基于單片機的遙控開門裝置

PAGE52012年江西省高校大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽基于單片機控制的遙控開門裝置設(shè)計說明書參賽者：指導(dǎo)教師：參賽單位：南昌航空大學(xué)二0一二年五月基于單片機控制的遙控開門裝置設(shè)計說明書設(shè)計者：~~~~~~~~~~~~~~~~~~指導(dǎo)老師：~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~參賽單位：南昌航空大學(xué)摘要：立足于生活中的小細節(jié)，以生活為行動基礎(chǔ)來為人們提供方便。設(shè)計在寢室內(nèi)使用的遙控開門裝置。該裝置制作簡單、操作方便、實用性強。關(guān)鍵字：單片機；遙控；寢室；開門1研究背景及意義隨著時代的進步，人們的生活節(jié)奏也日愈加快，在這個快節(jié)奏的時代里，任何影響生活節(jié)奏的事都會逐漸被取代。而大學(xué)寢室更在大學(xué)里生活得最久，陪伴大學(xué)四年，同時也是最貼近生活，最能表現(xiàn)個人生活特色的地方。在寢室手動開門就成了一個非常頭疼的事！每每在有人敲門時，要放下手中的事來手動開門。這給學(xué)生帶來很多不必要的麻煩。這時一種不要走到門前的遙控開門裝置就很需要了。圖1圖2圖3現(xiàn)如今寢室大多為擰轉(zhuǎn)式鎖（圖1）。旋轉(zhuǎn)鎖芯（圖2）實現(xiàn)帶動鎖栓（圖3）開門的同時將帶動一個彈簧旋轉(zhuǎn)，鎖芯旋轉(zhuǎn)大約90度后，達到開門效果，并同時固定鎖栓；關(guān)門時靠彈簧的扭力將鎖栓彈出達到自動鎖門的功能。近年來，國內(nèi)外科技工作者申請了大量的自動開門專利，但大多適用于各種庭院門、柵欄門、別墅門等，對于學(xué)生宿舍這種普通旋轉(zhuǎn)式門鎖的自動開關(guān)研究甚少。該裝置可實現(xiàn)在寢室范圍內(nèi)用遙控器控制電路，帶動鎖芯實現(xiàn)開門，并在開門后電路能夠自動斷開回到未開門狀態(tài)，以此保護電機和控制裝置。2設(shè)計方案為了實現(xiàn)設(shè)備操作簡單方便，設(shè)備要求由電路控制，而且電路開關(guān)應(yīng)該隨齒輪轉(zhuǎn)動而閉合或斷開；為了保證設(shè)備使用安全和經(jīng)濟實惠，設(shè)備要求電池電壓不能大于36V，電路設(shè)計要求簡單，接線口應(yīng)接觸良好；為了設(shè)備固定方便，齒輪應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小。4電路分析紅外遙控是目前使用最廣泛的一種遙控手段。紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低、不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備的特點。由于其無法穿透墻壁，遙控距離可達8米，且不會產(chǎn)生相互干擾，故室內(nèi)遙控控制的電器絕大數(shù)采用紅外線遙控，紅外線遙控用在室內(nèi)遙控開門裝置上相當(dāng)合適。電路：5V穩(wěn)壓電路，紅外發(fā)射電路，紅外接收電路，單片機電路，電機驅(qū)動電路，和聲音提示電路。4.1電源電路單片機需5V穩(wěn)定電源，電機直接用電池電壓（12.6V）4.2發(fā)射電路為減小制做難度和減小功耗我們采用現(xiàn)成的遙控發(fā)射裝置，該遙控發(fā)射器為NEC編碼格式（如圖6）。圖6該遙控器體積小、功耗低、成本低、且可實現(xiàn)多路遙控，沒必要再自己設(shè)計一個發(fā)射電路。4.3接收電路采用紅外接收一體頭接收，STC89C52解碼（信號由外部中斷口INIT0(P3.2）輸入）。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。都有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。使用時應(yīng)注意紅外接收頭的載波頻率。外形及引腳排列如圖所示。4.4單片機電路：STCC89C52單片機的作用是解碼，控制蜂鳴器的鳴響提示，給l293信號以控制電機的啟停。