基于單片機的地鐵自動門設計仿真

【摘 要】隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便生活的自動控制系統(tǒng)開始進入人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。本文設計了基于單片機的地鐵自動門，該系統(tǒng)以單片機為主體，直流電機、PWM調速、轉速測量為核心，并檢測地鐵到站時是否穩(wěn)定并與屏蔽門相重合，關門后發(fā)出報警聲，提示乘客地鐵即將啟動，提高了乘客安全進出的保證，實現了地鐵門安全的自動控制。

【關鍵詞】8051；地鐵自動門；直流電機；防擠壓保護；轉速測量

0.引言

高速軌道客車，特別是地鐵已成為人們生活中重要的交通工具之一。自動門是地鐵車身的一個重要部分，隨著人們對生活質量要求的逐步提高，使地鐵的自動門控制系統(tǒng)向著智能化、集約化方向發(fā)展，并以實現最大的安全性、應用性和方便性為目標。我國電控電動自動門技術還處在比較低的研究水平上。為了使地鐵自動門能夠更好的為地鐵服務， 得到一種電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高的地鐵自動門系統(tǒng)，本文研究一種雙翼對開式自動門控制系統(tǒng)， 實現了安全開門控制和防擠壓等功能。該系統(tǒng)以8051作為控制核心，直流電機、防擠壓模塊、限位開關等硬件相結合的系統(tǒng)。

1.地鐵自動門設計思路

本系統(tǒng)共有檢測模塊、主控制模塊、驅動模塊、執(zhí)行模塊、報警模塊等。首先地鐵到站時通過測速儀檢測地鐵的車速，當車速為零時，即地鐵停車穩(wěn)定，再利用激光收發(fā)器，在屏蔽門上安裝信號發(fā)射裝置，在車門上安裝接收裝置。當地鐵到站時車門與屏蔽門重合，車門上的接收裝置接收到信號開啟車門，先開車門再開屏蔽門。自動門快速打開，然后保持開門狀態(tài)（保持時間由程序設定），開門保持狀態(tài)結束后，自動門慢速關閉，如果在關門過程中遇到障礙物時，系統(tǒng)將控制自動門重新快速打開，然后保持開門狀態(tài)，當開門保持狀態(tài)結束后，自動門將重新慢速關閉。當自動門到達關門的限位位置時，發(fā)出關門信號，蜂鳴器報警三聲，提醒乘客車門已經關閉，地鐵馬上要啟動，同時，關閉屏蔽門。

地鐵門與屏蔽門因其所在的環(huán)境決定了它必須具有以下功能：

（1）電機的轉動角度可以用脈沖控制。

（2）電機旋轉的精度高，可控。

（3）電機轉矩不應太大，當有人阻擋時不能傷害人。

本文主要應用51單片機程序對直流伺服電機的正轉、反轉進行控制，從而對門進行開、關的控制。直流電動機采用雙極性H橋驅動。

2.各功能模塊設計

2.1地鐵到站及開關門子程序設計

列車到站檢測地鐵車速：應用光電編碼器測量驅動地鐵的電機的速度，從而測得地鐵速度。轉速測量是用一個圓盤固定在電機軸上，圓盤上相同半徑的圓環(huán)上相隔180度的兩個位置鉆兩個小圓孔，用于透光。有紅外發(fā)光二極管從圓盤一側照射到小孔上，紅外光透過小孔照射到圓盤那一側的光敏三極管上，于是光敏二極管發(fā)出脈沖。再經過脈沖整形送入T0計數。從而測得電機的轉速。

列車到站檢測地鐵門與屏蔽門是否重合：在屏蔽門上安裝激光發(fā)射器，發(fā)射裝置發(fā)出信號，在車門上安裝接收裝置。當地鐵進站時，屏蔽門激光發(fā)射器開始發(fā)射激光，當車門接收器接收到激光時，產生一個高電平信號。

