基于單片機的地鐵自動門設(shè)計(本科畢業(yè)論文)

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的地鐵自動門設(shè)計姓 名： 院(系)別： 電子與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 2011年 6月6日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目基于單片機的地鐵自動門設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)院名稱電子與信息工程學(xué)院專業(yè)班級課題類型自選課題意義隨著電子科技的不斷發(fā)展, 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動門控制系統(tǒng)成為地鐵、超市等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。自動門能實現(xiàn)入門授權(quán)的自動識別控制和防擠壓等功能。任務(wù)與進度要求3.73.20 查閱相關(guān)文獻3.214.3 確立多個方案，選擇最優(yōu)方案4.44.17 針對方案進行硬件電路設(shè)計并調(diào)試4.185.1

2、 針對方案進行軟件設(shè)計并調(diào)試5.26.6 總結(jié)報告，撰寫論文，準(zhǔn)備答辯主要參考文獻1 單片機的c語言應(yīng)用程序設(shè)計，馬忠梅等，北京航空航天大學(xué)出版社2 數(shù)字邏輯電路，劉常澍，高等教育出版社3 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ))， 華成英、童詩白， 高等教育出版社4 田志華，電池供電單片機的低功耗設(shè)計j.，寧夏機械，2002（4）5 李學(xué)軍，如何用mcs-51單片機擴展串口進行通訊j，寧夏機械，2003，（2）6 李海濤，關(guān)于如何提高單片機系統(tǒng)可靠性的探討j，寧夏機械，2005，（3）7 李艷紅，單片機i/o口不宜用作直接驅(qū)動出口j，電站設(shè)備自動化，20038 李瑋華，楊秦建，基于單片機的多軸運動數(shù)控系統(tǒng)跟隨誤差

3、補償器的設(shè)計j，機床與液壓，2011 9 黃頌紅，劉菊香.，城市軌道車輛自動門系統(tǒng) j，電力機車技術(shù), 2001，24( 4): 27- 29.10 曹超，高檔自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn) d，天津: 天津大學(xué)，200411 何禮高，dspic30f電機與電源系列數(shù)字信號控制器原理與應(yīng)用m ，北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2007:22- 537起止日期2011.3.7-2011.6.6備注無院長 教研室主任 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告表 2011年 3 月 7 日姓名學(xué)院電子與信息工程專業(yè)電子信息工程班級題目基于單片機的地鐵自動門設(shè)計指導(dǎo)教師一、與本課題有關(guān)的國內(nèi)外研究情況、課題研

4、究的主要內(nèi)容、目的和意義：隨著電子科技的不斷發(fā)展, 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動門控制系統(tǒng)成為地鐵、超市等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。目前國內(nèi)高速軌道客車主要采用氣動自動門, 主要應(yīng)用于160 km / h及以下速度級的軌道客車, 200 km / h及以上速度級軌道客車用的電動自動門完全依靠進口, 國內(nèi)尚無成熟可靠的產(chǎn)品。外高速軌道客車電動自動門技術(shù)比較成熟, 其產(chǎn)品通常是用可編程控制器和單片機作為系統(tǒng)的處理器。為了使地鐵自動門能夠更好的為地鐵服務(wù), 得到一種電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高的地鐵自動門系統(tǒng)，本文研究一種雙翼對開式自動門控制系統(tǒng), 實現(xiàn)了入門授

5、權(quán)的識別控制和防擠壓等功能。該系統(tǒng)以8051作為控制核心，直流電機、紅外傳感器、磁開關(guān)相結(jié)合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機的性能。具有一定的使用和參考價值。二、進度及預(yù)期結(jié)果：起止日期主要內(nèi)容預(yù)期結(jié)果3.73.20 查閱相關(guān)文獻了解關(guān)于課題的基本理論和結(jié)構(gòu)3.214.3確立多個方案，選擇最優(yōu)方案得出最佳方案4.44.17針對方案進行硬件電路設(shè)計并調(diào)試完成硬件電路各部分連接4.185.1針對方案進行軟件設(shè)計并調(diào)試得到運行良好的程序5.2-6.6總結(jié)報告，撰寫論文，準(zhǔn)備答辯完成畢設(shè)論文，準(zhǔn)備答辯完成課題的現(xiàn)有條件綜合實驗臺，keil c51軟件, multisim審查意見指導(dǎo)教師： 年 月 日學(xué)院意見主