4.5電機驅(qū)動電路：實現(xiàn)電機的驅(qū)動、啟停。4.6聲音提示電路：5單片機程序設(shè)計用到的STC89C52單片機引腳有P0.0（蜂鳴器控制），P1.1（位置開關(guān)），P3.2(INIT0紅外一體接收頭信號輸入），P2.6（電機控制）當(dāng)遙控器發(fā)出信號后，紅外一體接收頭將接收到的信號輸入單片機，經(jīng)單片機解碼后，若為“0”鍵（鍵值16H）則驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)，同時蜂鳴器短鳴；當(dāng)轉(zhuǎn)盤到位后會將位置開關(guān)按下（接地）），單片機檢測到位置開關(guān)輸入的電平信號為0時就控制電機停轉(zhuǎn)，同時蜂鳴器短鳴；若2.5秒后位置開關(guān)未來被按下（即轉(zhuǎn)盤未到位），則電機停轉(zhuǎn)，蜂鳴器長鳴程序如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definedelayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};voiddelay(ucharx);//x*0.14MSvoiddelay1(intms);voidbeep();sbitIRIN=P3^2;//紅外接收器數(shù)據(jù)線sbitBEEP=P0^0;//蜂鳴器驅(qū)動線sbitmoff=P1^0;//位置開關(guān)sbitin3=P2^6; //電機控制uinti,j,k;ucharIRCOM[7];main(){IRIN=1;//I/O口初始化BEEP=1;delay1(10);//延時 IE=0x81;//允許總中斷中斷,使能INT0外部中斷 TCON=0x01;//觸發(fā)方式為脈沖負邊沿觸發(fā)while(1) ;}//endmain/**********************************************************/voidIR_IN()interrupt0using0{unsignedcharj,k,N=0;EX0=0; delay(15); if(IRIN==1){EX0=1; return; }//確認IR信號出現(xiàn)while(!IRIN)//等IR變?yōu)楦唠娖?，跳過9ms的前導(dǎo)低電平信號。{delay(1);}for(j=0;j<4;j++)//收集四組數(shù)據(jù){for(k=0;k<8;k++)//每組數(shù)據(jù)有8位{while(IRIN)//等IR變?yōu)榈碗娖?，跳過4.5ms的前導(dǎo)高電平信號。{delay(1);}while(!IRIN)//等IR變?yōu)楦唠娖絳delay(1);}while(IRIN)//計算IR高電平時長{delay(1);N++;if(N>=30) {EX0=1; return;}//0.14ms計數(shù)過長自動離開。}//高電平計數(shù)完畢IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1;//數(shù)據(jù)最高位補“0”if(N>=8){IRCOM[j]=IRCOM[j]|0x80;}//數(shù)據(jù)最高位補“1”N=0;}//endfork}//endforjif(IRCOM[2]!=~IRCOM[3]){EX0=1;return;} /***********************/ if(IRCOM[2]==0x16) { in3=0; beep(); while(1) { if(moff==0) { in3=1; beep(); break; } /******************計時********************/ i++; if(i==50) { i=0; j++; } if(j==50) { j=0; k++; } if(k==50) //若2.5秒后轉(zhuǎn)盤還未到位，蜂鳴器長鳴，電機停轉(zhuǎn)，防止電機燒毀 { k=0; in3=1; beep(); beep(); beep(); beep(); break; } } } EX0=1;}/**********************************************************/voidbeep(){unsignedchari;for(i=0;i<100;i++){delay(4);BEEP=!BEEP;//BEEP取反}BEEP=1;//關(guān)閉蜂鳴器}/**********************************************************/voiddelay(unsignedcharx)//x*0.14MS{unsignedchari;while(x--){for(i=0;i<13;i++){}}}/**********************************************************/voiddelay1(intms){unsignedchary;while(ms--){for(y=0;y<250;y++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}}6工作原理及性能分析6.1工作原理由發(fā)射器（遙控器）發(fā)射紅外線信號，當(dāng)單片機接收器接收紅外線信號后，控制電路的閉合，從而使電動機帶動一對錐齒輪，使防盜門鎖芯轉(zhuǎn)動，達到開門的目的。當(dāng)門打開后，單片機接到電信號，使電路斷開，以此保護單片機和電機。6.1.1當(dāng)按下無線遙控器（如圖7）上的“確定”鍵，遙控器發(fā)出紅外線信號圖76.6.2固定在控制電路板上的接收器接收紅外線信號,電路閉合，固定在防盜門上的電源開始供電。（如圖8）圖86.6.4使得減速電機（如圖9）開始工作，減速電機由電機固定架固定在門上。圖96.6.5帶動錐齒輪變速傳動裝置（如圖10）的轉(zhuǎn)動，小齒輪固定在減速電機出軸上，大齒輪固定在鎖芯上。圖106.6.6扭轉(zhuǎn)鎖芯（如圖11），從而擰開防盜門。圖116.6.7當(dāng)固定在大錐齒輪上的觸片恰好碰觸單片機控制電路上的斷開裝置瞬間（如圖12），電路自動斷開，減速電機停止工作。圖126.6.8此時，壓簧彈開防盜門（如圖13）即可達到開啟門的目的。圖136.6.9當(dāng)防盜門關(guān)閉時，鎖芯自動回到未開啟狀態(tài)，將防盜門鎖住。6.2性能分析：紅外線無線遙控器具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，工作可靠性強等一系列優(yōu)點，特別是室內(nèi)遙控的優(yōu)先遙控方式，并且可控范圍在十米以內(nèi)，足以滿足學(xué)生宿舍的需求。單片機控制電路具有可操作性強，反應(yīng)迅速，靈活，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制，且隨時可以修改程序。減速電機：具有減速的作用，同時，電機減速帶來的卻是大轉(zhuǎn)矩，正是開啟防盜門鎖芯所需大力矩的最佳選擇。錐齒輪傳動裝置：由兩個錐齒輪組成，并且錐齒輪傳動是用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的，最重要的一點是錐齒輪可用于兩個互相垂直的軸的傳動，而一般圓柱齒輪只能用于平行軸，這也是本產(chǎn)品選用錐齒輪的重要依據(jù)。其中小齒輪固定在馬達的出軸上，大齒輪固定在鎖芯上，兩齒輪的傳速比為：3：1。遠程遙控開門裝置是機械技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合的機電一體化產(chǎn)品，將單片機的信息處理功能與控制功能融合在齒輪裝置上。該裝置可實現(xiàn)在寢室范圍內(nèi)要無線遙控控制開啟防盜門，并且在門栓開啟的瞬間，自動斷開電路，當(dāng)防盜門關(guān)上，鎖芯自動回到未開啟狀態(tài)。7創(chuàng)新點立足于生活中的小細節(jié)，以生活為行動基礎(chǔ)來為人們提供方便。巧妙利用單片機控制機齒輪傳動，實現(xiàn)開門效果。產(chǎn)品制作簡單，操作方便。1、利用錐齒輪傳動改變動力方向使得開門機構(gòu)做到了簡單、有效；2、利用單片機解碼，到位后則控制電機停轉(zhuǎn)，若一定時間后鎖芯未到位則控制電機停轉(zhuǎn)，防止電機堵轉(zhuǎn)；3、產(chǎn)品零件簡單易得，價格低廉。8產(chǎn)品不足及改進1、不夠美觀；2、關(guān)門阻力大。9參考文獻9.1.馮開平，左宗義主編?！懂嫹◣缀闻c