自動門控制器的電路設計方案分析與研究

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

關鍵詞:自動門控制器方案研究

中圖分類號:TP27文獻標識碼: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。于是相應的電子產品產生，自動門同樣出現(xiàn)在人們的生活中。隨著門的技術、性能日趨成熟、完善，它被廣泛應用在政府機關、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)設計方案論證

方案1:采用了FPGA的自動門控制系統(tǒng)設計，以按鈕、無線遙控、紅外感應三種驅動方式，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技術設計主控制器的狀態(tài)轉換，可軟件診錯;采用自動復位以及電機專用控制芯片來保證系統(tǒng)的可靠運行。由于設計采用了EDA技術的VHDL設計而非傳統(tǒng)的單片機設計，是一種自上向下的設計方法，使得系統(tǒng)的開發(fā)周期短。

方案2:設計以單片機為核心，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換，監(jiān)控報等“看門狗”技術，電機驅動控制以及光藕隔離技術。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。但是由于本設計對數(shù)據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雜，加重了電路設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，技術成熟，成本低廉等有點，使其在各個領域應用廣泛。綜上所述，選擇方案二，采用單片機AT89S51構成系統(tǒng)控制部分。總體設計方案框圖如圖1所示。

3 自動門控制器的硬件電路設計

3.1 A/D轉換電路

在設計中，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信號進行模數(shù)轉換。其分辨率為8位，不必進行零點和滿度調整，且具有高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，8個通道的多路開關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換器，轉換結束后再由ADC0809向AT89S51發(fā)出中斷請求信號，CPU響應中斷請求。通過對譯碼器的讀操作，讀取轉換結果并送到被測的相應存儲區(qū)。再重新選擇被測，并再次啟動A/D轉換后中斷返回(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AT89C51受到干擾而失控時，會引起程序跑飛而脫離用戶程序，導致系統(tǒng)無法正常完成任務。例如本系統(tǒng)如果出現(xiàn)程序跑飛，可能導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，可按下人工復位按鈕，強制復位。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位。因此，設置可靠的“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)據的丟失(如圖3）。

4 自動門控制器的軟件設計

系統(tǒng)的軟件程序主要可分為主程序和中斷服務程序組成。主程序模塊主要包括AT89C51本身的初始化，設置ADC0809等的工作方式和初始狀態(tài)，啟動A/D轉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 結語

本系統(tǒng)在開發(fā)過程中，結合了信號技術、嵌入式技術以及電機控制技術等，并在C語言的基礎上完成該設計。其主要特點是電路結構簡單、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，便于在系統(tǒng)發(fā)生故障時及時通知相關工作人員到場檢修，基本實現(xiàn)了自動門的智能控制。本設計也便于功能擴展，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)的復雜性，涉及領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

[1]孫寶元，楊寶清.傳感器及其應用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.

[2]喻宗泉，喻晗，李建民.單片機原理與應用技術[M].西安:西安電子科技大學出版社，2006.

[3]周航慈，朱兆優(yōu)，李躍忠.智能儀器原理與設計[M].北京:北京航空航天大學出版社，2006，8.