6、管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日摘要隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便生活的自動控制系統(tǒng)開始進入人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。本文設(shè)計了基于單片機的地鐵自動門，該系統(tǒng)以單片機為主體，直流電機、轉(zhuǎn)速測量為核心，實現(xiàn)地鐵門的自動控制。 本設(shè)計主要應(yīng)用8051作為控制核心，直流電機、紅外傳感器、磁開關(guān)相結(jié)合的系統(tǒng)。通過單片機程序?qū)χ绷魉欧姍C的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進行控制，從而對門進行開、關(guān)的控制； 直流電機采用h橋驅(qū)動。充分發(fā)揮了單片機的性能。其優(yōu)點是電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的使用和參考價值。 關(guān)鍵詞: 8051；地鐵自動門；直流電機

7、；紅外傳感器；轉(zhuǎn)速測量abstractwith the development of society, the progress of science and technology and peoples life level gradually improve, all sorts of convenience life automatic control system began to enter into peoples lives, the automatic door systems with scm as the core is one of them. this paper in

8、troduces the design of metro automatic door, based on single chip microcomputer as the subject in this system, dc motor, speed measurement as the core, realize the automatic control to iron.this design is mainly used the 8051 as control core, combin of dc motors, infrared sensors, magnetic switch.ma

9、king full use of the microcontroller performance. through the microcontroller program control the dc servo motor foreward or inversion, thus control the door open or close; and close dc motor driven adopt h bridge.its advantage is the circuit is simple, softwares function is consummation, the contro

10、l system is reliable, cost-effective is high,it has a certain use and reference value.keywords: 8051, metro automatic door,dc motor, infrared sensors, speed measurement目 錄第一章 緒論11.1 課題背景11.1.1 自動門的介紹11.1.2 單片機的發(fā)展31.1.3 電機自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展41.2 課題研究的意義和目的6第二章 自動門系統(tǒng)方案72.1 設(shè)計思想和整體框圖72.2 器件選型7第三章 自動門系統(tǒng)的硬件設(shè)計93

11、.1 系統(tǒng)硬件整體邏輯設(shè)計93.2 控制器單元的硬件設(shè)計93.3 直流電機驅(qū)動模塊153.4 檢測模塊193.5轉(zhuǎn)速測量模塊20第四章 軟件設(shè)計234.1 整體程序流程圖234.2 功能模塊設(shè)計234.2.1 pwm信號發(fā)生程序設(shè)計234.2.2 轉(zhuǎn)速測量模塊程序設(shè)計26第五章 設(shè)計仿真與分析295.1 仿真軟件介紹295.2 整體分析305.3 軟件調(diào)試325.4 硬件仿真32總結(jié)33參考文獻34附錄35謝 辭48第一章 緒論現(xiàn)代社會是一個快速發(fā)展的信息化社會，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們不斷去追求舒適，方便的生活環(huán)境。于是相應(yīng)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生，智能型自動門同樣出現(xiàn)在人們的生活中。隨著自動門的

12、技術(shù)、性能日趨成熟、完善，它被廣泛應(yīng)用在政府機關(guān)、銀行、醫(yī)院、商業(yè)、工業(yè)等不同行業(yè)，改善了人們的生產(chǎn)生活條件。自動門不但能給我們帶來人員出入方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、防噪音等好處，更令我們的建筑物增添了不少高貴典雅的氣息。1.1 課題背景1.1.1 自動門的介紹自動門是指可以將人接近門的動作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。按啟閉形式分：可分為推拉門、平開門、折疊門和旋轉(zhuǎn)門；按門體的材料分：不銹鋼門有安全玻璃、不銹鋼飾面、建筑鋁合金型材、彩色涂層鋼板、木材等。自動門的系統(tǒng)配置是指根據(jù)使用要求而

13、配備的，與自動門控制器相連的外圍輔助控制裝置，如開門信號源、門禁系統(tǒng)、安全裝置、集中控制等。必須根據(jù)建筑物的使用特點。通過人員的組成，樓宇自控的系統(tǒng)要求等合理配備輔助控制裝置。 1、開門信號 自動門開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源。 微波雷達是對物體的位移反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，對門機有一定的保護作用；紅外傳感器對物體存在進行反應(yīng)，不管人員移動與否，只要處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)即傳出觸點信號。缺點是紅外傳感器的反應(yīng)速度較慢，適用于有行動遲緩的人

14、員出入的場所。 另外，如果自動門接受觸點信號時間過長，控制器會認(rèn)為信號輸入系統(tǒng)出現(xiàn)障礙。而且自動平移門如果保持開啟時間過長，也會對電氣部件產(chǎn)生損害。由于微波雷達和紅外傳感器并不了解接近自動門的人是否真要進門，所以有些場合更愿意使用按鍵開關(guān)。 按鍵開關(guān)可以是一個觸點式的按鈕，更方便的是所謂肘觸開關(guān)。肘觸開關(guān)很耐用，特別是它可以用胳膊肘來操作。避免了手的接觸。 還有腳踏開關(guān)，功能一樣，但對防水的要求較高，而且腳踏的力量很大，容易使腳踏開關(guān)失效。還有一種帶觸點開關(guān)的拉手，當(dāng)拉手被推(或在反方向拉)到位時，向門機提供觸點信號。 現(xiàn)在的樓宇自控有時會提出特殊的要求，例如使用電話的某一分線控制開門。要達到

