基于單片機(jī)的自動車庫門的設(shè)計(jì)

1、背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，全國擁有汽車的人數(shù)越來越多，人們把對汽車的維護(hù)和管理看得越來越重,當(dāng)然對于車庫門的要求也逐步提高了，國外先進(jìn)的車庫門不斷進(jìn)駐中國市場，國內(nèi)車庫門行業(yè)滯后。自動車庫門主要分為卷簾車庫門和翻板車庫門.本文主要針對卷簾車庫門的自動化和控制系統(tǒng)作了具體說明,運(yùn)用單片機(jī)和紅外傳感控制的方法，實(shí)現(xiàn)自動車庫門的具體功能?？紤]到車庫的光線度,在車庫內(nèi)部安裝了自動照明燈設(shè)置,當(dāng)車庫門啟動以后燈自動亮自動熄滅,且具有自動識別的功能，為用戶提供了安全方便的服務(wù)。也有利于國產(chǎn)自動車庫門的發(fā)展.本設(shè)計(jì)運(yùn)用編解碼芯片PT2262/PT2272以及315MHZ的無線收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)對車輛的識別，并控制

2、單片機(jī)自動關(guān)和車庫門的自動開啟以及控制車庫內(nèi)部燈的照明系統(tǒng)，單片機(jī)對鍵盤上面輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)掃描,只有密碼輸入正確方能使單片機(jī)控制電機(jī)將車庫門打開，反之蜂鳴報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。單片機(jī)本身是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，并且是其他嵌入式系統(tǒng)的核心,在各個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用廣泛發(fā)展迅速，為了更好的掌握單片機(jī)的工作原理，在此設(shè)計(jì)中,我采用51系列單片機(jī)來完成對自動車庫門的一些控制.達(dá)到學(xué)以致用的目的。并且單片機(jī)存在以下優(yōu)點(diǎn):體積小、性能高;結(jié)構(gòu)簡單，方便使用;處理速度快；低功耗且適應(yīng)能力強(qiáng);性價(jià)比較高.1 自動車庫門1.1 自動車庫門功能分析自動車庫門是一種以遙控方式為系統(tǒng)控制的車庫門，主要控制方式有手動控制、紅外感應(yīng)、無線

3、遙控等.大體上分為卷簾式和滑板式車庫門。卷簾式車庫門安全裝置附加有紅外線對射和無線遙控系統(tǒng),安全且防盜?；迨杰噹扉T內(nèi)置扭簧，扭力與門重力相當(dāng),門可以說是處于一個(gè)“零重量"狀態(tài)，靠滑輪在內(nèi)置軌道上面滑動，阻力小，耗能少，安全耐用.1.2 自動車庫門的應(yīng)用車庫門在大型停車場的運(yùn)用較廣，且是停車場管理系統(tǒng)的核心部分，能夠高效的管理車庫以及疏導(dǎo)交通流量，使用價(jià)值高。自動車庫門，大多數(shù)用在小型的私人別墅和豪華住宅,自動關(guān)閉效率高，采用專業(yè)的防盜安全技術(shù)，保障用戶財(cái)產(chǎn)等安全。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 自動車庫門的無線自動門電路（結(jié)構(gòu)框圖如圖2.11所示）4*4矩陣鍵盤數(shù)碼管顯示電機(jī)和照明AT89S5

4、1單片機(jī)編碼芯片PT2262315M無線發(fā)射模塊315M無線接收模塊解碼芯片PT2272圖2.11 車庫門自動開閉系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖2.2 基本模塊Ø 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路部分。Ø 編碼芯片PT2262和315M的無線發(fā)射模塊裝置。Ø 編碼芯片PT2272和315M的無線接收模塊裝置。Ø 44行列式掃描鍵盤電路部分.Ø 紅外數(shù)碼管顯示電路部分。Ø 蜂鳴器、繼電器、照明部分.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)3.1.1 單片機(jī)的概述以及應(yīng)用單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡寫MCU微型控制器。它

