基于單片機的紅外遙控自動開門系統

胡斌 陳玉青 陳鋒

摘? 要：針對大學宿舍門沒有外置門把的情況，當有同學忘帶鑰匙敲門必須走到門口開門，十分不便，文章設計了一種紅外遠程遙控自動開門系統。該系統以STC89C52單片機作為主控制器，主要運用紅外遙控模塊實現遠程開、關門的功能，當接收到遙控端發出的開關門指令信號波，單片機輸出對應的電脈沖信號控制步進電機正反轉實現開、關門，同時LCD液晶進行實時狀態顯示。正常模式下，可實現門外人的進門請求，勿擾模式下門鈴無法響應。

關鍵詞：單片機;紅外遙控;自動門;步進電機

中圖分類號：TP368.12 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）22-0041-03

Abstract： University dormitory doorsusually have no external door handles， which might make it very inconvenient for some students to open the door for roommates who forget the keys. Thus， this paper designed an infrared remote control automatic door system. The system uses STC89C52 SCM（Single Chip Microcomputer） as the main controller， and mainly uses the infrared remote control module to realize the functions of remote opening and closing. When receiving the opening and closing instruction signal wave sent by the remote control terminal， the microcontroller outputs the corresponding electrical impulse signal to control the stepper motor to turn forward and backward to realize opening and closing. Meanwhile， the LCD displays the real-time status. Under normal mode， the doorbell can not respond to the door request.

Keywords： SCM （Single Chip Microcomputer）; infrared remote control; automatic door; stepper motor

引言

隨著科學技術的不斷創新與進步，越來越多的科技創新產品應用于日常生活當中。而對于自動門這一設計，最常見的是位于大型商場、酒店等公共場所的平移式和旋轉式自動門[1-2]。而隨著科技的發展，目前也出現了具有自動報警、人臉識別和指紋解鎖功能的自動門，由于價格較高，性能還有待提高并沒有大規模的應用，所以自動門更多還是用于大型公共場所和高端場所，沒有廣泛運用于普通家庭中去[3]。而目前大學宿舍門主要存在的問題是沒有外置門把，當有人敲門或忘帶鑰匙時需要門內的人走到門口開門，并且大部分宿舍是上床下桌的設計，給室內開門的人帶來許多麻煩，基于此，本系統設計了一種應用于大學宿舍的，以單片機STC89C52作為主控制器，通過紅外遙控發射和接收實現遠程開、關門功能的自動門系統[4]，結構簡單，造價較低，很好地解決了大學宿舍開門十分麻煩的問題。

1 系統總體方案設計

系統以STC89C52單片機作為核心控制器，用戶可通過紅外遙控按鍵發出相應指令的紅外信號，位于門內的一體化紅外接收頭接收并經解碼后送入單片機，單片機發出相應脈沖信號控制步進電機轉動來實現遠程自動開門的功能。同時設有按鍵門鈴模塊，當門外有人想要進門可以按下按鍵發出請求，同時門鈴響起，門內的人可以自主判斷是否同意進入并通過紅外遙控控制。在勿擾模式下，門鈴無法響應。系統主要組成框圖如圖1所示。

2 系統模塊設計

2.1 單片機控制模塊

單片機控制模塊采用單片機最小系統，以STC89C52為核心控制器，可直接在線編譯或通過通信串口進行編譯。選用12MHz頻率的內部時鐘電路和按鍵復位方式。單片機最小系統模塊電路圖如圖2所示。

2.2 紅外遙控模塊

2.2.1 硬件電路設計

紅外遙控模塊由紅外發射部分和紅外接收部分組成。發射部分采用一體化的紅外遙控器，直接通過遙控按鍵發出紅外信號。接收部分采用HX1838接收頭，其內部包含紅外接收二極管和高增益放大電路、濾波器、解調器，能實現對脈沖信號的接收、放大、濾波、解碼[5]。它具有低功耗、高靈敏度的特性，最大紅外遙控距離可達到15m，接收紅外載波頻率為38KHz。在與單片機的連接電路中，只需將紅外接收頭電源端通電接地端接地，輸出端與單片機的外部中斷P3.2口相連，下降沿觸發外部0解碼，由外部中斷0控制步進電機的動作[6]。紅外遙控模塊硬件電路如圖3所示。

