基于單片機的自動門系統的設計

王省波

摘 要：本文是研究自動門控制系統，由于單片機的控制能力和穩定性，因此本次設計是以51單片機為控制核心，作為控制核心的51單片機通過接收熱釋電紅外傳感器傳來的電信號進而控制步進電機來對門進行開關動作，其中，所采集的電信號是由紅外傳感器通過感受人體輻射的紅外線能量變化而得到的，熱釋電紅外傳感器上配有BISS0001，BISS0001是一種傳感器信號處理電路，熱釋電紅外傳感器和BISS0001以及少量的外圍元器件構成熱釋電紅外開關作為傳感器模塊。當單片機檢測到熱釋電紅外傳感器傳來的相關的電信號時，則51單片機做出判斷，隨即控制步進電機的轉動打開門，當人通過以后則延遲一段時間，再執行關門動作。該文主要研究和設計單片機和紅外傳感器以及直流電機之間的協作工作，進而達到人們期望達到的功能。

關鍵詞：熱釋電紅外傳感器；51單片機；BISS0001；步進電機

自從美國在上個世紀三十年代發明自動門以來，隨著電子技術的迅速發展以及世界市場的興起，已經得到了廣泛的應用，尤其是進入二十世紀以來，隨著自動化技術的發展，自動門控制系統已經得到進一步發展，技術已經走向成熟。隨著電子技術的高速發展，各種智能的控制系統開始進入人們的生活，自動門系統正是在這樣的背景下應運而生，它成為學校，公司企業，以及一些車站站口等人口比較密集的地方疏導人流，控制出入必不可少的選擇。本設計是基于單片機控制的自動門控制系統，自動門說到底還是門的概念，它是人們通過人的需要進行創造并不斷改善的結果，是當今社會科技發展至今不可或缺的一項技術，它事關每一個人或者團體的生命和財產安全，因而能否設計出安全可靠且合理的自動門顯得尤為重要。

本文的目的是：當人靠近門時，相應的傳感器能及時感應，同時給控制器一個信號，此時控制器通過作用驅動裝置，再將門打開，之后傳感器感應人是否通過，如果已經通過，則將門關閉。這樣的設計不僅在一定程度上保證了安全，同時又可以節約空調能源，防止外界噪聲進入室內，以及防止風沙塵暴進入室內，提高建筑的檔次的同時也帶來了方便。隨著科技不斷發展，人工智能，物聯網這些技術開始正不斷的影響和改變著人們的生活，以單片機為為中心的自動門控制系統正是這些技術的產物化。

本次設計應達到以下的要求：（1）當安裝在門上側的熱釋紅外線傳感器檢測到有人來或者離開的時候，把相應的信號發送給單片機，單片機做出判斷后，啟動電動機開門。（2）熱釋紅外線傳感器檢測到沒有人在離門3m的范圍內，將延遲3秒啟動電動機帶動傳動鏈關門。（3）當關門中途的時候來人，單片機做出判斷后，立即開門：當啟動電動機帶動傳動鏈關門時，感應探頭突然檢測到在離門3m的范圍內有人，則立即停止電動機關門，啟動電動機帶動傳動鏈開門。

一、硬件設計具體方案

本次設計將整體系統分為五個模塊，其中包括控制核心模塊：51單片機模塊，人體紅外傳感器檢測模塊，步進電機驅動模塊，步進電機模塊，開關門狀態顯示模塊。自動門控制系統是利用控制核心部分通過檢測傳感器輸入的信號進而控制電機通斷的系統，門的概念人盡皆知，它用以控制人的通過情況，所以對于它的要求也特別嚴格，不僅要求它平穩和快速以及沖擊力小最重要的是要安全可靠，防止出現夾傷等意外情況，那么從元件的選擇到系統的設計都必須從控制和安全的角度去分析，所以本次設計特意添加了顯示模塊和電機行程分塊設計。

（一）具體電路設計方案

二、軟件系統的設計

（一）總體設計方案

本次設計需要達到的功能是：人體紅外傳感器模塊一旦檢測到有人靠近，此時中斷T0觸發，程序進入外部中斷T0，執行完整地一次開門動作，其中基于安全考慮，本次設計將開門和關門動作分成兩個部分，前面半個部分采用快速開門和快速關門方式，當門走到一半以后，則采用減速的方式，這樣可以防止夾傷。當等待3秒后，程序跳出中斷服務程序，開始執行關門函數。若在關門過程中，又有人靠近，將會觸發中斷T0信號，中斷T0信號一旦出現，則關門程序被清除，再次執行中斷服務程序，并從關門的位置重新開啟，如此循環。

（二）軟件的具體設計

程序中主要用到的知識點有：單片機外部中斷、定時器、步進電機的驅動方式和角度計算、LED燈的點亮熄滅等。其中，外部中斷尤為重要，如果單純把人體紅外模塊的檢測信號通過普通IO口檢測，這將會產生有人接近自動門反應遲鈍或夾人的嚴重后果。另外，計算步進電機走過的距離也是一個要點，需要精確計算才能確保電機在一個完成的開門或關門動作中剛好走過360°。

（三）軟件設計中的優化問題

軟件是硬件的靈魂，沒有軟件的運行，整個系統將無法運轉，就像人的大腦沒有任何想法，也就不會做出任何動作，然而軟件設計的優化問題就是要找出一種適合于本系統的設計方法，本次設計其中之一的優化就是用單片機的中端口而不是其他的IO口去連接傳感器這樣增加了系統的靈敏性，使整個系統在有行人通過的時候可以立馬檢測到，并且做出開門動作。

三、總結

科技的發展，是為了人類帶來便利，尤其是智能化時代的到來，各種領域對智能化的要求也都越來越高，本次設計源于對周圍世界的觀察加上自身從事電子行業，該設計從硬件設計到軟件設計都力求達到最簡單，最實用，最方便的目的，同時成本較低，最重要的是可以給人們帶來很多方便：門在人通過以后自動關閉，能節約室內的空調資源，能減少外部灰塵進入室內，同時這樣的設計用于一些商場門口或是寫字樓將大大提高建筑物的檔次。

參考文獻

[1]李鐘慎.采用單片機控制的紅外自動門.[J].制造業自動化.2008（01）.

[2]劉志剛.丁朋林.郝長海.《自動門控制系統》.[J].電子測量技術.2005（6）.

[3]沈紅衛.《基于單片機的智能系統設計與實現》.[J].電子工業出版社.2005.

[4]宋學松.李冬明.崔長勝.《手把手教你學51單片機》.[J].C語言版.清華大學出版社.

（作者單位：湖南人文科技學院 信息學院）