5、專為工業(yè)控制、測量而設(shè)計(jì)，具有集成度高、可靠性高、性價(jià)比高的三高優(yōu)勢，體積小、功能全的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、家用電器、工業(yè)檢測與控制、通信設(shè)備等，嵌入式工程師能夠根據(jù)應(yīng)用對象的需求,選擇合適的單片機(jī)，進(jìn)行各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)按照程序指令完成規(guī)定工作。3.1.2 MCS51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)是在芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多功能接口等基本功能部件的大規(guī)模集成電路。MCS51單片機(jī)包由以下九部份構(gòu)成：l 一個(gè)8位CPUl 4KB ROM程序存儲器；l 一個(gè)片內(nèi)振蕩及時(shí)鐘電路；l 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；l 可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和6

6、4KB內(nèi)部程序存儲空間的控制電路;l 兩個(gè)十六位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；l 一個(gè)可編程全雙工串行口；l 5個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)；l 32條可編程的I/O線。3.1.2.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1.2.1.1 單片機(jī)的CPU單片機(jī)的核心部件是CPU，主要由運(yùn)算器和控制器等部件組成.CPU內(nèi)部有一定數(shù)量的通用和專用寄存器，單片機(jī)在RAM數(shù)據(jù)存儲器區(qū)開辟了一個(gè)工作寄存區(qū)，該區(qū)分為四組，每組八個(gè)寄存器，共計(jì)32個(gè)工作寄存區(qū)，起通用寄存器的作用。另外單片機(jī)還有21個(gè)特殊功能寄存器SFR(Special Function Register)，起專用寄存器作用,用來設(shè)置片內(nèi)電路的運(yùn)行方式和電路運(yùn)行狀態(tài)的

7、記錄。特殊功能寄存器的存在使得定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷邏輯等能夠集成在同一塊芯片上。3.1.2.1.2 單片機(jī)的存儲器單片機(jī)的存儲器用于存放數(shù)據(jù)和程序,數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器分成兩個(gè)不同的地址空間，利用不同的尋址方式和不同的地址指針進(jìn)行尋址.3.1.2.1.3 單片機(jī)的輸入輸出接口 單片機(jī)的輸入輸出接口由P0P3四個(gè)8位雙向I/O口組成 .外設(shè)能夠直接通過這幾個(gè)口線接入,無需外加接口芯片。P0P3的各個(gè)端口能按字節(jié)和位輸入輸出，總共32個(gè)接口，位控制極其方便。P0口為三態(tài)雙向口，能夠帶8個(gè)TTL電路，P1P3口為準(zhǔn)雙向口，能帶4個(gè)TTL電路,因此在外設(shè)驅(qū)動電流大的情況下可加接驅(qū)動器。3.1.

8、2.1.4 單片機(jī)的通信方式51系列單片機(jī)自身有全雙工的異步通信接口，兩機(jī)之間發(fā)送與接收能夠同時(shí)進(jìn)行。用戶可根據(jù)不同的需求選擇合理的工作方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)或多機(jī)通信。3.1.3 單片機(jī)的引腳配置單片機(jī)的引腳可分為可總線擴(kuò)展和不可總線擴(kuò)展兩種。MCS-51系列單片機(jī)AT89S52的引腳圖如下圖:圖3。1.3-1 AT89S52的引腳圖可總線擴(kuò)展的單片機(jī)有44個(gè)引腳,常見的40個(gè)引腳配置及功能說明如下:² Vss:接地端.² Vcc：電源端，接+5V電源。² XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳,當(dāng)單片機(jī)CHMOS采用外部時(shí)鐘信號時(shí),由此引腳引入時(shí)鐘信號。² XTAL

