一種可控室內燈光的自動門系統設計研究

李文萱 趙新華

摘 要：本文設計了一種帶室內燈光控制系統的自動門，為生活提供便利。該系統依據光電二極管感測的紅外光束的原理工作，它由兩個發射紅外線二極管和兩個接收光電二極管組成。一套是用于有人進來，另一套是用于有人走出房間。門是自動打開的，但在沒有電源的情況下試圖強行打開門會損壞設備的機械控制系統。

關鍵詞：滑動門；自動化；控制系統；室內燈；電子電路設計

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0047-03

Design and Research of Automatic Door System for Controlled Indoor Lighting

LI Wenxuan，ZHAO Xinhua

（Chuzhou Vocational and Technical College，Chuzhou 239000，China）

Abstract：An automatic door with an indoor lighting control system is designed to provide convenience for life. The system works in accordance with the principle of an infrared beam that is measured by a photodiode. It consists of two emitting infrared diodes and two receiving photodiodes. One is for someone to come in and the other for someone to go out of the room. The door is automatically opened，but the attempt to open the door when there is no power supply will damage the mechanical control system of the device.

Keywords：sliding door；automation；control system；indoor lamp；electronic circuit design

0 前言

本文研究內容包括自動門控制系統模擬電路和數字電路。光學感應臺是位于自動門底部的紅外收發器，在門的相對側設有投影的紅外線接收器。任何人進入自動門后，投射的光束都會被阻斷。一旦光線被阻斷，紅外接收器即產生觸發兩個單穩態多諧振蕩器的輸出。單穩態（A）的時間常數為20s，單穩態（B）的時間常數為10s。兩個單穩態的輸出都進入一個異或門的輸入，只允許一個繼電器處于活動狀態。因此，在不同的方向上啟用電機定時，在不同的時間向電機提供相反的極性電壓，以通過機械偏心軸承系統打開和關閉門。

該系統具有安全性和豪華性，因為如果門的打開和關閉以及房間燈光的切換都是自動完成的，顯得更加舒適和簡單。該系統可以在學校、酒店、銀行、商場，以及各種建筑物的建設中實施。

1 系統分析與組成

1.1 工作原理

該系統按照光電二極管感測的紅外光束的原理工作。它由兩個發射紅外線二極管和兩個接收光電二極管組成。一套用于有人進來，另一套用于有人走出房間。光電二極管連接到比較器，當光束被人為阻斷時輸出低電平，光線正常發射時輸出高電平。比較器的低輸出用于觸發單穩態多諧振蕩器，該振蕩器可以連接到觸發器、與門、或門、加減計數器和顯示器。

如果加減計數器的輸出不等于零，則在最后一個人離開房間時加減計數器的輸出回到零，燈將亮起。比較器的輸出也同時觸發兩個定時器，但兩者有不同的時間常數。第一個定時器的時間常數為5s，而第二個定時器的時間常數為10s。當定時器通過阻斷光束被觸發時，第一個定時器驅動晶體管控制開關打開自動門。此時，自動門在5秒內打開。定時器只有在輸入不是相同的邏輯時才給出一個輸出至一個異或門。當定時器被觸發時，輸入到異或門的輸入是相同的邏輯，但是在第一個5秒之后，第一個定時器的輸出是低的，并且第二個的輸出仍然是高的，因為它具有10秒的時間常量，所以異或門切換另一個繼電器去關閉自動門5秒鐘。通過反轉電機電源的極性來關閉自動門。因此可以使用相同的傳感器自動打開和關閉燈光、打開和關閉自動門。

電源部分使用12V DC，電源是線性電源類型，包含降壓變壓器，濾波電容器和電壓調節器等。

對于電路，我們需要一個7812電壓調節器，如圖1所示，它提供+12V所需的輸出。電壓調節器調節高于其所需的輸出電壓，如果電壓低于該電壓，則其所需的輸出電壓將在沒有被調節的情況下傳遞出去。例如，對于7812，如果未調節的輸入電壓大于12V，則它將被調節到12V，但如果它小于12V，例如9V，將輸出未調節的9V。

1.2 設計分析

如果7812的未調節輸入大于所需輸出的4倍，即12+4=16，則電壓調節器IC開始變熱并且將被損壞。因此，我們需要7812的輸入約為16V。

由于二極管下降0.6V，并且我們有4個整流二極管形成全波橋，因此電壓降將為0.6×4=2.4V。

對于峰值電壓16+2.4=18.4V。

對于有效電壓=。

因此，采用了優選值為15V的變壓器，即220V/15V變壓器。假設紋波電壓為15%：

然而，采用3300μF的優選值。

為了減少剩余的紋波，使用了補償電容器C2，并采用了4065μF的電容。

2 傳感器控制

每當傳感器檢測到有人進入房間時，單穩態階段就會產生一次時鐘脈沖。單穩態電路由比較器的輸出端觸發，該比較器檢測光束的中斷并將其時鐘發送到計數器的輸入端。下面的圖2顯示了單穩態電路。

由于計算單穩態時間的公式是T=1.1RC，單穩態的持續時間是10秒（以便快速觸發計數器）。假設C=100μF，則T=10秒。

對于R使用100KΩ的優選值。為了去激活第二個傳感器，10秒單穩態作為或門的輸入以及傳感器的輸出，當單穩態時不管傳感器的輸出如何，或門的輸出總是很高，因為單穩態輸出的輸出是高的，那么第二個傳感器在10秒鐘內不動作，允許有人通過而不影響加減計數器的計數，圖3顯示了電路圖。

3 系統測試

系統的物理實現非常重要。測試和實施過程涉及使用的一些設備，如數字萬用表、信號發生器和示波器。數字萬用表主要測量電壓、電阻、連續性、電流、頻率、溫度和晶體管hFE（三極管的電流放大倍數）。在電路板上實現設計的過程需要測量參數，如電壓、連續性、元件的電阻值以及某些情況下的頻率測量。數字萬用表用于檢查系統各個階段的各種壓降，最重要的是紅外接收器階段，以幫助檢查比較器電路中的參考電壓。此外，數字萬用表用于故障排除的焊接和耦合。示波器用于監測振蕩器的行為，還用于檢查每個級的輸入和輸出電壓的準確度。在某些情況下，在輸入設計系統部分產生真實信號之前，應使用信號發生器來測試信號流。測試過程還使用示波器檢查振蕩器產生的結果，如圖4所示。發射器以555定時器輸出電壓的波形脈沖并發出紅外（LED）信號，這導致從低狀態轉換到高狀態。

4 結 論

本設計系統的功能運行取決于通過門進入的人的存在以及人體離門的距離。此外，本系統的操作取決于電路板焊接質量以及電路板上元件的位置。所有組件都焊接在一個電路板上，使故障排除更容易。本文所闡述的帶室內燈光控制的自動門系統設計涉及模擬和數字電子學的研究，在定時器和邏輯控制電路上進行了大量的工作，還有有關于繼電器和光電器件（如光電二極管，光電池等）的研究。希望在后續自動門功能研發上能夠起到一定參考作用。

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