15、這個要求，只要保證信號是無源的觸點信號即可。有些情況下，人們會提出天線遙控的要求。用一個無線接受器與自動門進行觸點式連接，再配一個無線發(fā)射器，就可以達到要求。不過，現(xiàn)在的無線電波源太多，容易導(dǎo)致偶然開門是一個麻煩的問題。 定時器可以自動控制門的狀態(tài)，其原理是將時鐘與特定的開關(guān)電路相連，可預(yù)設(shè)定時間將自動門處于自動開啟或鎖門狀態(tài)。 2、門禁系統(tǒng)與非公共區(qū)域的自動門 如果說對自動門的性能和質(zhì)量要求最高是在使用頻率極高的大型公共區(qū)域，那么自動門功能要求最高是對進出人員進行選擇的非公共區(qū)域。門禁系統(tǒng)是對入門授權(quán)的識別。在識別或檢測入門授權(quán)通過以后，向自動門的控制系統(tǒng)提供開門信號。在提供開門信號之前，自

16、動門必須處于鎖門的狀態(tài)。門禁系統(tǒng)包括從最簡單的鑰匙開關(guān)，密碼鎖，磁卡鎖。（考勤統(tǒng)計系統(tǒng)）。一直到復(fù)雜的體重識別系統(tǒng)，指紋識別系統(tǒng)等。但無論系統(tǒng)怎樣復(fù)雜，最終都是給自動門提供開門的觸點信號。信號電路的屏蔽對避免由于無關(guān)信號的干擾而誤開門的情況發(fā)生非常重要。 3、對自動門的要求就是解鎖動作與開門動作之間的協(xié)調(diào)。 應(yīng)用于自動平移門的電子鎖有鎖皮帶的電磁鎖和鎖門體吊掛件的電動鎖，鎖電機的三種。后者用于重型自動平移門，自動平開門的電子鎖有電磁門吸，電子插銷鎖和電子開門器，電子開門的作用力方向不影響門的開啟動作，不易發(fā)生誤操作。還有一種帶觸點開關(guān)的機械鎖，使鎖與開關(guān)結(jié)合，鎖不處于開鎖狀態(tài)，觸點就不能接觸，

17、不可能發(fā)生誤操作。 4、集中控制 集中控制的概念，包括集中監(jiān)視自動門運行狀態(tài)和集中操作多個自動門兩層含義，集中監(jiān)視自動門開門關(guān)門狀態(tài)可以通過位置信號輸出電路來實現(xiàn)，可以采用接觸式開關(guān)，當(dāng)門到達一定位置（如開啟位置）時，觸動開關(guān)而給出觸點信號。也可以采用感應(yīng)式信號發(fā)生裝置，當(dāng)感應(yīng)器探測到門處于某一位置時發(fā)出信號。在中控室設(shè)置相應(yīng)的指示燈，就可以顯示自動門的狀態(tài)，而集中操作通常指同時將多個門打開或鎖住，這取決于自動門控制器上有無相應(yīng)的接線端子。1.1.2 單片機的發(fā)展單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i

18、/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。 單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如cpu，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可,用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。

19、我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影。它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用pc）的主要區(qū)別。 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么

20、不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的cpu，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十k的尺寸！對于家用pc的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。 單片機的硬件特性：1、單片機集成度高。單片機包括cpu、4kb容量的rom（8031 無）、128 b容量的ram、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口。 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化。 3、單片機可靠性高，可工作到106 107小時無故障。 4、處理功能強，速度

21、快。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。1.1.3 電機自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用和

22、發(fā)展電動機作為最主要的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱、空調(diào)、dvd等）中，都大量使用著各種各樣的電動機。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機的。電動機與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時代，電動機的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關(guān)元件來實現(xiàn)。還有一類控

23、制叫復(fù)雜控制，是指對電動機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進行控制。伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、

24、驅(qū)動及保護等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進步，經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。目前，伺服技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化的方向迅速發(fā)展。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微型計算機的性能越來越高，價格也越來越便宜。此外電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機來控制各類電機完成備種新穎的、高性能的控制策略，是電機的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，是電機的性能更符合使用要求，還可以制造山便于控制納新型電機，使電機山現(xiàn)新的而貌。比較簡單的電機微機控制，例如在適當(dāng)?shù)臅r候讓電機啟動、制動或反轉(zhuǎn)之類，只

