本科畢業(yè)論文（設計） 題目：基于單片機的自動感應門設計 基于單片機的自動感應門設計 摘 要 隨著科技的進步和社會的發(fā)展，人們的生活水平擁有了極大的提高。各種方便生活的自動控制系統(tǒng)進入了人們的生活，以單片機為核心的自動感應門控制系統(tǒng)就是其中之一，并在人們的日常生活中發(fā)揮著重要的作用。相比于傳統(tǒng)的手推門，自動感應門能夠自動控制門的開關，還具有**、穩(wěn)定和美觀等優(yōu)點，自動感應門在銀行、酒店、商場、寫字樓等公共場所都擁有了廣泛的應用。 本文基于自動感應門在日常生活中的廣泛應用。提出設計一款基于單片機的自動門控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以 AT89S52 單片機為控制核心，選用熱釋電人體感應傳感器檢測是否有人員進入，選用紅外傳感器檢測當前門的狀態(tài)。并選用步進電機控制門的開和關。該系統(tǒng)能夠自動檢測是否有人靠近門，并判斷當前門所處的狀態(tài)，從而實現(xiàn)門的自動打開和關閉。 本系統(tǒng)的特點在于選用新型的人體檢測傳感器，這可以保證系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的工作。此外，本系統(tǒng)還選用了紅外傳感器來檢測當前門的狀態(tài)，從而實現(xiàn)門的智能控制。關鍵詞：自動感應門；傳感器；AT89S52 I The design of automatic induction door based on single chip microcomputer Abstract With the progress of science and technology and the development of the societypeoples living standard has been greatly improved. A variety of convenient automaticcontrol system of life has entered peoples lives automatic induction door controlsystem with the single chip processor as the core is one of them and in Peoples Dailylife play an important role. Compared to the traditional hand push door automaticinduction door can automatically control the door switch also has the advantages ofsafe stable and beautiful automatic induction door in Banks hotels shopping mallsoffice buildings and so on are widely used in public places. This article is based on automatic induction door is widely used in daily life.Design a based on single chip microcomputer automatic door control system isproposed. AT89S52 single chip microcomputer as the control core the system selectsthe pyroelectric body induction sensors for personnel to enter use infrared sensorsdetect the current state of the door. And choose stepper motor control door opened andshut. The system can automatically detect whether someone is near the door and toassess the status of the door is so as to realize the door open and close automatically. Characteristics of this system is to choose new human body detection sensor thissystem can guarantee a more stable job. In addition this system also USES infraredsensors to detect the current state of the door so as to realize the intelligent control ofthe door.Key Words: Automatic Induction door Sensor；AT89S52 II 目 錄1 緒 論.................................................................................................1 III 1 緒 論1.1 設計背景 在一些公共場所，傳統(tǒng)的門都是手推的，在實際應用中顯得非常的麻煩。