基于單片機的門控系統硬件設計

朱利洋,吳夏來,胡葉民

(麗水學院 工學院電子學系,浙江 麗水323000)

門控,又稱為出入管理控制系統。隨著社會的發展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動門控系統開始進入了人們的生活。以單片機為核心的自動門系統就是其中之一。采用單片機作為門控系統的核心，其優點是通過單片機程序編寫可以替代部分外部硬件電路,減少成本投入；還可實現門控系統功能升級,為以后門控系統的發展提供更好的兼容。本文對以單片機為核心的門控系統作了具體設計和分析。

1 系統總體結構

該門控系統主要由紅外感應模塊、鍵盤模塊、STC89C52模塊、驅動模塊和電機模塊5大模塊構成，如圖1所示。其中，紅外感應模塊電路圖如圖2所示，STC89C52模塊電路如圖3所示，驅動模塊電路采用四宏公司的SH-215B高性能細分驅動器,電機采用四宏公司的四線步進電機。

圖1 系統總體結構

2 各模塊設計

2.1 紅外感應模塊

圖2電路中,三端穩壓器型號為 78L05；T1為熱釋電傳感器,型號為SD02；為了增加熱釋電傳感器的探測距離,可在傳感器前方加裝菲涅爾透鏡[1];運算采用 LM324；在傳感器電路后級加裝帶通放大器，放大器的中心頻率約取1 Hz。放大器帶寬對靈敏度和可靠性的影響大,帶寬窄，則噪聲小，誤測率低；帶寬寬，則噪聲大，誤測率高，但對快、慢速移動響應好。第一級LM324運放及其外圍器件構成同相比例運放，其放大倍數由R4與R3的比值確定；第二級LM324及其外圍電路構成反相比例運放電路，在第二級LM324組成的運放電路中，其+端接入后級電路的反饋信號；第三級LM324及其外圍電路構成比較器電路,同時該級輸出信號經1N4148及相應阻容元件反饋到前級放大器的同相輸入端；最后一級LM324輸出信號作為下級單片機模塊電路的觸發信號。

2.2 單片機模塊

圖3電路為單片機模塊，其中J3為上拉電阻，Power為電源接口，CON6為外接驅動接口。單片機采用STC89C52型號。該模塊電路識別紅外感應模塊電路所產生的信號,經過內部程序處理；輸出信號控制后級步進電機驅動電路工作,從而使電機運轉。單片機模塊電路同時外接鍵盤模塊電路。按鍵盤電路中相應功能按鈕可以給門控系統設密，也可采取直接進入模式[2]。

2.3 驅動模塊

SH-215B高性能細分驅動器采用美國高性能專用微步距電腦控制芯片，細分數可根據用戶需求專門設計，開放式微電腦可根據用戶要求把控制功能設計到驅動器中，組成最小控制系統。該控制器適合驅動中小型的任何兩相或四相混合式步進電機。由于其采用了新型的雙極性恒流斬波技術，使電機運行精度高、振動小、噪聲低、運行平穩。

單片機輸出4個信號供給驅動器,分別是+5 V、CP脈沖、方向控制信號 DIR、使能信號ENA。CP脈沖、DIR、ENA這3路信號在驅動器內部經光電耦合到后級電路；同時，SH-215B驅動器要24 V供電，如圖4所示。輸出4根信號線接入兩相步進電機的兩相繞組4根引出線上。步進電機驅動器具體使用方法如表1所示[3-4]。

表1 步進電機驅動器使用方法

2.4 電機

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變得非常的簡單，而方向由導電順序決定[5]。本設計中采用二相電機,步距角為1.8°。

本文設計的門控管理系統使用方便、可靠性高、系統維護方便、適用范圍廣，并且價格低廉。系統采用了模塊化設計，可移植性高，加入指紋與視頻模塊即可以成為可視對講指紋門控系統。該系統在圖書館、商業活動中心等領域有很好的推廣應用。

[1]宋文緒.傳感器與檢測技術[M].北京：高等教育出版社,2010.

[2]李全利.單片機原理及接口技術[M].北京：高等教育出版社,2011.

[3]孫惠芹.單片機項目設計教程[M].北京:電子工業出版社,2009.

[4]楊剛.電子系統設計與實踐[M].北京:電子工業出版社,2009.

[5]樓然苗.單片機課程設計指導[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.