本科毕业论文（设计） 题目：基于单片机的自动感应门设计 基于单片机的自动感应门设计 摘 要 随着科技的进步和社会的发展，人们的生活水平拥有了极大的提高。各种方便生活的自动控制系统进入了人们的生活，以单片机为核心的自动感应门控制系统就是其中之一，并在人们的日常生活中发挥着重要的作用。相比于传统的手推门，自动感应门能够自动控制门的开关，还具有**、稳定和美观等优点，自动感应门在银行、酒店、商场、写字楼等公共场所都拥有了广泛的应用。 本文基于自动感应门在日常生活中的广泛应用。提出设计一款基于单片机的自动门控制系统。该系统以 AT89S52 单片机为控制核心，选用热释电人体感应传感器检测是否有人员进入，选用红外传感器检测当前门的状态。并选用步进电机控制门的开和关。该系统能够自动检测是否有人靠近门，并判断当前门所处的状态，从而实现门的自动打开和关闭。 本系统的特点在于选用新型的人体检测传感器，这可以保证系统能够更加稳定的工作。此外，本系统还选用了红外传感器来检测当前门的状态，从而实现门的智能控制。关键词：自动感应门；传感器；AT89S52 I The design of automatic induction door based on single chip microcomputer Abstract With the progress of science and technology and the development of the societypeoples living standard has been greatly improved. A variety of convenient automaticcontrol system of life has entered peoples lives automatic induction door controlsystem with the single chip processor as the core is one of them and in Peoples Dailylife play an important role. Compared to the traditional hand push door automaticinduction door can automatically control the door switch also has the advantages ofsafe stable and beautiful automatic induction door in Banks hotels shopping mallsoffice buildings and so on are widely used in public places. This article is based on automatic induction door is widely used in daily life.Design a based on single chip microcomputer automatic door control system isproposed. AT89S52 single chip microcomputer as the control core the system selectsthe pyroelectric body induction sensors for personnel to enter use infrared sensorsdetect the current state of the door. And choose stepper motor control door opened andshut. The system can automatically detect whether someone is near the door and toassess the status of the door is so as to realize the door open and close automatically. Characteristics of this system is to choose new human body detection sensor thissystem can guarantee a more stable job. In addition this system also USES infraredsensors to detect the current state of the door so as to realize the intelligent control ofthe door.Key Words: Automatic Induction door Sensor；AT89S52 II 目 录1 绪 论.................................................................................................1 III 1 绪 论1.1 设计背景 在一些公共场所，传统的门都是手推的，在实际应用中显得非常的麻烦。随着自动感应门的出现使这一问题拥有了解决。自动感应门可以在银行、酒店、商场和写字楼等地见到，只要我们走到门口，自动感应门就能够自动控制门的打开。当人离开一段时间时候，又能自动的进行关闭。这样就能给人们的生活提供极大的便利。 随着生活水平的提高，人们对生活的便利性、建筑**性和环保型投入了更大的关注。据有关预测显示，至 2015 年，国内自动感应门和门机年销售量将超过 140000 台，比 2009 年翻了一番。虽然自动感应门能够能够给人们带来很大的便利，但是，由于自动感应门价格相对比较昂贵。使得其应用受到了很大的限制。目前，自动感应门多应用经济发达的东部及东南沿海地区。 本系统基于自动感应门所存在的一些问题，提出设计一款基于单片机的自动门控制系统。本系统使用新型的人体感应和红外传感器，可以极大的降低自动感应门的成本，从而推动自动感应门在人们生活中的广泛应用。1.2 自动感应门的发展历史和现状 20 世纪 20 年代后期，随着美国的超级市场开放，自动门开始拥有了广泛的应用。1945 年，****自动门品牌开发出了油压式和空气式自动门，并在办公楼正式的使用。从 1960 年开始，电气式的自动感应门开始出现，之后随着城市的建设，自动门技术拥有了迅速的发展。 由于技术的限制，*初的自动门采用油压式和空气式来进行控制，能源利用率较低。随着技术的发展，使用电机控制技术拥有了迅速的发展。