隨著自動感應門的出現(xiàn)使這一問題擁有了解決。自動感應門可以在銀行、酒店、商場和寫字樓等地見到，只要我們走到門口，自動感應門就能夠自動控制門的打開。當人離開一段時間時候，又能自動的進行關閉。這樣就能給人們的生活提供極大的便利。 隨著生活水平的提高，人們對生活的便利性、建筑**性和環(huán)保型投入了更大的關注。據有關預測顯示，至 2015 年，國內自動感應門和門機年銷售量將超過 140000 臺，比 2009 年翻了一番。雖然自動感應門能夠能夠給人們帶來很大的便利，但是，由于自動感應門價格相對比較昂貴。使得其應用受到了很大的限制。目前，自動感應門多應用經濟發(fā)達的東部及東南沿海地區(qū)。 本系統(tǒng)基于自動感應門所存在的一些問題，提出設計一款基于單片機的自動門控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用新型的人體感應和紅外傳感器，可以極大的降低自動感應門的成本，從而推動自動感應門在人們生活中的廣泛應用。1.2 自動感應門的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 20 世紀 20 年代后期，隨著美國的超級市場開放，自動門開始擁有了廣泛的應用。1945 年，****自動門品牌開發(fā)出了油壓式和空氣式自動門，并在辦公樓正式的使用。從 1960 年開始，電氣式的自動感應門開始出現(xiàn)，之后隨著城市的建設，自動門技術擁有了迅速的發(fā)展。 由于技術的限制，*初的自動門采用油壓式和空氣式來進行控制，能源利用率較低。隨著技術的發(fā)展，使用電機控制技術擁有了迅速的發(fā)展。目前自動感應門大多都采用直接控制電機的方式。 自動門是在上世紀 90 年代后進入中國，并在國內發(fā)達的沿海地區(qū)擁有了較廣泛的應用。*初，中國市場上的自動門主要來自歐美和日本等**，隨著自動門的廣泛應用，國內的自動感應門也擁有了迅速的發(fā)展。并且在市場上占據了一 1定的份額。截至 2012 年底，中國自動門市場上已經有 80 余個品牌的自動門成套設備，2012 年國內自動門銷售市場規(guī)模達到了 7.2 億元。 目前中國已經成為自動門、電動門和出入口控制設備的**市場及制造中心，自動門的發(fā)展前景十分可觀。此外，的自動門廠商都試圖在中國謀求發(fā)展，這也使得自動門市場日趨激烈。自動門產品主要應用于經濟相對發(fā)達的東部及東南沿海地區(qū)。其中北京、上海、廣州和深圳是自動門產品的**消費市場。隨著外商投資向內地轉移，自動門的使用地域也開始不斷的向內陸發(fā)達城市延伸。1.3 設計自動感應門的意義 目前，國內的自動感應門價格相對比較昂貴，使得自動感應門的應用受到了一定的限制。本系統(tǒng)基于單片機，提出設計一款使用新型的人體感應傳感器和紅外傳感器的自動門控制系統(tǒng)。采用本系統(tǒng)，可以極大的降低自動感應門的成本，從而推動自動感應門在國內的廣泛應用1.4 論文主要完成的工作 本論文研究的主要內容是設計一款使用新型的人體感應傳感器和紅外傳感器的自動門控制系統(tǒng) 主要的設計任務有：（1）當有人靠近時，本系統(tǒng)能夠通過傳感器正確的檢測人體，然后控制電機自動打開門。（2）當門處于半開狀態(tài)時，自動門應該以一個適當的速度來打開門。（3）當門處于打開狀態(tài)時，系統(tǒng)應該使門保持在開啟狀態(tài)。當人員離開之后，系統(tǒng)控制門保持打開狀態(tài) 4 秒，之后控制門關閉。如果門處于關閉狀態(tài)，在保持門關閉。（4）本系統(tǒng)選用紅外傳感器來檢測門所處的三個狀態(tài)，即打開狀態(tài)、關閉狀態(tài)和半開狀態(tài)。 2 2 系統(tǒng)總體設計2.1 設計要求 本系統(tǒng)要求設計一款基于單片機的自動門控制系統(tǒng)。首先采用人體感應傳感器來檢測是否有人員靠近。如果有人員靠近，自動打開門。當人離開之后，系統(tǒng)控制門自動等待一段時間，然后控制電機進行關門。此外，本系統(tǒng)選用紅外傳感器來檢測門所處的狀態(tài)，并且將門的狀態(tài)分成了三種。也就是打開狀態(tài)、關閉狀態(tài)和半開狀態(tài)。本系統(tǒng)根據門所處的狀態(tài)和是否有人員靠近等來控制門的智能開啟和關閉。2.2 總體設計方案 本系統(tǒng)主要實現(xiàn)一個自動感應門控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采集傳感器輸出的信號，并對信號進行判斷，從而控制電機，實現(xiàn)門的自動開啟和關閉。 本系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖如圖 2.1 所示。輸入部分包括人體檢測和門狀態(tài)檢測，輸出部分包括報警燈和電機等。 圖 2.1 系統(tǒng)原理圖題各個模塊實現(xiàn)的功能：（1）人體檢測。檢測是否有人員靠近，并與門狀態(tài)信號一起，實現(xiàn)感應門的智能控制。 3（2）門狀態(tài)檢測。主要檢測門所處的狀態(tài)。本系統(tǒng)主要分成了三個狀態(tài)，打開狀態(tài)、關閉狀態(tài)和半開狀態(tài)（3）單片機。