機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)自動(dòng)門控制裝置

1、機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)題目: 自動(dòng)門控制裝置 學(xué)院： 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 班級： 機(jī)制083 日期： 2011.3.10 姓名學(xué)號在項(xiàng)目中主要承擔(dān)內(nèi)容和工作比例 自動(dòng)門的微處理器部分，25%自動(dòng)門機(jī)械系統(tǒng)部分，25%微波器材與芯片選用分析，25% 說明書的文檔制作，25%編 號名 稱件 數(shù)備注1設(shè)計(jì)說明書1234567自動(dòng)門控制裝置摘要：本次設(shè)計(jì)主要針對于自動(dòng)門的控制裝置的設(shè)計(jì)分析。根據(jù)給定的要求，綜合運(yùn)用我們的知識和所查取的資料，選取了檢測靈敏度度高，探測范圍寬，而且工作非?？煽?，誤報(bào)率極低的ss-968微波感應(yīng)控制器和at89c51微處理器，通過程序達(dá)到要求。本次設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的問題是編制程序控制

2、電路及各個(gè)器件的合理選擇。關(guān)鍵詞：自動(dòng)門、ss-968微波感應(yīng)控制器、at89c51微處理器1、控制系統(tǒng)對于自動(dòng)門控制的裝置，結(jié)合國內(nèi)大多數(shù)選用的器材元件，設(shè)計(jì)以at89c51單片機(jī)為核心，決定選用微波感應(yīng)控制器ss-968來控制自動(dòng)門裝置。1.1概述ss-968微波感應(yīng)控制器采用微波專用微處理器，不但檢測靈敏度度高，探測范圍寬，而且工作非?？煽?，誤報(bào)率極低，能在2545度的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，最適和在中、高檔防盜報(bào)警系統(tǒng)中作人體或者物體移動(dòng)檢測傳感頭使用。ss-968微波感應(yīng)控制器的接線圖如圖1所示:圖1 ss-968微波感應(yīng)控制器接線圖圖2 ss-968工作框圖ss-968微波感應(yīng)控制器使

3、用直徑50毫米的微型環(huán)形天線作微波探測，其天線在軸線方向產(chǎn)生一個(gè)橢圓形半徑為07米（可調(diào)）空間微波戒備區(qū)，當(dāng)人體活動(dòng)時(shí)其反射的回波和微波感應(yīng)控制器發(fā)出的原微波場（或頻率）相干涉而發(fā)生變化，這一變化量經(jīng)微波專用處理器ht7610a進(jìn)行檢測、放大、整形、多重比較以及延時(shí)處理后由三芯插座的中間腳輸出,輸出端為三極管集電極開路輸出方式,輸出可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器,方便用戶使用。 ss-968微波感應(yīng)控制器內(nèi)部由環(huán)形天線和微波三極管組成一個(gè)工作頻率為4ghz的微波振蕩器，環(huán)形天線既做發(fā)射天線也可接收由人體移動(dòng)而反射的回波。內(nèi)部微波三極管的半導(dǎo)體pn結(jié)混頻后差拍檢出微弱的頻移信號（即檢測到人體的移動(dòng)信號) ,

4、微波專用微處理器首先去除幅度太小的干擾信號只將一定強(qiáng)度的探測頻移信號轉(zhuǎn)化成寬度不同的等幅脈沖，電路只識別脈沖足夠?qū)挼膯误w信號，如人體、車輛其鑒別電路才被觸發(fā)，或者兩秒內(nèi)有23個(gè)窄脈沖，如防范邊沿區(qū)人走動(dòng)23步，鑒寬電路也被觸發(fā)，啟動(dòng)延時(shí)控制電路工作。如果是較弱的干擾信號，如小體積的動(dòng)物，遠(yuǎn)距離的樹木晃動(dòng)、高頻通訊信號、遠(yuǎn)距離的閃電和家用電器開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的干擾予以排除。最后輸微波專用微處理器ht7610a鑒別出真正大物體移動(dòng)信號時(shí)，控制電路被觸發(fā)，輸出5秒左右的高電平，輸出方式為三極管c級開路,可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器，如圖3所示，繼電器接法,線包繞組的一端，另一端接中間輸出端。 圖3 控制器驅(qū)動(dòng)電路微