地鐵開門信號：地鐵車速為零時進行地鐵自動門與屏蔽門相重合的查詢，若重合則產生的高電平信號發(fā)送到單片機的P1.2引腳。

主程序的入口只有檢測到地鐵車速穩(wěn)定時，地鐵門接受屏蔽門發(fā)射的激光信號，檢測到屏蔽門與地鐵門相重合時的信號才能開門，檢測地鐵的車速信號為零后進行屏蔽門向地鐵發(fā)射的激光信號的查詢，屏蔽門與地鐵門是否相重合的信號與單片機的P1.2口相接，控制開門信號。程序流程圖如下：

檢測是否接收到了開門的信號：屏蔽門發(fā)出的信號和車速為零的共同信號由于系統(tǒng)功能實現的需要，本設計采用了查詢的方法。因為若使用中斷的方法，在中斷服務程序中開門的速度很難確定。如果不能準確判斷自動門日前所處的位置，就不能正確的調用相應的PWM信號，使電機實現不同的轉速。系統(tǒng)中有多個請求源，均采用了對輸入引腳查詢的方式。

2.2 PWM信號發(fā)生程序設計

PWM信號就是脈沖寬度信號，一定時間的高電平和一定時間的低電平的循環(huán)即可形成PWM信號。于是本程序采用將P0.0清0和置l的方法來實現。首先在程序開始初始化的時候將P0.0清0，調用PWM信號產生程序時，先將P0.0置1，然后經定時程序延時一段時間后再將P1.0置1。然后判斷有沒有中斷要執(zhí)行，如到達限位開關時。如果以上情況都沒發(fā)生就繼續(xù)調用這一個方波的發(fā)生程序。直至有中斷打斷時，執(zhí)行清0 P0.0或調用另一個方波發(fā)生程序實施變速。

變速是根據程序的順序執(zhí)行順序而判斷門所處的位置來實現的。此程序嚴格按照自動門開關一次的順序來編寫的，考慮了各階段可能遇到的所有問題，因此根據程序執(zhí)行的控制器可判斷自動門是該快速還是慢速。具體程序如下：

其中DEL所標號的子程序就是基本的延時程序，實現延時0.1秒。它的設計采用了多重循環(huán)定時。

多重循環(huán)定時加長了定時時間，最簡單的多重循環(huán)為由DJNZ指令構成的軟件延時程序，他是較為常用的程序之一。DJNZ指令的機器周期為2，則如果單片機的晶振頻率為l2MHz則一個機器周期是l us，因此執(zhí)行一條DJNZ指令的時間為2us。

2.3轉速測量模塊程序設計

本程序采用定時和技術結合的方法來實現。因為前邊已經有了基本延時程序，為了使程序更簡便并且有更高的利用率，因而仍采用軟件延時的方法。具體程序如下：

當調用關門程序的過程中才有必要測速，其他部分不需要設置此程序。在調用關門PWM信號的過程中，調用測速程序。計數器采用的Tl計數。首先將計數器Tl啟動并設置初值為0，然后開始定時，定時l秒后，將計數器所計數值傳給寄存器A，在將此計數值與電機正常狀態(tài)下最低轉速的二倍相比較（因為圓盤上設有兩個孔，因此是最低轉速的二倍）。如果計數值小于最小值的二倍則代表有障礙物，從而轉到開門程序執(zhí)行。

當GATE位為0時，僅由運行控制位TRX（x=0，1）=1來啟動定時器/計數器運行。

TRl為計數器控制位，TRl為1啟動定時器/計數器工作（GATE為0的時候僅由它來控制定時器/計數器）。該位可由軟件置l或清0。

2.4 報警子程序

3.總結

本設計主要應用8051作為控制核心，直流電機、磁開關等相結合的系統(tǒng)。通過單片機程序對直流伺服電機的正轉、反轉進行控制，從而對門進行開、關的控制；直流電機采用雙極性H橋驅動；通過檢測電機轉速，測得轉速為零時向單片機發(fā)出堵轉信號，從而自動開門，形成了防擠壓功能，充分發(fā)揮了單片機的性能。其優(yōu)點是電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的使用和參考價值。

【參考文獻】

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