25、要讓微機控制繼電器或電子開關(guān)元件使電路開通或關(guān)斷就可以了：在各種機床設(shè)備及生廣流水線中，現(xiàn)在已普遍采用微機的可編程控制器。按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。至于復(fù)雜的控制，則要用微機控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機按指定的指令準(zhǔn)確工作。通過微機控制，電機的性能有很大的提高。例如傳統(tǒng)的直流電集合變流電機各有憂缺點，直流電動機的調(diào)速性能好。但帶有機械按向器，有機械磨損及換向火化等問題；交流電動機，不論是異步電動機還是同步電動機，結(jié)構(gòu)都比直流電動機簡單。工作也比直流電動機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，他們的速度不能方便而又經(jīng)濟的調(diào)節(jié)。交流電動機采用正弦脈寬調(diào)制方式進行變額調(diào)速是比

26、較理想的，但若要用普通的模擬電路或數(shù)字電路完成這任務(wù)，電器相當(dāng)復(fù)雜用微機控制就簡單多了。若要進一步調(diào)節(jié)精度及動態(tài)性能，可采用矢量控制方案，它的調(diào)速性能將與直流電動機相當(dāng)。但矢量控制比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的模擬電路或數(shù)字電路根難做到，而應(yīng)用微機控制。則能方便的實現(xiàn)。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床等自動化設(shè)備的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，其中電動機都是由微機控制的。為了提高性能在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，已采用高速數(shù)字信號處理芯片(digital signal processor簡稱dsp)，指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令。復(fù)雜的電機微機控制主要用于以下兩個方而：1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。用

27、以保證正常工作時發(fā)電機電壓穩(wěn)定，發(fā)生故障后盡可能保持穩(wěn)定，達到優(yōu)化控制的目的。2、電動機調(diào)速及其位置伺服控制。用于鼓風(fēng)機或水泵的調(diào)速節(jié)能、數(shù)控機床、微型計算機磁盤驅(qū)動器、機器人等控制系統(tǒng)。在電機微機控制系統(tǒng)中，微機主要完成下列工作：1、實時控制。根據(jù)給定的要求駛控制規(guī)律，對發(fā)電機的電壓，電動機的轉(zhuǎn)速等物理量實現(xiàn)在線實時控制。2、監(jiān)控。完成事故報警、事故處理、系統(tǒng)診斷及管理等。3、數(shù)據(jù)處理 完成必要的數(shù)據(jù)采集、分析處理、計算、顯不、記錄等。1.2 課題研究的意義和目的隨著電子科技的不斷發(fā)展, 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。自動門控制系統(tǒng)成為地鐵、超市等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。自動門

28、能實現(xiàn)入門授權(quán)的自動識別控制和防擠壓等功能。為了使地鐵自動門能夠更好的為地鐵服務(wù), 得到一種電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高的地鐵自動門系統(tǒng)，本文研究一種雙翼對開式自動門控制系統(tǒng), 實現(xiàn)了入門授權(quán)的識別控制和防擠壓等功能。該系統(tǒng)以8051作為控制核心，直流電機、紅外傳感器、磁開關(guān)相結(jié)合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機的性能。具有一定的使用和參考價值。第二章 自動門系統(tǒng)方案2.1 設(shè)計思想和整體框圖本設(shè)計主要應(yīng)用單片機程序?qū)χ绷魉欧姍C的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進行控制，從而對門進行開、關(guān)的控制。在門的兩側(cè)各有一個感應(yīng)器，分別感應(yīng)從里面出去和從外面進來的人。感應(yīng)探測器探測到有人靠近時，將脈沖信號傳給主

29、控器單片機，主控器判斷后通知電機運行，同時監(jiān)控電機的轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知電機在一定時候加力和進入慢行運行。直流電動機采用h橋驅(qū)動。檢測人進出的傳感器采用紅外傳感器。下圖2-1是自動門系統(tǒng)整體框圖。單片機位置給定pwm功率接口電動機負(fù)載傳感器接口電流反饋信號正/負(fù)位置反饋脈沖絕對零位脈沖圖2-1 自動門系統(tǒng)整體框圖2.2 器件選型單片機at89c51各個引腳的作用vcc/gnd：供電電源。p0口：可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位，能夠用于外部程序/數(shù)據(jù)存儲器。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出i/o，p1口管腳寫

30、入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：既可用于標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出i/o，也可用于外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器訪問時的高八位地址。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：既可以作標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出i/o，也可作為at89c51的一些特殊功能口， 管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器

