紅外線自動門控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、前 言20世紀80年代人類社會進入信息時代以來，人們的一切社會活動都是以信息獲取與信息交換為中心，因此，信息技術(shù)進入發(fā)展新時期，而作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)與支柱之一傳感器也進入迅猛發(fā)展的新階段。在各個學(xué)科領(lǐng)域中，特別是現(xiàn)代高新工程技術(shù)，需要獲取的信息量越來越多，對信息測量準(zhǔn)確度的要求越來越高，測量的難度越來越大，從而對傳感器技術(shù)提出了更高要求，傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)不能滿足新武形式的需求。 現(xiàn)在，“沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點已為全世界所公認。因此，傳感器技術(shù)受到各國，特別是發(fā)達國家的重視，我國也將傳感技術(shù)列為重點發(fā)展項目。所以80年代以來，在世界范圍內(nèi)，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，研究開發(fā)了一批新型傳

2、感器，新型功能材料，由于在制造中引進了微細加工技術(shù)與集成技術(shù)等先進工藝，使得傳感器技術(shù)得到飛速發(fā)展，并取得了可喜的成就。目 錄摘要abstract第一章 緒論 1.1 課題研究的可行性 1.2課題的意義和目的1.3 關(guān)于設(shè)計的簡介和用途 1.4 該設(shè)計的基本設(shè)計思路第二章 主要器件的介紹3.1 紅外傳感器的原理和使用3.2 bis0001芯片介紹和典型電路3.3 at89c51單片機簡介 3.4菲涅爾透鏡原理 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 設(shè)計電路的電框圖和原理4.2 各部分程序設(shè)計第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 設(shè)計電路原理圖5.2 信號流程說明 5.3 自動門系統(tǒng)控制硬件框圖第五章 設(shè)計總結(jié)附件

3、一：參考文 致謝詞摘 要 單片機scm(single chip microcomputer)，即microcontroller，是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機。主要包括了微處理器(cpu)、存儲器(rom、ram)、輸入/輸出口(1/0口)和定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。本次設(shè)計是紅外線自動門控制系統(tǒng)，使用紅外線傳感器作為感應(yīng)器，檢測到人體輻射的紅外線能量變化，將其轉(zhuǎn)化為電信號，傳給單片機。交流電機作為門驅(qū)動裝置

4、。通過單片機控制交流電機，使門自動打開，當(dāng)人進門后又可以使門自動關(guān)閉。本課題主要實現(xiàn)紅外線檢測和基于at89c51的單片機控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機 紅外線傳感器 at89c51 bis0001芯片 第一章 緒論1.1課題研究的可行性 1.2課題的意義和目的1.3關(guān)于設(shè)計的簡介和用途熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。 1.4該設(shè)

5、計的基本設(shè)計思路 熱釋電效應(yīng)：當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時，晶體結(jié)構(gòu)中的正負電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度，圖1表示了熱釋電效應(yīng)形成的原理。 能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有單晶(litao3 等)、壓電陶瓷（pzt等）及高分子薄膜（pvfz等）2 熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。

6、它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有t的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓v。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷q會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，t=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生t，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見圖2所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件pzt、場效應(yīng)管fet等組成。

7、其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件pzt將波長在8mm12mm之間的紅外信號的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 第二章 主要器件的介紹3.1 紅外傳感器的原理和使用3.2 biss0001芯片介紹和典型電路biss0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機

8、和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 特 點*cmos工藝*數(shù)模混合*具有獨立的高輸入阻抗運算放大器*內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾*內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器*采用16腳dip封裝管腳圖 管腳說明引腳名稱i/o功能說明1ai可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)a為“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2voo控制信號輸出端。由vs的上跳變沿觸發(fā)，使vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間tx之外和無vs的上跳變時，vo保持低電平狀態(tài)。3rr1-輸出延遲時間tx的調(diào)節(jié)端4rc1-