2.2.2 程序設計

在紅外遙控模塊子程序中，通過下降沿觸發外部中斷0開始執行。由于紅外發射的信號碼由引導碼和用戶碼組成，在觸發中斷后，單片機首先通過是否接收到了引導碼來判斷是否接收到紅外信號。在接收完引導碼后，開始接收真正的用戶碼。用戶碼包含32位的地址碼、地址反碼、數據碼、數據反碼，其中反碼的設計有效提高了紅外通信的準確率。由于采取的編碼方式遵循NEC協議，用戶碼中二進制數字“0”和“1”的區別在于間隔時長[7]。在等待0.565ms脈寬過去，通過間隔的高電平時長來識別接收到的用戶碼，之后存入單片機的數據存儲器中，定時器清零。

2.3 LCD液晶顯示模塊

2.3.1 硬件電路設計

系統選用LCD1602對開門關門以及勿擾模式進行狀態顯示。在硬件電路設計中將數據通信引腳D0-D7分別與單片機P0口相連，3個主要控制引腳分別與P2.5、P2.6、P2.7相連。LCD液晶顯示模塊電路圖如圖4所示。

2.3.2 程序設計

在單片機接收并處理了紅外遙控模塊的指令信息并驅動步進電機動作的同時，LCD1602液晶顯示模塊進行狀態的顯示。LCD液晶顯示模塊首先進行顯示屏的初始化操作，初始化時要清屏并進行光標的復位，然后檢測此時LCD是否處于在忙的狀態，如果不處于忙的狀態則通過發送地址碼，相應地址位置光標閃爍并顯示所設定的狀態內容。

2.4 步進電機控制模塊

2.4.1 硬件電路設計

為了實現自動開門和關門的效果，通過步進電機正反轉驅動門上對應機械裝置來代替人手的動作。系統選用28BYJ48步進電機作為執行元件[8]，選用ULN2003作為驅動芯片實現對單片機輸出電流的放大。由于選用的是步進電機是四相驅動的，只需用到其中的4個輸入端口和4個輸出端口。具體連接電路圖如圖5所示。

2.4.2 程序設計

步進電機的運轉是由脈沖信號控制的，每發出一個電脈沖信號，步進電機就轉動一定角度。由于選用的是28BYJ48步進電機，它工作于八拍相序下，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，步距角較小，可實現的轉動精度較高，更加精準地定位于自動門開關角度。在程序設計中，按照此步進電機的正反轉相序，當發出開門指令時調用正轉相序，關門指令即調用反轉相序。

2.5 按鍵門鈴模塊

通過按鍵門鈴模塊實現門外人的進門請求，正常模式下，當有人按下按鍵發出進門請求，門鈴響應，選用有源蜂鳴器實現門鈴響應這一功能。按鍵門鈴模塊主要由按鍵、蜂鳴器、9012三極管和外接電阻組成，按鍵和蜂鳴器的響應通過所連接端口的高低電平來實現，這里預設為低電平有效，按鍵接在單片機P2.0口，蜂鳴器與P2.1口相連。具體硬件電路圖如圖6所示。

3 系統軟件設計

軟件部分采取模塊化程序設計的方式，由主程序依次調用紅外遙控子程序、LCD液晶子程序、按鍵門鈴子程序、步進電機驅動子程序。而根據總體方案設計，系統的主要程序流程為：首先進行系統的初始化，對紅外中斷、LCD顯示初始化，然后進入按鍵門鈴模塊進行按鍵的掃描及蜂鳴器的響應，在勿擾模式下即使按鍵按下蜂鳴器也不響應，正常模式下用戶自主判斷是否同意，并按下遙控按鍵發出相應紅外信號，紅外信號到達紅外接收模塊觸發外部中斷，進入中斷服務子程序進行紅外信號的解碼與存儲，單片機輸出相應控制信號脈沖對步進電機正反轉作出指示，并進入LCD液晶顯示模塊顯示。系統主程序如圖7所示。

4 結束語

本文是基于STC89C52單片機為控制核心的紅外遠程自動開門系統，系統設計分模塊進行。其中核心模塊就是紅外遠程遙控模塊，采用紅外一體化接收頭和遙控器作為主要元件實現紅外遙控的通信功能，提高了整個系統的穩定性，可用于實現大學宿舍的紅外遠程自動開、關門功能，具有很好的實用性和推廣價值。在當今手機用量劇增的時代，手機的功能已經滲透到了生活的各大領域，本系統也可以加上手機APP控制模塊，實現不受距離限制的遠程自動開、關門，并且更好的解決了忘帶鑰匙的問題。

參考文獻：

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