基于单片机的车库门自动控制系统设计

李玉豪 辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的车库门自动控制系统设计

李玉豪 辽宁锦州渤海大学工学院

随着人们对车库门要求的提高，车库自动门开始出现。控制系统是车库自动门设计的关键，本文就是基于单片机的车库自动门控制系统设计，设计包括硬件和软件两个部分。硬件部分选用AT89C51单片机作为主控芯片，同时设计一个最小系统使单片机能够正常工作。软件部分主要是用C语言编程的，自动门程序包括三个部分，主程序、自动模式门运行程序和手动模式门运行程序。

自动门 单片机 控制系统

1 引言

单片机是一种实用的芯片，很多的日常用品都有单片机的身影，渐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。单片机有很多优点，轻便、小巧、价格便宜，非常的实用，很快便得到了普及。在我们的日常生活中，各种各样的产品都应用到了单片机，车库自动门在现代生活中的应用越来越广泛，通过单片机来设计车库自动门控制系统是很有必要且有重要意义。本次基于单片机的自动门控制系统设计简单可靠，用的都是一些比较常见的器件，所以花费也比较少。这次设计是用AT89C51作为主控器件，直流电机和热释电红外传感器为核心，具有门行程检测，声光报警，手自动切换等功能。

2 硬件设计

2.1 系统硬件框图及其组成原理

本次设计是基于单片机的自动门控制系统设计，基于单片机顾名思义是要用到单片机的，所以应用AT89C51作为本次设计的核心。自动门的控制系统还包括单片机的最小系统电路、热释红外检测电路、直流电机控制电路、门行程检测电路、光电检测电路、声光报警电路以及手自动控制切换电路。当热释红外电路接收到车辆信号后送入单片机处理，单片机发出控制信号控制直流电机正反转控制自动门的开与关。同时，当关门过程中遇到障碍物时，单片机发出信号，控制电动机开门。本系统还设计了手自动切换电路，来处理一些特殊情况。自动门控制系统的硬件框图如图1所示：

图1 红外自动门的硬件框图

2.2 红外检测电路的设计

车库自动门控制系统需要接收汽车发出的信号才能够进行下一步操作，热释电红外传感器能够很好地完成这一工作。热释电红外传感器是一种基于热电效应原理的传感器，它能够很好地接收汽车发出的红外线。同时，热释电传感器能够24小时工作，不受黑夜的影响，所以它的应用十分广泛。热释电传感器的灵敏度比价低，所以它的检测范围也不是很远。在传感器前面添加一个菲涅尔透镜能够很好地解决这一问题，菲涅尔透镜不仅能增加传感器的检测范围，而且能够提高传感器的反应速率。热释电红外传感器由三个部分组成，分别是探测元件、滤光片和场效应管阻抗变换器。图2是热释电传感器的结构图，当热释电红外传感器检测到范围内有汽车进入时，有两种不相等的能量照射到两个电容上，这时电流在回路中是不能抵消的，所以传感器上是会产生信号的，从而达到检测和报警的作用。同时，红外传感器能够很好地避免检测出错，因为它只能检测汽车或者温度和汽车不多的移动物体。而当热释电红外传感器没有在有效范围内检测到有汽车或者在有效范围内检测到到有静止物体时，照射到两个电容上的能量是相等的，它们会相互抵消，从而致使回路中没有电流产生，传感器也不会检测到信号。

图2 热释电传感器结构图

2.3 直流电机控制电路的设计

直流电动机是一种将直流电能转换成机械能的电动机。构成直流电动机的器件十分常见，制作也是非常地方便，转子和定子是它的主要构成部分。本次基于单片机的自动门控制系统设计应用电动机进行自动门的开关控制，并不需要很精密的控制，所以选择直流电动机完成本次设计。选用PWM调速，PWM调速是一种很成熟的调速方法，它是一种调节电枢电压调速法。PWM调速的本质是改变脉冲宽度来调速，通过改变电源电压的占空比，可以改变电机的脉冲电压，这时电机的转速也会改变。用一个PWM直流电机调速器可以很好地完成调速的任务。