31、讀選通）rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當(dāng)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。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea / vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)

32、部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。8051單片機最早由intel公司推出，其后，多家公司購買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)核的mcu系列單片機在世界上產(chǎn)量最大,應(yīng)用也最廣泛，有人推測8051可能最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn)mcu芯片。凌陽單片機系列芯片中相同的片內(nèi)硬件功能模塊具有相同的資源特點；不同型號的芯片只是對片內(nèi)資源進行刪減。其最大的特點就是超強抗干擾. 廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、儀器儀表、安防報警、計

33、算機外圍等領(lǐng)域。其主要優(yōu)勢在語音方面。8051作為系統(tǒng)的控制器，單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低廉，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且我們也比較熟悉這款芯片，因此采用8051構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。直流電機采用h橋驅(qū)動：單片機的一個引腳分別產(chǎn)生兩種占空比不同的pwm（脈沖寬度調(diào)制）波形作為驅(qū)動信號，實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速和制動；另外由一個引腳產(chǎn)生轉(zhuǎn)向控制信號，在門的中間及其兩邊設(shè)置磁開關(guān)，作為中斷信號產(chǎn)生源，來判斷電機是否應(yīng)該轉(zhuǎn)換速度或停止；有無人進出采用紅外線來探測，有人時則產(chǎn)生中斷，執(zhí)行開門動作；轉(zhuǎn)速測量采用在電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個帶有

34、相差180度且位于同一半徑上的兩小孔的圓盤，用紅外線照射轉(zhuǎn)動的圓孔，光透過小孔被光敏三極管接收，從而產(chǎn)生脈沖經(jīng)整形電路后送到單片機內(nèi)部定時計數(shù)測出頻率。在感應(yīng)器的選擇方面是很靈活的，在高檔酒店、寫字向中央處理器提出申請樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，可以選擇特定區(qū)域有效的感應(yīng)器；在醫(yī)院手術(shù)室門前可以采用壓力感應(yīng)器；而車庫的門可以采用固定光照感應(yīng)器。而現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的感應(yīng)器主要有微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達

35、便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外感應(yīng)器，對物體的存在進行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)。紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。本系統(tǒng)首先要求的是安全，所以選用紅外線傳感器。第三章 自動門系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件整體邏輯設(shè)計 數(shù)字控制伺服系統(tǒng)由計算機控制器、pwm功率驅(qū)動接口、傳感器接口和電機本體四部分組成。計算機的作用是：完成位置信號的設(shè)置，根據(jù)傳感器接口給出的絕對零位脈沖和電流反饋控制，產(chǎn)生pwm脈寬調(diào)制信號，最后由pwm功率開關(guān)接口對電動機進行最終的功率驅(qū)動。在這個系統(tǒng)中，由于反饋控制是通過軟件實現(xiàn)的，故可以根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)改變系統(tǒng)的參

36、數(shù)，求得最佳匹配。信號濾波也可以通過軟件實現(xiàn)，更有可能通過計算機補償技術(shù)使傳感器精度得以補償提高。計算機控制在可靠性、小型化、聯(lián)網(wǎng)群控制等方面的優(yōu)點都是經(jīng)典模擬伺服系統(tǒng)無法比擬的。3.2 控制器單元的硬件設(shè)計控制器單元硬件電路圖如圖3-1所示：圖3-1 控制器最小系統(tǒng)一片mcs-51單片機芯片內(nèi)包含一個8位cpu、振蕩器和時鐘電路、至少128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，可尋址外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器個64k字節(jié)，21個特殊功能寄存器，4個并行i/o接口，2個16位定時/計數(shù)器,至少5個中斷源，提供兩級中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷服務(wù)程序嵌套。具有有位尋址功能，有較強的布爾處理能力。各功能單元（包括i

37、o端口和定時器/計數(shù)器等）都由特殊功能寄存器（sfr）集中管理。mcs-51單片機在物理結(jié)構(gòu)上有四個存儲空間：1、片內(nèi)程序存儲器2、片外程序存儲器3、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器4、片外數(shù)據(jù)存儲器程序內(nèi)存rom的尋址范圍：0000h ffffh容量64kb。ea = 1,尋址內(nèi)部rom；ea = 0,尋址外部rom。地址長度：16位。作用：存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。七個具有特殊含義的單元是：0000h系統(tǒng)復(fù)位，pc指向此處；0003h外部中斷0入口000bh t0溢出中斷入口0013h外中斷1入口001bh t1溢出中斷入口0023h串口中斷入口002bh t2溢出中斷入口內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器ram物理上分