目前自动感应门大多都采用直接控制电机的方式。 自动门是在上世纪 90 年代后进入中国，并在国内发达的沿海地区拥有了较广泛的应用。*初，中国市场上的自动门主要来自欧美和日本等**，随着自动门的广泛应用，国内的自动感应门也拥有了迅速的发展。并且在市场上占据了一 1定的份额。截至 2012 年底，中国自动门市场上已经有 80 余个品牌的自动门成套设备，2012 年国内自动门销售市场规模达到了 7.2 亿元。 目前中国已经成为自动门、电动门和出入口控制设备的**市场及制造中心，自动门的发展前景十分可观。此外，的自动门厂商都试图在中国谋求发展，这也使得自动门市场日趋激烈。自动门产品主要应用于经济相对发达的东部及东南沿海地区。其中北京、上海、广州和深圳是自动门产品的**消费市场。随着外商投资向内地转移，自动门的使用地域也开始不断的向内陆发达城市延伸。1.3 设计自动感应门的意义 目前，国内的自动感应门价格相对比较昂贵，使得自动感应门的应用受到了一定的限制。本系统基于单片机，提出设计一款使用新型的人体感应传感器和红外传感器的自动门控制系统。采用本系统，可以极大的降低自动感应门的成本，从而推动自动感应门在国内的广泛应用1.4 论文主要完成的工作 本论文研究的主要内容是设计一款使用新型的人体感应传感器和红外传感器的自动门控制系统 主要的设计任务有：（1）当有人靠近时，本系统能够通过传感器正确的检测人体，然后控制电机自动打开门。（2）当门处于半开状态时，自动门应该以一个适当的速度来打开门。（3）当门处于打开状态时，系统应该使门保持在开启状态。当人员离开之后，系统控制门保持打开状态 4 秒，之后控制门关闭。如果门处于关闭状态，在保持门关闭。（4）本系统选用红外传感器来检测门所处的三个状态，即打开状态、关闭状态和半开状态。 2 2 系统总体设计2.1 设计要求 本系统要求设计一款基于单片机的自动门控制系统。首先采用人体感应传感器来检测是否有人员靠近。如果有人员靠近，自动打开门。当人离开之后，系统控制门自动等待一段时间，然后控制电机进行关门。此外，本系统选用红外传感器来检测门所处的状态，并且将门的状态分成了三种。也就是打开状态、关闭状态和半开状态。本系统根据门所处的状态和是否有人员靠近等来控制门的智能开启和关闭。2.2 总体设计方案 本系统主要实现一个自动感应门控制系统。系统采集传感器输出的信号，并对信号进行判断，从而控制电机，实现门的自动开启和关闭。 本系统的系统原理图如图 2.1 所示。输入部分包括人体检测和门状态检测，输出部分包括报警灯和电机等。 图 2.1 系统原理图题各个模块实现的功能：（1）人体检测。检测是否有人员靠近，并与门状态信号一起，实现感应门的智能控制。 3（2）门状态检测。主要检测门所处的状态。本系统主要分成了三个状态，打开状态、关闭状态和半开状态（3）单片机。单片机是本系统的控制核心，我们将编写好的程序下载到单片机中，然后单片机采集输入信号，并根据输入信号控制门的开启和关闭。（4）报警灯。本系统选用了一个报警灯来指示系统是否工作正常。如果系统工作出现问题，报警灯立刻点亮。（5）电机驱动。由于我们的单片机不能够提供足够大的电流来使电机正常运转，所以**使用专门的电机驱动来驱动电机。（6）电机。本系统使用步进电机控制门的开启和关闭。2.3 器件介绍2.3.1 单片机 本系统从成本、稳定性以及可扩展性等诸多因素出发，*终选用 AT89S52单片机作为本系统的控制器。 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52 引脚如图2.2 所示。 4 IC1 1 40 P10 VCC 2 39 P11 P00 3 38 P12 P01 4 37 P13 P02 5 36 P14 P03 6 35 P15 P04 7 34 P16 P05 8 33 P17 P06 9 32 RST P07 10 31 P30/RXD EA 11 30 P31/TXD ALE 12 29 P32/INT0 PSEN 13 28 P33/INT1 P27 14 27 P34/T0 P26 15 26 P35/T1 P25 16 25 P36/WR P24 17 24 P37/RD P23 18 23 XTAL2 P22 19 22 XTAL1 P21 20 21 GND P20 AT89S52 图 2.2 AT89S52 引脚图题（1）单片机引脚功能介绍AT89S52 各引脚的功能介绍如下： VCC：AT89S52 接电源的5V 输入。 VSS：接地。 XTAL1：单片机的反相放大器输入端。 XTAL2：单片机反相放大器输出端，一般在设计上只需要在 XTAL1 和 XTAL2上接上一只石英振荡晶体就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF 的小电容，可以起到抗噪声的作用从而使系统更稳定。 RESET：重置引脚，高电平动作，当要单片机重置时，只要对此引脚的电平提升至高电平并且保持两个机器周期以上的时间，AT89S52 便能完成系统重置的动作，使得内部特殊功能寄存器的内容被设成已知状态，并且从地址 0000H 处开始读入程序代码然后执行程序。 EA/Vpp：低电平动作，当引脚接低电平之后，系统会采用外部的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行程序。因此在 8031 及 8032 单片机中，EA 引脚**接低电平，因为它的内部没有程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。另外，在将程序代码写录至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V 的烧录高压（Vpp）。 ALE/PROG：ALE 表示地址锁存器启用信号。AT89S52 可以利用这个引脚来触 5发外部的 8 位锁存器，将端口 0 的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为 AT89S52是以多工的方式送出地址和数据。此外在烧录 8751 程序代码的时候，此引脚会被当成程序规划特殊功能来使用。平时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。 PSEN：此为quotProgram Store Enablequot的缩写，它的意思为程序储存启用，AT89S52 可以利用 RD 及 PSEN 引脚分别启用存在外部的 EPROM 与 RAM，使得程序存储器与数据存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围。