一种可控室内灯光的自动门系统设计研究

李文萱 赵新华

摘 要：本文设计了一种带室内灯光控制系统的自动门，为生活提供便利。该系统依据光电二极管感测的红外光束的原理工作，它由两个发射红外线二极管和两个接收光电二极管组成。一套是用于有人进来，另一套是用于有人走出房间。门是自动打开的，但在没有电源的情况下试图强行打开门会损坏设备的机械控制系统。

关键词：滑动门；自动化；控制系统；室内灯；电子电路设计

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）02-0047-03

Design and Research of Automatic Door System for Controlled Indoor Lighting

LI Wenxuan，ZHAO Xinhua

（Chuzhou Vocational and Technical College，Chuzhou 239000，China）

Abstract：An automatic door with an indoor lighting control system is designed to provide convenience for life. The system works in accordance with the principle of an infrared beam that is measured by a photodiode. It consists of two emitting infrared diodes and two receiving photodiodes. One is for someone to come in and the other for someone to go out of the room. The door is automatically opened，but the attempt to open the door when there is no power supply will damage the mechanical control system of the device.

Keywords：sliding door；automation；control system；indoor lamp；electronic circuit design

0 前言

本文研究内容包括自动门控制系统模拟电路和数字电路。光学感应台是位于自动门底部的红外收发器，在门的相对侧设有投影的红外线接收器。任何人进入自动门后，投射的光束都会被阻断。一旦光线被阻断，红外接收器即产生触发两个单稳态多谐振荡器的输出。单稳态（A）的时间常数为20s，单稳态（B）的时间常数为10s。两个单稳态的输出都进入一个异或门的输入，只允许一个继电器处于活动状态。因此，在不同的方向上启用电机定时，在不同的时间向电机提供相反的极性电压，以通过机械偏心轴承系统打开和关闭门。

该系统具有安全性和豪华性，因为如果门的打开和关闭以及房间灯光的切换都是自动完成的，显得更加舒适和简单。该系统可以在学校、酒店、银行、商场，以及各种建筑物的建设中实施。

1 系统分析与组成

1.1 工作原理

该系统按照光电二极管感测的红外光束的原理工作。它由两个发射红外线二极管和两个接收光电二极管组成。一套用于有人进来，另一套用于有人走出房间。光电二极管连接到比较器，当光束被人为阻断时输出低电平，光线正常发射时输出高电平。比较器的低输出用于触发单稳态多谐振荡器，该振荡器可以连接到触发器、与门、或门、加减计数器和显示器。

如果加减计数器的输出不等于零，则在最后一个人离开房间时加减计数器的输出回到零，灯将亮起。比较器的输出也同时触发两个定时器，但两者有不同的时间常数。第一个定时器的时间常数为5s，而第二个定时器的时间常数为10s。当定时器通过阻断光束被触发时，第一个定时器驱动晶体管控制开关打开自动门。此时，自动门在5秒内打开。定时器只有在输入不是相同的逻辑时才给出一个输出至一个异或门。当定时器被触发时，输入到异或门的输入是相同的逻辑，但是在第一个5秒之后，第一个定时器的输出是低的，并且第二个的输出仍然是高的，因为它具有10秒的时间常量，所以异或门切换另一个继电器去关闭自动门5秒钟。通过反转电机电源的极性来关闭自动门。因此可以使用相同的传感器自动打开和关闭灯光、打开和关闭自动门。

电源部分使用12V DC，电源是线性电源类型，包含降压变压器，滤波电容器和电压调节器等。

对于电路，我们需要一个7812电压调节器，如图1所示，它提供+12V所需的输出。电压调节器调节高于其所需的输出电压，如果电压低于该电压，则其所需的输出电压将在没有被调节的情况下传递出去。例如，对于7812，如果未调节的输入电压大于12V，则它将被调节到12V，但如果它小于12V，例如9V，将输出未调节的9V。

1.2 设计分析

如果7812的未调节输入大于所需输出的4倍，即12+4=16，则电压调节器IC开始变热并且将被损坏。因此，我们需要7812的输入约为16V。

由于二极管下降0.6V，并且我們有4个整流二极管形成全波桥，因此电压降将为0.6×4=2.4V。

对于峰值电压16+2.4=18.4V。

对于有效电压=。

因此，采用了优选值为15V的变压器，即220V/15V变压器。假设纹波电压为15%：

然而，采用3300μF的优选值。

为了减少剩余的纹波，使用了补偿电容器C2，并采用了4065μF的电容。

2 传感器控制

每当传感器检测到有人进入房间时，单稳态阶段就会产生一次时钟脉冲。单稳态电路由比较器的输出端触发，该比较器检测光束的中断并将其时钟发送到计数器的输入端。下面的图2显示了单稳态电路。

由于计算单稳态时间的公式是T=1.1RC，单稳态的持续时间是10秒（以便快速触发计数器）。假设C=100μF，则T=10秒。

对于R使用100KΩ的优选值。为了去激活第二个传感器，10秒单稳态作为或门的输入以及传感器的输出，当单稳态时不管传感器的输出如何，或门的输出总是很高，因为单稳态输出的输出是高的，那么第二个传感器在10秒钟内不动作，允许有人通过而不影响加减计数器的计数，图3显示了电路图。

3 系统测试

系统的物理实现非常重要。测试和实施过程涉及使用的一些设备，如数字万用表、信号发生器和示波器。数字万用表主要测量电压、电阻、连续性、电流、频率、温度和晶体管hFE（三极管的电流放大倍数）。在电路板上实现设计的过程需要测量参数，如电压、连续性、元件的电阻值以及某些情况下的频率测量。数字万用表用于检查系统各个阶段的各种压降，最重要的是红外接收器阶段，以帮助检查比较器电路中的参考电压。此外，数字万用表用于故障排除的焊接和耦合。示波器用于监测振荡器的行为，还用于检查每个级的输入和输出电压的准确度。在某些情况下，在输入设计系统部分产生真实信号之前，应使用信号发生器来测试信号流。测试过程还使用示波器检查振荡器产生的结果，如图4所示。发射器以555定时器输出电压的波形脉冲并发出红外（LED）信号，这导致从低状态转换到高状态。

4 结 论

本设计系统的功能运行取决于通过门进入的人的存在以及人体离门的距离。此外，本系统的操作取决于电路板焊接质量以及电路板上元件的位置。所有组件都焊接在一个电路板上，使故障排除更容易。本文所阐述的带室内灯光控制的自动门系统设计涉及模拟和数字电子学的研究，在定时器和逻辑控制电路上进行了大量的工作，还有有关于继电器和光电器件（如光电二极管，光电池等）的研究。希望在后续自动门功能研发上能够起到一定参考作用。

参考文献：

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