38、為兩大區(qū)：00h 7fh即128b內(nèi)ram和 sfr區(qū)。作用：作數(shù)據(jù)緩沖器用。一個微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。那么設(shè)計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器(rom)。程序相當(dāng)于給微處理器處理問題的一系列命令。其實程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲器中。mcs-51具有64kb程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序。數(shù)據(jù)和表格等信息。對于內(nèi)部無rom的8031單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為64kb,此時單片

39、機的端必須接地。強制cpu從外部程序存儲器讀取程序。對于內(nèi)部有rom的8051等單片機，正常運行時，則需接高電平，使cpu先從內(nèi)部的程序存儲中讀取程序，當(dāng)pc值超過內(nèi)部rom的容量時，才會轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器讀取程序。8051片內(nèi)有4kb的程序存儲單元，其地址為0000h0fffh,單片機啟動復(fù)位后，程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000h,所以系統(tǒng)將從0000h單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲中有些特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意。其中一組特殊是0000h0002h單元，系統(tǒng)復(fù)位后，pc為0000h,單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000h單元開始，則應(yīng)在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移

40、指令，讓cpu直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是0003h002ah,這40個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：0003h000ah外部中斷0中斷地址區(qū)。000bh0012h定時/計數(shù)器0中斷地址區(qū)。0013h001ah外部中斷1中斷地址區(qū)。001bh0022h定時/計數(shù)器1中斷地址區(qū)。0023h002ah串行中斷地址區(qū)?？梢娨陨系?0個單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng)后，按中斷的類型，自動轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。從上面可以看出，每個中斷服務(wù)程序只有8個字節(jié)單元，用8個字節(jié)來存放一個中斷服務(wù)程序顯然是不可能的。因此以上地址單元不能用于存放程序的其

41、他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。但是通常情況下，我們是在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行，這樣中斷響應(yīng)后，cpu讀到這條轉(zhuǎn)移指令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。0000h-0002h,只有三個存儲單元，3個存儲單元在我們的程序存放時是存放不了實際意義的程序的，通常我們在實際編寫程序時是在這里安排一條org指令，通過org指令跳轉(zhuǎn)到從0033h開始的用戶rom區(qū)域，再來安排我們的程序語言。從0033開始的用戶rom區(qū)域用戶可以通過org指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過了實際的存儲空間，不然程序就會找不到。數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲

42、器也稱為隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲和外部數(shù)據(jù)存儲。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個單元地址，對片外數(shù)據(jù)存儲器采用間接尋址方式，r0、r1和dptr都可以做為間接尋址寄存器，r0、r1是8位的寄存器，即r0、r1的尋址范圍最大為256個單元，而dptr是16位地址指針，尋址范圍就可達到64kb。也就是說在尋址片外數(shù)據(jù)存儲器時，尋址范圍超過了256b,就不能用r0、r1做為間接尋址寄存器，而必須用dptr寄存器做為間接尋址寄存器。8051單片機片內(nèi)ram共有256個單元(00h-ffh),這256個單元共分為兩部分。其一是地址從00h7fh單元(共128

43、個字節(jié))為用戶數(shù)據(jù)ram。從80hffh地址單元(也是128個字節(jié))為特殊寄存器(sfr)單元。mcs-51系列單片機有四個雙向的8位并行口p0p3，每個口各有一個8位的口鎖存器，復(fù)位后它們的初態(tài)全為1。p1口為準(zhǔn)雙向口，p1口的每一位都能獨立地定義為輸出線或輸入線。作為輸入線的位，口鎖存器的相應(yīng)位必須為1狀態(tài)。p3口是一個雙功能口，作為第一功能使用時，其功能和p1口相同。作為第二功能使用時，其口鎖存器狀態(tài)必須為1。p3口的每一位可獨立地定義為第一功能的輸入輸出和第二功能的輸入輸入。p2口也是準(zhǔn)雙向口，并且是雙功能口，它既可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可作為第二功能的系統(tǒng)擴展地址總線口，輸

44、出高8位地址ab8ab15。p0口也是雙功能口，既可可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可作為第二功能的系統(tǒng)擴展地址/數(shù)據(jù)總線口，分時輸出低8位地址ab0ab7和收發(fā)數(shù)據(jù)信息d0d7。p1、p2、p3都能驅(qū)動3個ttl門，且不需要外加電阻就能直接驅(qū)動mos電路。p0作為i/o時需外接上拉電阻才能驅(qū)動mos電路。如果mcs-51本身的i/o口數(shù)量和種類或存儲器容量不能滿足用戶需求時，可擴展i/o接口或外數(shù)據(jù)存儲器，外部數(shù)據(jù)存儲器和外部擴展接口統(tǒng)一編址，cpu對它們的操作指令也相同。在外部64k的數(shù)據(jù)空間（存儲類型xdata）內(nèi)，可以各劃出一個區(qū)域作為擴展i/o地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間。mc