当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模式的时候，会送出此信号用以方便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 引脚。 RST：复 位 输 入 。当 振 荡 器 复 位 器 件 时 ，要 保 持 RST 脚 两 个 机 器 周 期的高电平时间。 ALE/PROG： 当 访 问 外 部 存 储 器 时 ， 地 址 锁 存 允 许 的 输 出 电 平 用 于 锁存 地 址 的 地 位 字 节 。在 FLASH 编 程 期 间 ，此 引 脚 用 于 输 入 编 程 脉 冲 。在平 时 ， ALE 端 以 不 变 的 频 率 周 期 输 出 正 脉 冲 信 号 ， 此 频 率 为 振 荡 器 频 率的 1/6。 因 此 它 可 用 作 对 外 部 输 出 的 脉 冲 或 用 于 定 时 目 的 。 然 而 要 注 意 每 将 如的 是 ： 当 用 作 外 部 数 据 存 储 器 时 ， 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。 想 禁 止 ALE的 输 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。此 时 ， ALE 只 有 在 执 行 MOVX，MOVC 指令 是 ALE 才 起 作 用 。另 外 ，该 引 脚 被 略 微 拉 高 。如 果 微 处 理 器 在 外 部 执行 状 态 ALE 禁 止 ， 置 位 无 效 。 /PSEN： 外 部 的 程 序 存 储 器 的 选 通 信 号 。 从 外 部 程 序 存 储 器 取 指 期间 ， 每 个 机 器 周 期 必 须 两 次 /PSEN 才 能 有 效 。 但 在 访 问 外 部 数 据 存 储 器时 ， 这 两 次 有 效 的 /PSEN 信 号 将 不 需 要 出 现 。 /EA/VPP： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 存 储 器（ 0000H-FFFFH） ， 不 管 单 片 机 有 没 有 内 部 程 序 存 储 器 。 注 意 当 加 密 方式 为 1 时 ，/EA 将 内 部 锁 定 的 为 RESET；当 /EA 端 保 持 高 电 平 时 ，此 间 为内 部 程 序 存 储 器 。 当 在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 EA 引 脚 也 用 于 施 加 12V 编程 电 源 （ VPP） 。 PORT0（P0.0～P0.7）：端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有 8 个位，P0.0 表示位 0，P0.1 表示位 1。另外的三个 I/O 端口 6（P1、P2、P3）则不会具有此电路的组态，而是当内部有一个提升电路的时候，P0 在当做 I/O 用的时候可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。如果 EA 引脚为低电平的时候（即取用外部程序代码或数据存储器），P0 就可以多工方式提供数据总线及地址总线。设计者**当地址栓锁住成为 A0～A7，再配合端口 2 的 A8～A15 合成一完整的 16 位地址总线，从而定址到 64K 的外部存储器空间。 PORT1（P1.0～P1.7）：端口 1 是双向 I/O 端口且能内部提升电路的，其输出缓冲器能推动 4 个 LS TTL 负载，若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用 8032 或是 8052 的话，P1.0 又可以当做定时器 2 的外部脉冲输入，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以当做外部中断输入的触发脚位。 PORT2（P2.0～P2.7）：端口 2 和 p1 一样是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以都可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2 除了当做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了。 PORT3（P3.0～P3.7）：端口 3 除了具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括计时计数控制、串行通信、外部中断控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制功能。其引脚分配如下： P3.0：RXD，串行输入。 P3.1：TXD，串行输出。 P3.2：INT0，外部中断 0 输入。 P3.3：INT1，外部中断 1 输入。 P3.4：T0，计时计数器 0 输入。 P3.5：T1，计时计数器 1 输入。 P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。 P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。（2）基本复位电路 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后， 7撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图 3.2 所示的 RC复位电路可以实现上述基本功能。手动按钮复位需要人为在复位输入端 RST 上加入高电平。一般采用的办法是在 RST 端和正电源 Vcc 之间接一个按钮。当按下按钮时，则 Vcc 的5V 电平就会直接加到 RST 端。手动按钮复位的电路如下所示。即使人的动作再快也会使得按钮保持接通时间达数十毫秒，所以，完全可以满足复位的时间要求。 复位电路工作原理：VCC 上电时，C6 充电，在 10K 电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C6 充满，10K 电阻上电流降为 0，电压也为 0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下 K1，C6 放电。 VCC 2 K1 C6 10UF 2 1 RST 1 R8