9、2：接外部晶體的一個(gè)引腳,當(dāng)單片機(jī)HMOS采用外部時(shí)鐘信號時(shí),由此引腳接入外部時(shí)鐘信號.² RSTVpD：復(fù)位、備用電源輸入端。Vcc掉電后,由此引腳接入備用電源,低功耗時(shí)保持內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的完整.² ALE/PORG：地址鎖存允許;在8751單片機(jī)內(nèi)當(dāng)EPROM編程時(shí)，由該腳引入編程脈沖。² PSEN：程序存儲器允許。² EA/Vpp:EA=0時(shí),單片機(jī)只訪問外部程序存儲器；在8751單片機(jī)片內(nèi)EPROM編程期間,由此引腳引入21V編程電壓。² P0。0-P0.7：P0數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用總線端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3。1.32）² P1

10、。0P1。7:P1靜態(tài)通用端口。結(jié)構(gòu)圖如圖（3。1。33)² P2.0-P2.7:P2高8位地址總線動態(tài)端口。結(jié)構(gòu)圖如圖(3.1.3-4)² P3。0-P3.7:P3雙功能靜態(tài)端口.結(jié)構(gòu)圖如圖（3。1.3-5）圖3。1。32 P0口位結(jié)構(gòu)圖3.1.33 P1口位結(jié)構(gòu)圖3。1。3-4 P2口位結(jié)構(gòu)圖3。1.3-5 P3口位結(jié)構(gòu)3.2 44行列式掃描鍵盤3.2.1 鍵盤工作原理鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必備的輸入設(shè)備,其連接方式分為線性鍵盤和矩陣式鍵盤，按鍵少時(shí)用線性鍵盤,按鍵較多時(shí)用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤電路原理圖如圖3。2。11所示，按鍵設(shè)置在行列式交點(diǎn)上，行列式連接到按鍵開關(guān)的兩端。

11、行線通過單片機(jī)輸出高電平,第一次掃描時(shí)置第一條列線于低電平位置，判斷有無鍵按下,若有則獲取鍵值，進(jìn)行相應(yīng)的鍵值處理,若無則繼續(xù)進(jìn)行掃描，使第二列列線于低電平位置，其它均保持高電平不變,這樣反復(fù)判斷鍵盤中有無按鍵按下.鍵盤中哪一個(gè)鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷.圖3.2。11行列式鍵盤電路原理圖3.2.2 鍵盤工作方式鍵盤的工作方式分為編程掃描方式、中斷掃描方式、定時(shí)掃描方式三種.本設(shè)計(jì)采用編程掃描方式.鍵盤掃描子程序中完成以下幾個(gè)功能:² 判斷鍵盤上是否有鍵按下;² 防止鍵機(jī)械抖動對系統(tǒng)的影響;² 獲取所按鍵的鍵號；² 按鍵閉合一次就

12、進(jìn)行一次鍵功能操作。程序框圖如圖3.2.2-1所示:圖3。2。21 鍵盤的編程掃描方式程序框圖213.3 PT2262/PT2272編碼解碼芯片3.3.1 PT2262/PT2272編碼解碼芯片工作原理及特點(diǎn)PT2262/PT2272是由臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位的通用編解碼電路.PT2272最多可有12位三態(tài)地址端管腳，PT2262最多可有6位數(shù)碼端管腳,能夠用于無線遙控發(fā)射電路.有CMOS工藝制造，低功耗、外部元件少、工作電壓范圍寬：2.615V等特點(diǎn)。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272收到信號后,

13、其地址碼經(jīng)過兩次反復(fù)比較核對后，VT腳才輸出高電平,此時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳就輸出高電平，如果發(fā)送端一直持續(xù)按住按鍵不放，編碼芯片便會連續(xù)發(fā)射.如果發(fā)射機(jī)按鍵沒有按下時(shí),PT2262芯片就不會接通電源，其17腳處于低電平狀態(tài)，因此315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)檢測到有按鍵按下時(shí)，PT2262芯片便通電開始工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當(dāng)17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號,當(dāng)17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩,所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100的調(diào)幅。