5、波專用微處理器初次加電時(shí)，系統(tǒng)自檢,延時(shí)1分鐘左右,一分鐘后,當(dāng)檢測到有物體移動(dòng)時(shí)，將有5秒信號輸出.微波感應(yīng)控制器電源電壓為1216v的整流變換器供電，靜態(tài)耗電量在5ma左右。 輸出形式為電壓方式，有輸出時(shí)為高電平（4v以上），靜態(tài)時(shí)為低電平，使用請參考下圖4: 圖4 繼電器輸出1.1.1使用注意事項(xiàng)（1）、ss-968微波感應(yīng)控制器產(chǎn)生的微波信號在傳輸、反射接收以及放大處理過程中可能引起微量噪波，過分提高靈敏度將引起噪波誤觸發(fā)，在7米處人體移動(dòng)34步被觸發(fā)的靈敏度已達(dá)到使用極限，應(yīng)調(diào)至在5米處移動(dòng)34步被觸發(fā)最佳。 （2）、ss-968微波感應(yīng)控制器盡量安裝在室內(nèi)靠墻角上方，軸向?qū)?zhǔn)門窗部

6、位安裝，室外應(yīng)注意抗風(fēng)防水并降低靈敏度使用。（3）、ss-968微波感應(yīng)控制器應(yīng)采用12v 100ma直流電源供電，并保證任何時(shí)候供電電壓不低于10伏，以使電路穩(wěn)定工作，如果高響度報(bào)警器和ss-968微波感應(yīng)控制器公用電源時(shí)電源容量不應(yīng)小于500ma。 （4）、ss-968微波感應(yīng)控制器的輸出端屬于一種三極管集電極開路輸出。因此用萬用表無法直接測量是否有輸出電壓,可以在輸出端對正電源端外接一個(gè)10k電阻,感應(yīng)到物體移動(dòng)時(shí),輸出端為低電平,無信號時(shí)輸出端為高電平.1.1.2特性（1）、非接觸探測；（2）、不受溫度、濕度、噪聲、氣流、塵埃、光線等影響，適合惡劣環(huán)境；（3）、抗射頻干擾能力強(qiáng)；（4）

7、、輸出功率僅有5mw，對人體構(gòu)不成危害；（5）、遠(yuǎn)距離：探測范圍超過20米。1.1.3技術(shù)參數(shù)發(fā)射： （1）、發(fā)射頻率：10.525ghz （2）、頻率設(shè)置精度：3mhz （3）、輸出功率（最?。?3dbmeirp （4）、工作電壓：5v0.25v （5）、工作電流（cw）：60mamax。，37matypical （6）、諧波發(fā)射：-10dbm （7）、脈沖工作模式： （8）、平均電流（5dc）：2matyp。 （9）、脈沖寬度（min。）：5usec （10）、負(fù)載循環(huán)（min。）：1 接收： （1）、靈敏度（10dbsnratio）3hz至80hz帶寬：-86dbm 3hz至80hz帶

8、寬雜波10uv （2）、天線增益：8dbi （3）、垂直面3db波束寬度：36度 （4）、水平面3db波束寬度：72度 （5）、重量：8克 （6）、規(guī)格：374510mm1.2微波感應(yīng)控制器ss-968內(nèi)部芯片的選用1.2.1 ht7610a（1）結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)ht7610ab與ht7611abcmoslsi芯片內(nèi)含兩個(gè)差分運(yùn)算放大器（op1、op2）以及窗口比較器、輸出持續(xù)時(shí)間振蕩器、系統(tǒng)振蕩器、ac過零檢測器、4v穩(wěn)壓器、工作模式選擇電路、環(huán)境光（線）感測電路、控制電路、繼電器或三端雙向可控硅元件（triac）驅(qū)動(dòng)輸出級等電路，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。其主要特點(diǎn)如下：1、 ht7610ab和m

9、t7611ab均采用16腳dip封裝，需要說明的是：ht7610aht7611a腳2上的輸出用于驅(qū)動(dòng)triac，而th7610bht7611b腳2上的輸出則用來通過外部npn晶體管驅(qū)動(dòng)繼電器，故它們的腳2名稱不同，其它引腳名稱與排列完全相同，圖6所示是其引腳排列。2、 通過工作模式選擇輸入腳mode（7腳）可以選擇三種工作模式：開（on）、自動(dòng)（auto）和關(guān)（off）。當(dāng)腳7連接vdd時(shí)，ic輸出總是開通的；腳7接地，ic輸出總是關(guān)斷；若將該腳懸空，ic則進(jìn)入自動(dòng)檢測模式。3、輸出持續(xù)時(shí)間可通過oscd腳（3腳）外部的電阻r和電容c來設(shè)定。輸出定時(shí)時(shí)間td為延時(shí)振蕩器周期toscd的2150