本次设计要使用直流电机进行自动门开关控制，自动门的开与关可以通过电机的正反转来实现。当单片机控制电动机正转时，自动门实现开门的动作，而当单片机控制电动机反转时，自动门实现关门的动作。所以控制电路的主要任务是用单片机控制直流电机的正反转，而要实现这个功能也是很容易的，我选用两个继电器来完成正反转的操作。而调速方面主要是选用一个PWM直流调速器来完成，直流电机的控制电路如图3所示。

图3 直流电机的控制电路图

2.4 光电检测电路

手动模式下，需要一个光电开关来处理特殊情况。比如要关门时，若有车接近时，关门动作是实施不了的。光电开关可以完成检测有无车接近的任务。自动模式下也需要用到光电传感器来处理特殊情况。

光电传感器是一个检测有没有车接近的装置。当有车接近时，光电传感器就可以接收到信号并传给单片机，单片机会执行相应的程序。在即将关门时，使关门动作实施不了，在关门途中，停止关门动作。图4是光电开关电路，光电传感器共有3个引脚，输出、电源和接地，输出口OUT接单片机引脚P2.0。当红外接近开关检测到有车靠近时，它会给单片机引脚P2.0低电平信号，使电机停转，停止关门。

图4 光电接近开关电路图

3 系统软件的设计

3.1 主程序的设计

自动门控制系统的主程序主要完成定时器的初始化、中断开关、故障的判断、自动门模式的判断等工作。自动门程序开始后会自动初始化，打开中断，在判断没有故障后便开始运行。在进入模式选择后，程序又会有所差别。在自动模式下，需要用到定时器T0来完成自动操作，而手动模式则不需要，所以在自动模式下需打开外部中断T0。因为两者都需要用到TI来实现报警的功能，所T1定时器在两种模式下都需要打开。

3.2 自动模式门运行程序的设计

自动模式下，门的运行方式主要包括开门和关门，还有一些突发状况的处理。当红外装置检测到车时，单片机就会发出开门信号，自动门自动进入开门状态，而当自动门触碰到开门限位开关时就会停下。在检测到没车的情况下延时5s后开始关门，若是中途来车时立即开门。热释电红外传感器故障时，有个安全限位，关门前或关门途中有车，停止关门。

3.3 手动模式门运行程序的设计

手动模式也是包括开门和关门两个动作，还有一些防夹车功能。首先把按钮按到手动模式，按下开门按钮，开始开门，到达开门极限时，门停止。然后按下关门按钮，按下即开始关门，当光电传感器检测到有车时，关门按钮是无效的，同时关门途中有车时，关门也会中途停止，若一直没车，门到达关门极限会自动停下。

4 系统调试

完成电路板的焊接后，首先就需要进行电路板的调试工作。在电路板通电之前，要检查电路是否焊接正确。先把万用表拨到测通断的那一档，之后检查电源和地有没有短路，万用表两端接在单片机的40脚和20脚，若万用表不响则没有短路。之后还要检查所有的电源和地有没有接到，在确保都接到后，就可以开始给电路板通电了。通电后，按下自锁开关，若是电路板一点反应都没有，马上要检查芯片有没有发热的现象，以防元器件烧坏。在通电后电路没反应时，首先要检查电源与地是多少伏，高于5V是正确的。检查30脚与地之间的电压，1点几伏是正确的，若是5V则是不正确的。单片机正常工作时，30脚会输出一个脉冲，这个信号是晶振的1/6，一般是在1点几伏。若是没发现问题，就要检查晶振电路和复位电路有没有接错了。检查完成通电后，电路正常工作的情况下，可以继续调试。

[1]肖俊峰,郑小琴.一种光电线自动门单片机控制系统[J].门窗,2008(10)

[2]于洋.基于单片机技术的自动门智能控制系统[J].算机系统应用,2008(4)

[3]沙占友.单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出社,2004

[4]张伦译.传感器和信号调节[M].北京：清华大学出版社,2004