自動門控制器的電路設(shè)計方案分析與研究

摘 要:自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達，當(dāng)人走近自動門時，雷達感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。本文主要針對自動門控制器的內(nèi)部電路設(shè)計進行了方案的論證與研究。

關(guān)鍵詞:自動門控制器方案研究

中圖分類號:TP27文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0075-02

隨著社會的不斷進步，人們不斷去追求舒適，方便的生活環(huán)境。于是相應(yīng)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生，自動門同樣出現(xiàn)在人們的生活中。隨著門的技術(shù)、性能日趨成熟、完善，它被廣泛應(yīng)用在政府機關(guān)、銀行、醫(yī)院、商業(yè)、工業(yè)等不同行業(yè)，改善了人們的生產(chǎn)生活條件。自動門的控制方式日趨多樣化，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案論證

方案1:采用了FPGA的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計，以按鈕、無線遙控、紅外感應(yīng)三種驅(qū)動方式，既可自動控制又可人工控制，操作簡單并且適用范圍廣;采用EDA技術(shù)設(shè)計主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，可軟件診錯;采用自動復(fù)位以及電機專用控制芯片來保證系統(tǒng)的可靠運行。由于設(shè)計采用了EDA技術(shù)的VHDL設(shè)計而非傳統(tǒng)的單片機設(shè)計，是一種自上向下的設(shè)計方法，使得系統(tǒng)的開發(fā)周期短。

方案2:設(shè)計以單片機為核心，統(tǒng)一控制紅外傳感器和步進電機，并通過機械直線運動單元驅(qū)動玻璃門。在硬件上實現(xiàn)了系統(tǒng)報普顯示，人員進出信號的采集與轉(zhuǎn)換，監(jiān)控報等“看門狗”技術(shù)，電機驅(qū)動控制以及光藕隔離技術(shù)。在軟件方面，主要采用匯編語言對單片機控制系統(tǒng)進行編程。與此同時，比較以上兩種方案，方案2的設(shè)計考慮到實用性及性價比，所采用的芯片和器件均為通用器件，因而整個系統(tǒng)的造價并不高，并且有較強的應(yīng)用價值和良好的發(fā)展前景。因此采用方案2。

2 控制器方案選擇和論證

方案一:采用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實現(xiàn)系統(tǒng)的各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可以利用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。但是由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不是很高，F(xiàn)PGA高速處理的優(yōu)勢得不到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的操作。

方案二:采用ATMEL公司的AT89C51作為系統(tǒng)的控制器。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低廉等有點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。綜上所述，選擇方案二，采用單片機AT89S51構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。總體設(shè)計方案框圖如圖1所示。

3 自動門控制器的硬件電路設(shè)計

3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

在設(shè)計中，為了方便AT89C51單片機的連接本系統(tǒng)選用ADC0809芯片對采集到的進出自動門的人員感應(yīng)信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其分辨率為8位，不必進行零點和滿度調(diào)整，且具有高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，8個通道的多路開關(guān)可直接存取個單端模擬信號8中的一個利用單片機寫啟動轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換結(jié)束后再由ADC0809向AT89S51發(fā)出中斷請求信號，CPU響應(yīng)中斷請求。通過對譯碼器的讀操作，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并送到被測的相應(yīng)存儲區(qū)。再重新選擇被測，并再次啟動A/D轉(zhuǎn)換后中斷返回(如圖2）。

3.2 報警顯示電路

報警控制以顯示燈的方式給出。當(dāng)有人員進出時，若系統(tǒng)正常工作，顯示燈為綠色若系統(tǒng)發(fā)生故障，顯示燈變?yōu)榧t色，此時不允許人員的進出。由于系統(tǒng)中AT89C51本身的I/O口線資源緊張，要控制的閃光報警的LED數(shù)目較多，所以可采用擴展一片74LS3778D鎖存器芯片，鎖存器輸出8個LED。在電路中將共陰極LED發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常將此公共陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，這樣我們就可以控制是進出燈亮還是報警燈亮。

3.3 “看門狗”監(jiān)控控制電路

當(dāng)AT89C51受到干擾而失控時，會引起程序跑飛而脫離用戶程序，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常完成任務(wù)。例如本系統(tǒng)如果出現(xiàn)程序跑飛，可能導(dǎo)致自動門的開合無法控制，報普與顯示燈無法正常顯示，這將給客戶帶來眾多不便。指令冗余和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫困境，這時系統(tǒng)將癱瘓。若工作人員在場，可按下人工復(fù)位按鈕，強制復(fù)位。但工作人員不可能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，即使監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進行人工復(fù)位。因此，設(shè)置可靠的“看門狗”是防止單片機死機、提高系統(tǒng)抗干擾性的一種重要手段。另外，“看門狗”電路還提供了掉電保護作用，避免了電源掉電時系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失(如圖3）。

4 自動門控制器的軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件程序主要可分為主程序和中斷服務(wù)程序組成。主程序模塊主要包括AT89C51本身的初始化，設(shè)置ADC0809等的工作方式和初始狀態(tài)，啟動A/D轉(zhuǎn)換等主程序流程圖從略。系統(tǒng)功能分析如下:(1)工作流程分為兩種情況有人員進出和無人員進出。當(dāng)有人要進出時，門接收到信號而自動打開無人進出時，門是閉合的。即在初始狀態(tài)下，自動門是閉合的。(2)自動門的開合由控制信號和門限反饋兩者共同決定。接收到控制信號后，若此時的門狀態(tài)是開的，則不必驅(qū)動電機，只要繼續(xù)保持開狀態(tài)即可如若門的狀態(tài)是閉合的，則要驅(qū)動電機使門打開。(3)若沒有連續(xù)的人員進出，則門的開合有一個最低限度的延時，即人員通過后，在過秒鐘門自動閉合。(4)在系統(tǒng)中完成顯示與報警功能。當(dāng)門打開時，顯示燈為綠色，表示人員可以進出若是系統(tǒng)發(fā)生故障，自動門無法正常開合時，顯示燈變?yōu)榧t色。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)在開發(fā)過程中，結(jié)合了信號技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及電機控制技術(shù)等，并在C語言的基礎(chǔ)上完成該設(shè)計。其主要特點是電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠且成本相對比較低。并且在功能上也達到了較為滿意的效果，實現(xiàn)了進出顯示，系統(tǒng)故障報答顯示，特別是采用了硬件看門狗定時監(jiān)控技術(shù)，便于在系統(tǒng)發(fā)生故障時及時通知相關(guān)工作人員到場檢修，基本實現(xiàn)了自動門的智能控制。本設(shè)計也便于功能擴展，因單片機尚有不少資源能被利用。如可以加入身份驗證功能，企業(yè)單位中的劃卡計時服務(wù)功能等。目前的自動門控制系統(tǒng)正向更加智能化的方向發(fā)展，現(xiàn)階段采用監(jiān)控式完全控制和不完全控制，隨著控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，涉及領(lǐng)域的廣泛性和國際間合作性的加大，這種控制方式也播要被進一步加強，這樣才會更加提高它的實用價值以及在惡劣環(huán)境下工作的能力和效率。(系統(tǒng)電路原理圖及程序有需要的可與作者聯(lián)系。)

參考文獻

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