單片機是本系統(tǒng)的控制核心，我們將編寫好的程序下載到單片機中，然后單片機采集輸入信號，并根據輸入信號控制門的開啟和關閉。（4）報警燈。本系統(tǒng)選用了一個報警燈來指示系統(tǒng)是否工作正常。如果系統(tǒng)工作出現(xiàn)問題，報警燈立刻點亮。（5）電機驅動。由于我們的單片機不能夠提供足夠大的電流來使電機正常運轉，所以**使用專門的電機驅動來驅動電機。（6）電機。本系統(tǒng)使用步進電機控制門的開啟和關閉。2.3 器件介紹2.3.1 單片機 本系統(tǒng)從成本、穩(wěn)定性以及可擴展性等諸多因素出發(fā)，*終選用 AT89S52單片機作為本系統(tǒng)的控制器。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個 16 位定時器/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S52 引腳如圖2.2 所示。 4 IC1 1 40 P10 VCC 2 39 P11 P00 3 38 P12 P01 4 37 P13 P02 5 36 P14 P03 6 35 P15 P04 7 34 P16 P05 8 33 P17 P06 9 32 RST P07 10 31 P30/RXD EA 11 30 P31/TXD ALE 12 29 P32/INT0 PSEN 13 28 P33/INT1 P27 14 27 P34/T0 P26 15 26 P35/T1 P25 16 25 P36/WR P24 17 24 P37/RD P23 18 23 XTAL2 P22 19 22 XTAL1 P21 20 21 GND P20 AT89S52 圖 2.2 AT89S52 引腳圖題（1）單片機引腳功能介紹AT89S52 各引腳的功能介紹如下： VCC：AT89S52 接電源的5V 輸入。 VSS：接地。 XTAL1：單片機的反相放大器輸入端。 XTAL2：單片機反相放大器輸出端，一般在設計上只需要在 XTAL1 和 XTAL2上接上一只石英振蕩晶體就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一20PF 的小電容，可以起到抗噪聲的作用從而使系統(tǒng)更穩(wěn)定。 RESET：重置引腳，高電平動作，當要單片機重置時，只要對此引腳的電平提升至高電平并且保持兩個機器周期以上的時間，AT89S52 便能完成系統(tǒng)重置的動作，使得內部特殊功能寄存器的內容被設成已知狀態(tài)，并且從地址 0000H 處開始讀入程序代碼然后執(zhí)行程序。 EA/Vpp：低電平動作，當引腳接低電平之后，系統(tǒng)會采用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 單片機中，EA 引腳**接低電平，因為它的內部沒有程序存儲器空間。如果是使用 8751 內部程序空間時，此引腳要接成高電平。另外，在將程序代碼寫錄至 8751 內部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（Vpp）。 ALE/PROG：ALE 表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52 可以利用這個引腳來觸 5發(fā)外部的 8 位鎖存器，將端口 0 的地址總線（A0～A7）鎖進鎖存器中，因為 AT89S52是以多工的方式送出地址和數據。此外在燒錄 8751 程序代碼的時候，此引腳會被當成程序規(guī)劃特殊功能來使用。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。 PSEN：此為quotProgram Store Enablequot的縮寫，它的意思為程序儲存啟用，AT89S52 可以利用 RD 及 PSEN 引腳分別啟用存在外部的 EPROM 與 RAM，使得程序存儲器與數據存儲器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。當 8051 被設成為讀取外部程序代碼工作模式的時候，會送出此信號用以方便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE 引腳。 RST：復 位 輸 入 。當 振 蕩 器 復 位 器 件 時 ，要 保 持 RST 腳 兩 個 機 器 周 期的高電平時間。 ALE/PROG： 當 訪 問 外 部 存 儲 器 時 ， 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖存 地 址 的 地 位 字 節(jié) 。在 FLASH 編 程 期 間 ，此 引 腳 用 于 輸 入 編 程 脈 沖 。在平 時 ， ALE 端 以 不 變 的 頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號 ， 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率的 1/6。 因 此 它 可 用 作 對 外 部 輸 出 的 脈 沖 或 用 于 定 時 目 的 。 然 而 要 注 意 每 將 如的 是 ： 當 用 作 外 部 數 據 存 儲 器 時 ， 跳 過 一 個 ALE 脈 沖 。 想 禁 止 ALE的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。