朱利洋,吳夏來(lái),胡葉民

(麗水學(xué)院 工學(xué)院電子學(xué)系,浙江 麗水323000)

門控,又稱為出入管理控制系統(tǒng)。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)門控系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活。以單片機(jī)為核心的自動(dòng)門系統(tǒng)就是其中之一。采用單片機(jī)作為門控系統(tǒng)的核心，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)單片機(jī)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(shí)現(xiàn)門控系統(tǒng)功能升級(jí),為以后門控系統(tǒng)的發(fā)展提供更好的兼容。本文對(duì)以單片機(jī)為核心的門控系統(tǒng)作了具體設(shè)計(jì)和分析。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該門控系統(tǒng)主要由紅外感應(yīng)模塊、鍵盤模塊、STC89C52模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)模塊5大模塊構(gòu)成，如圖1所示。其中，紅外感應(yīng)模塊電路圖如圖2所示，STC89C52模塊電路如圖3所示，驅(qū)動(dòng)模塊電路采用四宏公司的SH-215B高性能細(xì)分驅(qū)動(dòng)器,電機(jī)采用四宏公司的四線步進(jìn)電機(jī)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 各模塊設(shè)計(jì)

2.1 紅外感應(yīng)模塊

圖2電路中,三端穩(wěn)壓器型號(hào)為 78L05；T1為熱釋電傳感器,型號(hào)為SD02；為了增加熱釋電傳感器的探測(cè)距離,可在傳感器前方加裝菲涅爾透鏡[1];運(yùn)算采用 LM324；在傳感器電路后級(jí)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(duì)靈敏度和可靠性的影響大,帶寬窄，則噪聲小，誤測(cè)率低；帶寬寬，則噪聲大，誤測(cè)率高，但對(duì)快、慢速移動(dòng)響應(yīng)好。第一級(jí)LM324運(yùn)放及其外圍器件構(gòu)成同相比例運(yùn)放，其放大倍數(shù)由R4與R3的比值確定；第二級(jí)LM324及其外圍電路構(gòu)成反相比例運(yùn)放電路，在第二級(jí)LM324組成的運(yùn)放電路中，其+端接入后級(jí)電路的反饋信號(hào)；第三級(jí)LM324及其外圍電路構(gòu)成比較器電路,同時(shí)該級(jí)輸出信號(hào)經(jīng)1N4148及相應(yīng)阻容元件反饋到前級(jí)放大器的同相輸入端；最后一級(jí)LM324輸出信號(hào)作為下級(jí)單片機(jī)模塊電路的觸發(fā)信號(hào)。

2.2 單片機(jī)模塊

圖3電路為單片機(jī)模塊，其中J3為上拉電阻，Power為電源接口，CON6為外接驅(qū)動(dòng)接口。單片機(jī)采用STC89C52型號(hào)。該模塊電路識(shí)別紅外感應(yīng)模塊電路所產(chǎn)生的信號(hào),經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序處理；輸出信號(hào)控制后級(jí)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作,從而使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)模塊電路同時(shí)外接鍵盤模塊電路。按鍵盤電路中相應(yīng)功能按鈕可以給門控系統(tǒng)設(shè)密，也可采取直接進(jìn)入模式[2]。

2.3 驅(qū)動(dòng)模塊

SH-215B高性能細(xì)分驅(qū)動(dòng)器采用美國(guó)高性能專用微步距電腦控制芯片，細(xì)分?jǐn)?shù)可根據(jù)用戶需求專門設(shè)計(jì)，開放式微電腦可根據(jù)用戶要求把控制功能設(shè)計(jì)到驅(qū)動(dòng)器中，組成最小控制系統(tǒng)。該控制器適合驅(qū)動(dòng)中小型的任何兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。由于其采用了新型的雙極性恒流斬波技術(shù)，使電機(jī)運(yùn)行精度高、振動(dòng)小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)。

單片機(jī)輸出4個(gè)信號(hào)供給驅(qū)動(dòng)器,分別是+5 V、CP脈沖、方向控制信號(hào) DIR、使能信號(hào)ENA。CP脈沖、DIR、ENA這3路信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部經(jīng)光電耦合到后級(jí)電路；同時(shí)，SH-215B驅(qū)動(dòng)器要24 V供電，如圖4所示。輸出4根信號(hào)線接入兩相步進(jìn)電機(jī)的兩相繞組4根引出線上。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具體使用方法如表1所示[3-4]。

表1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用方法

2.4 電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變得非常的簡(jiǎn)單，而方向由導(dǎo)電順序決定[5]。本設(shè)計(jì)中采用二相電機(jī),步距角為1.8°。

本文設(shè)計(jì)的門控管理系統(tǒng)使用方便、可靠性高、系統(tǒng)維護(hù)方便、適用范圍廣，并且價(jià)格低廉。系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，可移植性高，加入指紋與視頻模塊即可以成為可視對(duì)講指紋門控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在圖書館、商業(yè)活動(dòng)中心等領(lǐng)域有很好的推廣應(yīng)用。

[1]宋文緒.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2010.

[2]李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2011.

[3]孫惠芹.單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[4]楊剛.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

[5]樓然苗.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.