9、輸出延遲時間tx的調(diào)節(jié)端5rc2-觸發(fā)封鎖時間ti的調(diào)節(jié)端6rr2-觸發(fā)封鎖時間ti的調(diào)節(jié)端7vss-工作電源負端8vrfi參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接vdd，當(dāng)接“0”時可使定時器復(fù)位9vci觸發(fā)禁止端。當(dāng)vcvr時允許觸發(fā)(vr0.2vdd)10ib-運算放大器偏置電流設(shè)置端11vdd-工作電源正端122outo第二級運算放大器的輸出端132in-i第二級運算放大器的反相輸入端141in+i第一級運算放大器的同相輸入端151in-i第一級運算放大器的反相輸入端161outo第一級運算放大器的輸出端 工作原理biss0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定

10、時器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。以下圖所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形首先，根據(jù)實際需要，利用運算放大器op1組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器op2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為vm(0.5vdd)后，將輸出信號v2送到由比較器cop1和cop2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號vs。由于vh0.7vdd、vl0.3vdd，所以，當(dāng)vdd=5v時，可有效抑制1v的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 cop3是一個條件比較器。當(dāng)輸入電壓vcvr時，cop3輸出為高電平，進入延時周期。 當(dāng)a端接“0”電平時，在tx時

11、間內(nèi)任何v2的變化都被忽略，直至tx時間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)tx時間結(jié)束時，vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期ti。在ti時間內(nèi)，任何v2的變化都不能使vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平）,可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。 以下圖所示的可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。 可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在vc=“0”、a=“0”期間，信號vs不能觸發(fā)vo為有效狀態(tài)。在vc=“1”、a=“1”時，vs可重復(fù)觸發(fā)vo為有效狀態(tài)，并可促使vo在tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。 在tx時間內(nèi)，只要vs發(fā)生上跳變，則vo將從vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個tx周期；若v

12、s保持為“1”狀態(tài)，則vo一直保持有效狀態(tài)；若vs保持為“0”狀態(tài)，則在tx周期結(jié)束后vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間ti時間內(nèi)，任何vs的變化都不能觸發(fā)vo為有效狀態(tài)。 應(yīng)用線路圖 biss0001的熱釋電紅外開關(guān)應(yīng)用電路圖上圖中，運算放大器op1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由c3耦合給運算放大器op2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器cop1和cop2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號vo經(jīng)晶體管t1放大驅(qū)動繼電器去接通負載。上圖中，r3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，r3的電阻值會降低，使9腳的

13、輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號vs。sw1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)sw1與1端連通時，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)sw1與2端連通時，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。圖中r6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選10k，實際使用時可以用3k，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時間tx由外部的r9和c7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間ti由外部的r10和c6的大小調(diào)整，r9/r10可以用470歐姆，c6/c7可以選0.1u。3.3 at89c51單片機簡介3振蕩器特性：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。如采用外部時鐘源

14、驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除：整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，

15、直到下一個硬件復(fù)位為止。 3.4 菲涅爾透鏡原理第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 設(shè)計電路的電框圖和原理4.2 各部分程序設(shè)計開門子程序流程圖 t0中斷服務(wù)程序流程圖 參考主程序 mov r4，a inc r1 clr r5，a subb a，r4 xch a，r4 dec r1 sjmp lp2jb 00h，rolespeed0 bit p1.0 ； 門行程行狀1speed1 bit p1.1 ； 門行程行狀2speed2 bit p1.2 ； 門行程行狀3speed3 bit p1.3 ； 門行程行狀4keydooropen bit p1.4 ； 手動門開按鈕keydoorclose bit p