此 時 ， ALE 只 有 在 執(zhí) 行 MOVX，MOVC 指令 是 ALE 才 起 作 用 。另 外 ，該 引 腳 被 略 微 拉 高 。如 果 微 處 理 器 在 外 部 執(zhí)行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ， 置 位 無 效 。 /PSEN： 外 部 的 程 序 存 儲 器 的 選 通 信 號 。 從 外 部 程 序 存 儲 器 取 指 期間 ， 每 個 機 器 周 期 必 須 兩 次 /PSEN 才 能 有 效 。 但 在 訪 問 外 部 數 據 存 儲 器時 ， 這 兩 次 有 效 的 /PSEN 信 號 將 不 需 要 出 現(xiàn) 。 /EA/VPP： 當 /EA 保 持 低 電 平 時 ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器（ 0000H-FFFFH） ， 不 管 單 片 機 有 沒 有 內 部 程 序 存 儲 器 。 注 意 當 加 密 方式 為 1 時 ，/EA 將 內 部 鎖 定 的 為 RESET；當 /EA 端 保 持 高 電 平 時 ，此 間 為內 部 程 序 存 儲 器 。 當 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 EA 引 腳 也 用 于 施 加 12V 編程 電 源 （ VPP） 。 PORT0（P0.0～P0.7）：端口 0 是一個 8 位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個位，P0.0 表示位 0，P0.1 表示位 1。另外的三個 I/O 端口 6（P1、P2、P3）則不會具有此電路的組態(tài)，而是當內部有一個提升電路的時候，P0 在當做 I/O 用的時候可以推動 8 個 LS 的 TTL 負載。如果 EA 引腳為低電平的時候（即取用外部程序代碼或數據存儲器），P0 就可以多工方式提供數據總線及地址總線。設計者**當地址栓鎖住成為 A0～A7，再配合端口 2 的 A8～A15 合成一完整的 16 位地址總線，從而定址到 64K 的外部存儲器空間。 PORT1（P1.0～P1.7）：端口 1 是雙向 I/O 端口且能內部提升電路的，其輸出緩沖器能推動 4 個 LS TTL 負載，若將端口 1 的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數據。如果是使用 8032 或是 8052 的話，P1.0 又可以當做定時器 2 的外部脈沖輸入，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以當做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 PORT2（P2.0～P2.7）：端口 2 和 p1 一樣是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以都可以推動 4 個 LS 的 TTL 負載，若將端口 2 的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2 除了當做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴充外接程序存儲器或數據存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個時候 P2 便不能當做 I/O 來使用了。 PORT3（P3.0～P3.7）：端口 3 除了具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 TTL 負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括計時計數控制、串行通信、外部中斷控制及外部數據存儲器內容的讀取或寫入控制功能。其引腳分配如下： P3.0：RXD，串行輸入。 P3.1：TXD，串行輸出。 P3.2：INT0，外部中斷 0 輸入。 P3.3：INT1，外部中斷 1 輸入。 P3.4：T0，計時計數器 0 輸入。 P3.5：T1，計時計數器 1 輸入。 P3.6：WR：外部數據存儲器的寫入信號。 P3.7：RD，外部數據存儲器的讀取信號。（2）基本復位電路 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 7撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖 3.2 所示的 RC復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。當按下按鈕時，則 Vcc 的5V 電平就會直接加到 RST 端。手動按鈕復位的電路如下所示。即使人的動作再快也會使得按鈕保持接通時間達數十毫秒，所以，完全可以滿足復位的時間要求。 復位電路工作原理：VCC 上電時，C6 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，C6 充滿，10K 電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下 K1，C6 放電。 VCC 2 K1 C6 10UF 2 1 RST 1 R8