14、PT2262引腳圖如圖3。3.11所示,管腳說明如表3.3。31所示，PT2272引腳圖如圖3.3。1-2所示：圖3。3.1-1 PT2262外形圖及測試應(yīng)用圖表3。3。11 管腳說明圖3。3.12 PT2272外形圖及測試應(yīng)用PT2272有不同的后綴,不同的后綴表示不同的功能，有M4/L4/M6/L6之分，M表示非鎖存輸出，即數(shù)據(jù)腳輸出電平具有瞬時(shí)性且與發(fā)射端的發(fā)射狀態(tài)相對應(yīng)。表示鎖存輸出,一旦數(shù)據(jù)接收成功就一直保持對應(yīng)電平狀態(tài)，直至下次的數(shù)發(fā)生改變從而變化.后綴數(shù)字表示并行控制通道的個(gè)數(shù)。采用4路并行數(shù)據(jù)時(shí)，（TP2272-M4）表示對應(yīng)地址編碼為8位，（PT2272M6）表示對應(yīng)地址編碼

15、為6位。4 項(xiàng)目參考程序:項(xiàng)目參數(shù)程序如下;輸入輸出引腳定義；輸出Y1 BIT P1。0 ；關(guān)門主接觸器Y2 BIT P1。0 ;開門主接觸器Y3 BIT P1。0 ； 信號燈光；輸入CPL Y3SB1 BIT P3。0 ；關(guān)門開關(guān)SB2 BIT P3。1 ；開門開關(guān)SQ1 BIT P3.4 ;關(guān)門限位SQ2 BIT P3.5 ；開門限位；中斷標(biāo)志進(jìn)位定義STOP BIT 00H ；外部中斷0、P3。2引腳接停止開關(guān)SAVE BIT 01H ；外部中斷0、P3.3引腳接安全壓力擋板ORG 0000HAJKP MAINORG 0003HCLR EXOSETB STOP ;外部中斷0、置位停止開關(guān)

16、RET1ORG 0013HCLR EX1STEB SAVE ；外部中斷1、置位安全壓力擋板RET1MAIN： MOV P1，#001HMOV P3，#00HCLR STOPCLR SAVESETB EASETB EX0 ；允許外部中斷0、P3.2引腳接停止開關(guān)中斷SETB EX1 ;允許外部中斷0、P3.2引腳接停止開關(guān)中斷MAIN1： JB STOP，STOP1JB SAVE，SAVE1JB SB1，CLOSE JB SB2 OPEN AJMP MAIN1STOP1： SETB EX0 CLR STOPCLR Y1CLR Y2 CLR Y3 AJKP MAIN1 SAVE： SETB EX1

17、 CLR SAVECLR Y1 CLR Y3 AJMP MAIN1CLOSE： SETB Y3 MOV R2,10CLOSE： ACALL DEL500 JB STOP，STOP1 JB SAVE,SVE1CPL Y3DJNZ R2,CLOSESETB Y1CLR Y2CLOSE2: JB STOP，STOP1JB SAVE，SAVE1JB SQ2，STOP1ACALL DEL500CPL Y3AJMP OPEN2ORG 0030HDEL500：MOV R3，5LOOP3: MOV R5，100LOOP1： MOV R6，#250LOOP2： DJNZ R2，LOOP2 DJNZ R1，LOO

18、P1 DJNZ R3,LOOP3 RET END5 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)5.1 主要電路圖5.1.1 單片機(jī)最小電路自動車庫門關(guān)閉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在單片機(jī)的最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)主要起控制輸出、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理的作用，在單片機(jī)最小系統(tǒng)上面構(gòu)建系統(tǒng)能夠使電路控制變得簡便，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如4.1。11所示：圖4。1。1-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路5.1.2 鍵盤電路鍵盤電路是一個(gè)友好的操作界面，是一個(gè)將人與機(jī)器之間建立通信連接的平臺，本設(shè)計(jì)采用的是4*4的矩陣鍵盤，以編程掃描為主要工作方式,以單片機(jī)P1口的低四位為輸出端,定時(shí)輸出行掃描高電平脈沖。一旦鍵盤被按下，對應(yīng)的P1端的高四位列輸入