10、40倍，即：td（1foscd）2150404、通過ac線路的過零檢測可產(chǎn)生過零脈沖，該脈沖同時(shí)與雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器同步。如果過零檢測信號消失超過3秒，芯片自動(dòng)復(fù)位。5、具有越權(quán)（override）控制功能。 圖5 ht7610a內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖6 ht7610a引腳圖芯片在自動(dòng)模式（腳mode開路）下工作時(shí)，輸出被pir觸發(fā)信號激活，輸出持續(xù)時(shí)間由延遲振蕩器（oscd）周期決定。用戶可以超越自動(dòng)模式而直接轉(zhuǎn)換到測試（test）模式，也可以手動(dòng)接通開（on）模式或通過切換電源開關(guān)復(fù)到自動(dòng)模式。在芯片加電后的10秒內(nèi)，過零檢測信號將迫使芯片進(jìn)入測試模式。會在測試模式下，如果時(shí)間超過32秒沒有pir觸

11、發(fā)信號輸入，芯片將進(jìn)入自動(dòng)模式。1.2.2參數(shù)指標(biāo)1、推薦工作條件 ht7610ab與ht7611ab的工作條件如下：（1）電源電壓vdd的工作范圍為512v（典型值是9v）；（2）輸入電壓：輸入高電平電壓vih08vdd， 輸入低電平電壓vil02vdd；（3）系統(tǒng)振蕩器頻率fscs為16khz（在vdd12v，roscs560k，coscs100pf時(shí)）；（4）工作溫度范圍2570。2、主要參數(shù)指標(biāo) pir控制器芯片在vdd12v和ta25時(shí)的主要參數(shù)指標(biāo)如下：（1）電壓調(diào)整器輸出電壓vee為405v； 電源電流idd在無載和振蕩器工作時(shí)的典型值為100ma；（2）輸出電流：輸出源電流io

12、h在voh108v時(shí)的典型值為12ma，輸出阱電流iol在vol12v時(shí)的典型值為80ma；（3）cds（腳）電壓高電平vth18v（典型值），低電平vtl147v（典型值）；（4）zc（腳）傳輸電壓高電平vth2為67v（典型值），低電平vtl2為18v（典型值）；（5）運(yùn)算放大器為輸入失調(diào)電壓vos為10mv（典型值），開環(huán)增益avo為80db（典型值）；（6）芯片內(nèi)部比較器的輸出pir觸發(fā)脈沖寬度tpw大于24ms。1.3 at89c51微處理器at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲（fperomfalsh programmable and erasable read o

13、nly memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。1.3.1 主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間

14、：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 1.4 軟件設(shè)計(jì)1.4.1 系統(tǒng)的軟件程序主要可分為主程序和中斷服務(wù)程序組成。主程序模塊主要包括at89c51本身的初始化，設(shè)置adc0809、5g8713等的工作方式和初始狀態(tài)，啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換等。(1)系統(tǒng)工作流程分為兩種情況：有人員進(jìn)出和無人員進(jìn)出。當(dāng)有人要進(jìn)出時(shí)，門接收到信號而自動(dòng)打開；無人進(jìn)出時(shí)，門是閉合的。即在初始狀態(tài)下，自動(dòng)門是閉合的。 (2)自動(dòng)門的開合由控制信號和門限反饋信號兩者共同決定。接收

15、到控制信號后，若此時(shí)的門狀態(tài)是開的，則不必驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只要繼續(xù)保持開狀態(tài)即可；如若門的狀態(tài)是閉合的，則要驅(qū)動(dòng)電機(jī)使門打開。(3)若沒有連續(xù)的人員進(jìn)出，則門開合有一個(gè)最低限度的延時(shí)，即人員通過后，在過秒鐘門自動(dòng)閉合。(4)在系統(tǒng)中完成顯示與報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)正常時(shí)開時(shí)，顯示燈為綠色，表示人員可以進(jìn)出；若是系統(tǒng)發(fā)生故障，自動(dòng)門無法正常開合時(shí)，顯示燈變?yōu)榧t色。1.4.2 程序流程圖開始初始化是否有人否是等待ri是否為0是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)開門否紅燈亮ri是否為1是綠燈亮延時(shí)2秒關(guān)門1.4.3控制程序設(shè)計(jì)：org 0000h ； 主程序起始地址start: ljmp main org 0030h ； 外中斷起始地

16、址ljmp int0 ； 跳到外中斷程序main: mov sp,70h ； 設(shè)堆棧lcall timetime: mov p1,0ffh ； 中斷電機(jī)mov tmod, #01h ； 設(shè)定tmod為工作方式1mov th0, #03ch ；mov tl0, #0b0hmov ie,#00h ； 禁止中斷setb tr1 ； 啟動(dòng)定時(shí)loop: jbc tf1,zcz ； 查詢是否溢出ajmp loopzcz: inc 30h ；30h 加1mov a,30hretint0: push accpush pswmov a,30hcjne a,#69780h,dianji1baojin:cpl p