45、s-51系列單片機至少有5個中斷請求源，提供2個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)2級中斷服務(wù)程序嵌套。每個中斷源可程控為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。和中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有中斷優(yōu)先級控制寄存器ip，中斷使能控制寄存器ie，以及定時/計數(shù)器控制寄存器tcon、串行通信口控制寄存器scon的相關(guān)位。mcs-51系列單片機的5個中斷請求源中，有通過p3.2、p3.3輸入的二個外部中斷源和，片內(nèi)兩個定時器/計數(shù)器 (t/c0、t/c1) 的溢出中斷請求源tf0和tf1，還有一個片內(nèi)串行通信口發(fā)送或接收中斷請求源ti或ri。這些中斷請求源分別由特殊功能寄存器tcon和scon的相應(yīng)位所鎖存。1、 定時器/計數(shù)

46、器（t/c）控制寄存器tcontcon的高4位控制定時/計數(shù)器，低4位控制外部中斷。其格式如表3-1所示。表3-1 定時器/計數(shù)器控制寄存器tcond7d6d5d4d3d2d1d0tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0定時/計數(shù)器控制外部中斷控制it0、it1：外部中斷0、1觸發(fā)方式選擇位，由軟件設(shè)置。置1為下降沿觸發(fā) (即當(dāng)外部中斷請求源信號有從1電平到0電平的變化時，外部中斷請求標(biāo)志ie0或ie1才會置1 )，設(shè)置0 為低電平觸發(fā) (即只要外部中斷請求源信號為0時，外部中斷請求標(biāo)志ie0或ie1就置1 )。ie0、ie1：外部中斷0、1請求標(biāo)志位。產(chǎn)生中斷請求時，硬件置位，cpu

47、響應(yīng)中斷后，硬件清零。tf0、tf1：t/c0、t/c1計數(shù)溢出中斷請求標(biāo)志位。產(chǎn)生中斷時，硬件置位，cpu響應(yīng)中斷后，硬件清零。tr0、tr1：t/c0、t/c1啟動標(biāo)志位。其操作方法將在定時器/計數(shù)器章節(jié)中介紹。2、 串行通信控制寄存器sconscon中與串行通信中斷有關(guān)的位是scon.1和scon.0。格式如表3-2所示。各中斷源的硬件優(yōu)先級以及中斷服務(wù)程序入口地址如表7所示。表3-2 中斷服務(wù)程序入口地址表編號中斷源入口地址硬件優(yōu)先級0外部中斷00003h最高1t/c0中斷000bh高2外部中斷10013h中3t/c1中斷001bh低4串行通信口中斷0023h最低通常在中斷入口安排一條

48、相應(yīng)的無條件跳轉(zhuǎn)指令，以當(dāng)cpu響應(yīng)中斷后，可從中斷入口跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計的相應(yīng)中斷處理程序入口。與中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有以下幾個：1、tcon：涉及的位標(biāo)志ie0、tf0、ie1、tf12、ie：設(shè)及的位標(biāo)志ex0、et0、ex1、et1、es3、ip：涉及的位標(biāo)志px0、pt0、px1、pt1、ps4、scon：涉及的位標(biāo)志ri、ti定時器/計數(shù)器是單片機的一個重要功能部件，可用來實現(xiàn)定時、計數(shù)、頻率測量、脈沖寬度測量、產(chǎn)生信號、信號檢測等。mcs-51系列單片機中有至少有2個定時器/計數(shù)器t/c0和t/c1，它們既可以編程為定時器使用，也可編程為計數(shù)器使用。若是內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則是

49、定時器；若是對外部輸入的脈沖信號計數(shù)，則是計數(shù)器。當(dāng)t/c以定時器方式工作時，在每個機器周期計數(shù)加1，計數(shù)頻率 = fosc / 12。如晶振頻率為12mhz時，計數(shù)頻率為1mhz，每隔1s計數(shù)值加1。當(dāng)t/c以計數(shù)器方式工作時，計數(shù)脈沖來自外部輸入管腳t0 (p3.4) 或t1 (p3.5) ，當(dāng)外部脈沖信號負(fù)跳變時計數(shù)值加1。假如外部信號是周期性連續(xù)脈沖信號，則每過一個振蕩周期，計數(shù)器進行一次加1計數(shù)。因計算機識別輸入信號的負(fù)跳變需兩個機器周期，所以可計數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc / 24。當(dāng)晶振為12mhz時，最高計數(shù)頻率為500khz，假如外部脈沖頻率高于此頻率，計數(shù)將出錯。和t/

