基于單片機的門控系統(tǒng)硬件設(shè)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(tǒng)。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，各種方便于生活的自動門控系統(tǒng)開始進入了人們的生活。以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。采用單片機作為門控系統(tǒng)的核心，其優(yōu)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(xiàn)門控系統(tǒng)功能升級,為以后門控系統(tǒng)的發(fā)展提供更好的兼容。本文對以單片機為核心的門控系統(tǒng)作了具體設(shè)計和分析。

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)動模塊和電機模塊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)動模塊電路采用四宏公司的SH-215B高性能細分驅(qū)動器,電機采用四宏公司的四線步進電機。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 各模塊設(shè)計

2.1 紅外感應(yīng)模塊

圖2電路中,三端穩(wěn)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(yīng)好。第一級LM324運放及其外圍器件構(gòu)成同相比例運放，其放大倍數(shù)由R4與R3的比值確定；第二級LM324及其外圍電路構(gòu)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(gòu)成比較器電路,同時該級輸出信號經(jīng)1N4148及相應(yīng)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(fā)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(qū)動接口。單片機采用STC89C52型號。該模塊電路識別紅外感應(yīng)模塊電路所產(chǎn)生的信號,經(jīng)過內(nèi)部程序處理；輸出信號控制后級步進電機驅(qū)動電路工作,從而使電機運轉(zhuǎn)。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(yīng)功能按鈕可以給門控系統(tǒng)設(shè)密，也可采取直接進入模式[2]。

2.3 驅(qū)動模塊

SH-215B高性能細分驅(qū)動器采用美國高性能專用微步距電腦控制芯片，細分數(shù)可根據(jù)用戶需求專門設(shè)計，開放式微電腦可根據(jù)用戶要求把控制功能設(shè)計到驅(qū)動器中，組成最小控制系統(tǒng)。該控制器適合驅(qū)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(shù)，使電機運行精度高、振動小、噪聲低、運行平穩(wěn)。

單片機輸出4個信號供給驅(qū)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(qū)動器內(nèi)部經(jīng)光電耦合到后級電路；同時，SH-215B驅(qū)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(qū)動器具體使用方法如表1所示[3-4]。

表1 步進電機驅(qū)動器使用方法

2.4 電機

步進電機是將電脈沖信號轉(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，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，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(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)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(lǐng)域用步進電機來控制變得非常的簡單，而方向由導(dǎo)電順序決定[5]。本設(shè)計中采用二相電機,步距角為1.8°。

本文設(shè)計的門控管理系統(tǒng)使用方便、可靠性高、系統(tǒng)維護方便、適用范圍廣，并且價格低廉。系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)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(tǒng)。該系統(tǒng)在圖書館、商業(yè)活動中心等領(lǐng)域有很好的推廣應(yīng)用。

[1]宋文緒.傳感器與檢測技術(shù)[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(shù)[M].北京：高等教育出版社,2011.

[3]孫惠芹.單片機項目設(shè)計教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

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

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