16、1.5 ； 手動門關(guān)按鈕mode bit p1.6 ； 手動/自動切換dooropen bit p3.0 ； 門開驅(qū)動信號doorclose bit p3.1 ； 門關(guān)驅(qū)動信號signal bit p3.2 ； 紅外線傳感器信號a0809e0c bit p3.3 ； a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號hspeed bit p3.4 ； 電機速度變換doorstate bit 00h ； 門狀態(tài)rerror bit 01h ； 系統(tǒng)故障 org 0000hajmp startorg 0003hajmp int0org 000bhajmp t0org 001bhajmp t1org 0050hstart: clr

17、 dooropen ; 關(guān)電機驅(qū)動 clr doorclose ; mov tmod, #11h ; 定時器工作方式 mov tlo,#ofoh ; 置定時器常數(shù), ;t01s,t12s, 12mhz mov th0,#08dh mov tl1,#0e0h mov th1,#0b1h mov tcon,#50h mov ip,#08h ; 優(yōu)先級設(shè)置 mov ie,#80h ; 開中斷l(xiāng)oop: acall syserror ; 調(diào)用系統(tǒng)故障子程序 jb rerror,wait ; 有故障等待處理 mov a,p2 anl a,#ofh jnz wait ; 無按鍵等待 jb mode,aut

18、o ; 運行方式判斷 clr exo setb eto sjmp loopauto: setb eto sjmp loopwait: sjmp $ ；等待開門子程序：door_open: jb doorstate, loop3 ;門已開退出 clr hspeed clr doorclose setr dooropen ；低速啟動 jnp speed1,$ setb hspeed ；高速開門 jnb speed2,$ clr hspeed ；低速運行 jnb speed3,$ clr dooropen ；停機 setb doorstate ；保存門狀態(tài)loop3： ret關(guān)門子程序:door_c

19、lose:jnb doorstate, loop4 ;門已關(guān)退出 clr hspeed clr dooropen setb doorclose ；低速啟動 jb speed2,$ clr hspeed ；高速關(guān)門 jb speed0,$ clr doorclose ；停機 clr doorstateloop4: rett0中斷服務(wù)程序:t0： clr et0 ；關(guān)中斷 jb keydooropen， loop1 ；開門否 acall door_open ； 調(diào)開門子程序 sjmp loop2loop1：jb keydoorclose， loop2 ； 關(guān)門否 acall door_open ；

20、 調(diào)關(guān)門子程序loop2：mov tl0，#0f0h ；重裝定時常數(shù) mov th0，#08dh setb et0 ；開中斷 retit1中斷服務(wù)程序：org 000hajmp mainorg 0003hajmp servemain: orl p1,#0ffh setb 1t0 選擇邊沿觸發(fā)方式 setb ex0 允許into中斷 setb ea cpu開中斷 ajmp $ 等待中斷 t1： clr et1 mov r1，#03h mov ro，#20h mov dptr，#addr0809 ；0809地址 mov r2，#00h loop5： mov a，r2 ；通道號 movx dptr,

21、a ；啟動a/d轉(zhuǎn)換 jb a0809eoc,$ ；轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 movx a,dptr ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 mov r0,a ；數(shù)據(jù)保存 inc r0 inc r2 ；下一通道 djnz r1,loop5 ；三個通道是否完成 mov tl1,#0e0h ；重裝定時常數(shù) mov th1,#0b1h setb et1 reti外部中斷服務(wù)子程序：org 0300hint：mov tlo，#11h mov tho，#ofch cpl p1 retiint0： clr ex0loop8： acall syserror ;故障檢查 jb rerror，loop6 ；有故障返回 jb doorstate，loop6 ；門已開返回 acall door_open ；開門loop7： acall delay10s ；等待10s acall syserror ；故障檢查 jb rerror，loop6 ；無故障繼續(xù) jnb signal，loop7 ；有人等待 clr hspeed setb doorclose ；無人啟動電機，低速關(guān)門 jnb signal，loop8 ；有人來打開門 jb speed2，$ setb hspeed ；無人快速關(guān)門 jnb signal，loop8 ；有人來打開門 jb speed1，$ clr hspeed ；無人速度降低 jb speed0