如圖35所示；圖35　四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)從圖中可知，它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分。每對(duì)磁極都纏有同一繞阻，同時(shí)形成一相，因此形成4相。如給錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將相磁導(dǎo)率最大的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，既向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是趨于這一原理轉(zhuǎn)動(dòng)的。每個(gè)磁極的內(nèi)表面分布著多個(gè)小齒，他們之間大小與間距都是一致的[8]。轉(zhuǎn)子與定子的齒角距有公式如下Qx=2π/Z式子中的Z是轉(zhuǎn)子齒數(shù) 電磁力是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源。在磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推動(dòng)道最大磁導(dǎo)率的位置，處于平衡狀態(tài)。對(duì)三相步電機(jī)來說，當(dāng)某一相得磁極處于最大磁導(dǎo)位置時(shí)，另外兩相必須不在同一位置。4．步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載選用單片機(jī)AT89C52單片機(jī)做為步進(jìn)電機(jī)的控制器, 用它來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的空載時(shí)的正反轉(zhuǎn)\帶負(fù)荷時(shí)的正反轉(zhuǎn)以及各自速度的控制,在設(shè)計(jì)的最后我們研究了在自動(dòng)門中單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制. 用脈沖信號(hào)控制的，步距角和轉(zhuǎn)速大小不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受各種環(huán)境條件諸如溫度、壓力、振動(dòng)、沖擊等影響，而僅僅與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低可以大范圍地調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)，而且有自鎖的能力，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置，不經(jīng)減速器也可獲得低速運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)帶上負(fù)載運(yùn)行時(shí)情況有所改變。帶上負(fù)載后，轉(zhuǎn)子每走一步不再停留在穩(wěn)定平衡點(diǎn)，而是停留在靜轉(zhuǎn)矩 等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的點(diǎn)上，如圖26中 、 、 、 處，轉(zhuǎn)子停止不動(dòng)。具體分析如下：當(dāng) 相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到時(shí)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)距，兩轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，相斷電相通電，改變通電狀態(tài)的瞬間，因?yàn)閼T性轉(zhuǎn)子位置來不及變化，于是轉(zhuǎn)到曲線上的點(diǎn)，由于點(diǎn)的靜轉(zhuǎn)矩，故轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到點(diǎn)，在點(diǎn)轉(zhuǎn)子停止，接下來相通電的運(yùn)轉(zhuǎn)情況類似。一個(gè)循環(huán)的過程為。圖36　步進(jìn)電機(jī)空載狀態(tài)圖 紅外熱釋電探測(cè)模塊介紹主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出10~20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為9~10um，~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(zhǎng)范圍為7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。 被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。 圖37 熱釋電紅外探頭模塊缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。抗干擾性能：①防小動(dòng)物干擾：探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。②抗電磁干擾：，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。③抗燈光干擾：探測(cè)器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。圖38 傳感器探測(cè)敏感范圍紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感,而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。 報(bào)警模塊介紹在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警電路，當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)故障時(shí)，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警電路原理圖如圖39所示。圖39　報(bào)警電路原理圖本系統(tǒng)采用蜂鳴器作為報(bào)警電路的主要器件，將蜂鳴器的正端連接到+5V電源上，負(fù)端連接到三級(jí)管的發(fā)射極，集電極連接到地端。當(dāng)給0時(shí)蜂鳴器響，當(dāng)給1時(shí)蜂鳴