50、c有關(guān)的特殊功能寄存器有th0、tl0、th1、tl1、tcon和tmod，其中th0和tl0為t/c0的計數(shù)寄存器，th1和tl1為t/c1的計數(shù)寄存器。tcon中高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟停以及產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷標(biāo)志，其各位的定義如下表3-3所示。表3-3 定時器/計數(shù)器控制寄存器tcond7d6d5d4d3d2d1d0tf0tr0tf1tr1ie1it1ie0it0tr0、tr1：t/c0、t/c1啟動控制位，需軟件控制。1啟動計數(shù)；0停止計數(shù)。tf0、tf1：t/c0、t/c1計數(shù)溢出中斷請求標(biāo)志位。產(chǎn)生中斷時，硬件置位；cpu響應(yīng)中斷時，硬件清零。tcon上電復(fù)位時清零。tmod用

51、于設(shè)置定時器/計數(shù)器的工作模式，其各位的定義如表3-4所示。表3-4 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器tmodd7d6d5d4d3d2d1d0gatec/m1m0gatec/m1m0t/c1t/c0其中高4位對應(yīng)于t/c1，低4位對應(yīng)于t/c0。c/：計數(shù)器或定時器選擇位。0定時器；1計數(shù)器。gate：門控信號位。0t/c的啟停僅受tr0或tr1的控制；1t/c的啟停受到雙重控制，即tr0和p3.2或tr1和p3.3同時為1才能啟動t/c0或tc1。m1、m0：工作方式選擇位。定時器定時時間和計數(shù)初值之間的關(guān)系：定時時間 = (滿計數(shù)值 計數(shù)初值) 機器周期機器周期 = 12 / fosc滿計數(shù)值

52、： 16位計數(shù)：216 = 65536 8位計數(shù)： 28 = 256 定時/計數(shù)器編程操作步驟：1、確定工作模式：編程tmod；2、計算定時器計數(shù)初值，并裝載到thx和tlx中，或thx和tlx清零；3、在中斷方式工作時，開cpu中斷和源中斷：編程ie。必要時設(shè)置中斷優(yōu)先級：編程ip；4、啟動t/c：置位tcon中的tr0、tr1。3.3 直流電機驅(qū)動模塊微處理器取代模擬電路作為電動機控制器有如下特點：1、使電路更簡單 模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路復(fù)雜。采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件實。2、可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制 微處理器有更強的邏輯功能，運算速度快、精度高、有大

53、容量的存儲單元，因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制，如優(yōu)化控制等。3、靈活性和適應(yīng)性因為控制器的控制方式是由軟件完成的，如果必須要修改控制規(guī)律，一般不必改動硬件電路，只需修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。4、無零點漂移，控制精度高 數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點漂移問題。無論被控制量的大小如何，都可以保證足夠的控制精度。5、可提供人機界面，多機聯(lián)網(wǎng)工作 因此現(xiàn)在普遍采用單片機作為電動機的控制器。本設(shè)就是由單片機控制產(chǎn)生pwm信號，通過h橋驅(qū)動直流電機。 電機的驅(qū)動方法可以分為：可關(guān)斷晶閘管的門極驅(qū)動、功率晶體管的驅(qū)動、和功率場效應(yīng)管的驅(qū)動等。此次設(shè)計我采用的

54、方法是由功率場效應(yīng)管來組成驅(qū)動電路。 直流電動機是最早出現(xiàn)的電機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電機。長期以來直流電機一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的現(xiàn)行調(diào)速特性，簡單的控制性能，高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性；盡管近年來不斷受到其他電機的挑戰(zhàn)，但到目前為止仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動機的最優(yōu)先選擇。 近年來，直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機以及新型電力電子功率器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進行脈寬調(diào)制(pulse width modulation簡稱pwm)控制方式已成為絕對主流。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)，從而為直流電動機控制數(shù)字化提供了契機。 眾所周

55、知，直流電機轉(zhuǎn)速n的表達式為：n=（u-ir)k （3-1）(3-1)中，u-電樞端電壓； i-電樞電流： r-電樞電路總電阻；-每極磁通量；k-電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都是用電樞控制法。下面介紹在勵磁恒定不變的情況下，如何通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實現(xiàn)調(diào)速。 絕大多數(shù)直流電機采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制pwm來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，電機兩端響電壓us。pwm信號的周期為t，其中高電平時間_為tl，低電平時間為t2。當(dāng)開關(guān)管截止時電機電樞兩端的電壓為0。t2秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管動作重復(fù)前面的過程。這樣，直流電動機電樞繞組兩端的電壓平均值u0為： u0=(tlus+0）/（t1+t2）=