17、2.2inc 31hmov a,31hcjne a,#0ah,loop1 ; 定時(shí)2秒lcall delay ; amjp baojinloop1: clr 31hpop accpop pswmov ie,#00000000bretidianji1:lcall cw ； 調(diào)用正轉(zhuǎn)子程序lcall delay1 ； 20毫秒（速度這里控制）mov a,p2.0cjne a,#00h,dianji1 ； 行程開關(guān)2是否為低電平dingshi:mov p1,0ffh ； 電機(jī)停nop ； 等待lcall time ; 定時(shí)2秒zcz1:inc 32hmov a,32hcjne a,14h, dian

18、ji2amjp dingshidianji2:clr 32hlcall ccw ； 調(diào)用電機(jī)反轉(zhuǎn)子程序lcall delay1 ； 速度控制mov a,p2.1cjne a,00h,dianji2 ； 行程開關(guān)1是否為低電平，是返回mov p1,0ffh ； 電機(jī)停nop ； 等待pop acc ； 出棧pop pswmov ie,#00000000breti ； 中斷返回dianji:mov ie,#10000001b ； 電機(jī)開中斷l(xiāng)jmp main ； 沒中斷返回day:cjne 30h,#18h,qinglingretqingling:clr 30hretdelay:mov r5,#2

19、0d1: mov r6,#20d2: mov r7,#240djnz r7,$djnz r6,d2djnz r5,d1retdepay1:mov r5,#40d3: mov r6,#248djnz r6,$djnz r5,d3ret 在程序中，只要依次將這6個(gè)控制字送到pl口。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。每送一個(gè)控制字，就完成一拍。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。程序就是根據(jù)這個(gè)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。用ro作為狀態(tài)計(jì)數(shù)器，來指示第幾拍。按正轉(zhuǎn)時(shí)加1，反轉(zhuǎn)時(shí)減1的操作規(guī)律，則正轉(zhuǎn)程序?yàn)椋篶w: inc r1 ; 正轉(zhuǎn)加1cjne r1,#06h,zz ; 如果計(jì)數(shù)器等于6修正為0mov r1,#00hzz

20、: mov a,r1 ; 計(jì)數(shù)器值送amov dptr,#abc ; 指向數(shù)據(jù)存放首地址movc a,a+dptr ; 取控制字mov p1,a ; 送控制字到p1口retabc: db 06h，08h，09h ； 6個(gè)控制字db 01h，03h，02h反轉(zhuǎn)程序?yàn)椋篶cw: dec r1 ; 正轉(zhuǎn)減1cjne r1,#0ffh,fz ; 如果計(jì)數(shù)器等于ffh修正為5mov r1,#05hfz: mov a,r1 ; 計(jì)數(shù)器值送amov dptr,#abc ; 指向數(shù)據(jù)存放首地址movc a,a+dptr ; 取控制字mov p1,a ; 送到p1口retend2、機(jī)械傳動(dòng)部分自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)系

21、統(tǒng)由一條同步帶，兩個(gè)輪子，一個(gè)電機(jī)，四個(gè)開關(guān)組成。由于要求開門速度在35cm/s65cm/s之間，取v=50cm/s。假設(shè)門的寬度為b=1m，手動(dòng)開啟力為50n，則，。查得dc 24v 50w直流無刷電機(jī)具高效率、省電、低噪音、高轉(zhuǎn)速、高扭力、連續(xù)使用不發(fā)熱等特性，大大超越傳統(tǒng)ac伺服馬達(dá)。比較適合。查同步帶和同步帶帶輪的標(biāo)準(zhǔn)分別選取xh型的同步帶和t10型同步帶輪。同步帶的參數(shù)如下表：帶型號節(jié)距mm基準(zhǔn)寬度bmm拉力tn帶厚hmm帶寬bmmxh22.225101.650.811.20101.6同步帶輪的參數(shù)如下表：同步帶輪型號齒頂圓齒槽寬mm齒頂圓角半徑mm齒根圓角半徑mm齒槽角yt106.570.80.6設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 此種結(jié)構(gòu)比導(dǎo)軌傳動(dòng)有更大的優(yōu)點(diǎn)，而且由于采用直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配合t型齒條同步帶輪，使門體自低速至高速的運(yùn)行均具超越的寧靜