19、線就會輸入相應(yīng)的高電平。鍵盤電路原理圖如圖4。1。2。1所示：圖4.1。21矩陣鍵盤電路5.1.3 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計(jì)采用8位的LED數(shù)碼管來顯示輸入的數(shù)字，系統(tǒng)采用共陰極顯示，將P0口作為輸入端口，P2端口作為顯示電路的位選信號，芯片74LS245作為輸出驅(qū)動，確保P0口輸出數(shù)據(jù)具有驅(qū)動能力.其電路圖如下：圖4.1.31 數(shù)碼管顯示電路5.1.4 無線發(fā)射編解碼電路和接受碼電路為了實(shí)現(xiàn)車庫門的自動關(guān)閉,在汽車進(jìn)入車庫之前發(fā)射一個(gè)自動打開信號,當(dāng)車進(jìn)入車庫以后再發(fā)射一個(gè)關(guān)閉信號.本系統(tǒng)采用編碼芯片PT2262和315MHZ的發(fā)射模塊構(gòu)建開閉信號發(fā)射電路,由解碼器芯片PT2272和315MHZ

20、的接收模塊來構(gòu)成信號接收電路。當(dāng)接收端收到發(fā)射來的信號后，由編解碼器進(jìn)行相應(yīng)的信息處理,輸入到單片機(jī)中進(jìn)行判斷。電路圖如下所示:圖4。1.41無線發(fā)射及編解碼仿真電路5.1.5 蜂鳴器及繼電器電路蜂鳴器和繼電器的驅(qū)動條件是較大的電流，三極管具有電流放大的作用,因此在蜂鳴器與繼電器組件之前加上一個(gè)三極管，就能使其正常工作.圖4.1.5-1 蜂鳴器和繼電器仿真電路5.1.6 系統(tǒng)硬件總圖將上述模塊電路組合在一起就構(gòu)成了自動車庫門系統(tǒng)的硬件總圖.如下圖所示：圖4。1。6-1 自動車庫門系統(tǒng)硬件總圖5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖開始VT是否為高 車庫門開，燈亮延時(shí)一頓時(shí)間，車庫門停止打開車進(jìn)入車庫一次，紅外對

21、管計(jì)數(shù)一次是否按下了按鈕紅外停止計(jì)數(shù)是否再次按下了按鈕紅外對管是否計(jì)數(shù)次數(shù)為2車庫門關(guān)閉，燈滅返回密碼是否輸入正確報(bào)警圖4.2-1 系統(tǒng)流程圖6 總結(jié)這是第一次做有關(guān)通信原理方面的課程設(shè)計(jì)，選定題目后，不知道從何入手.只能通過在網(wǎng)上收集閱讀一些與本課題有關(guān)的文章，熟讀一兩篇后,找到了自己的入手方向.然后開始在圖書館、網(wǎng)絡(luò)上面查閱有關(guān)自動車庫門設(shè)計(jì)的一些資料，在所查閱的資料中選出與本設(shè)計(jì)相關(guān)且易懂的作為參考。本設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)來作為控制系統(tǒng),其原因主要在于單片機(jī)使我們學(xué)過的較為熟悉的控制芯片，對于它的工作原理比較了解，當(dāng)然PT2262/PT2272編解碼器是在本設(shè)計(jì)中所需要的芯片,以前從未接觸過，但是通過資料的查找懂得了它的工作原理，各引腳的作用以及它的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍等。在車進(jìn)入車庫之前由PT2262編碼器發(fā)出一個(gè)信號,在PT2272解碼器接收到信號時(shí),對其解碼，然后送入給單片機(jī)處理來實(shí)現(xiàn)車庫門的開閉。當(dāng)然為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具人性化，也能通過對車庫門旁邊的手動按鍵來實(shí)現(xiàn)車庫門的開閉作用。為了增加自動車庫門的安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)過程中采用鍵入密碼來獲取取車人或停車人的信息，并且數(shù)碼管上面的數(shù)字均顯示為“8”，以保證密碼的保密措施到位。通過這次的課程設(shè)計(jì)讓我懂得