基于单片机的自动门控制系统设计.docx下载

weixin_39821051 2023-03-19 18:00:16
第一章 绪论 1.1课题研究的背景 社会的进步、科技的前进将人们的生活投入了一个急剧发展的数字化的21世纪。人们生活水平也随之逐渐升高,让人们对美好生活环境追求的欲望也愈来愈强烈,因而各类方便于生活的单片机自动控制系统开始进入了人们的生活。以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。因自动门之中使用的芯片和传感器技术的日渐先进,使它的实用性变的更好,功能也愈来愈多,从而让它的应用范围也越来越广泛。使用自动门会给人们带来人员出入方便、节约能源、减少噪音等好处,也令人们的建筑更加的现代化。 1.2国内外研究现状和发展趋势 自动门是上个世纪中期在建筑物上得到利用。在上个世纪二十年代之后,自动门开始造美国的超级市场上初次使用。当时使用的是油压式自动门,这是世界上第一跨自动门,根据它的使用原理,气动式自动门也开始得到发明。到1962年电气化的进步,电气式自动门得以发展,因它较于油压式和气动式维护更加方便,电气式自动门随着城市化的推进,使用它的用户也随之增加。但在上世纪六十年代电气设备的发展还处于低级阶段,电机转速难以控制,故此当时的电气式自动门的性能还是差强人意,能源利用率低下,维护的成本还是相对较高。在进入计算机时代之后,计算机技术的不断发展,电子控制技术开始成熟,直接控制电动机的电气式自动门得到急剧的发展,使其逐步成为自动门的主流。 在中国自动门现在随着城市化推进的浪潮在社会中得到广泛的应用,现在在每个城市都可以见到自动门的身影。但在国内因其研发起步较晚,自主研发的程度比较低,大部分的专利都在外国人的手中。在进入新世纪之后,国内的计算机发展进入快车道,追赶上国际上的先进水平。利用计算机技术的自动门技术在国内也在飞速发展。 基于单片机的自动门控制系统设计全文共19页,当前为第1页。自动平移门是现在最常见的自动门。工作的方式是将两个人体红外感应器安装在门内外两侧。当人走近自动门时,任意一个人体红外感应器感应到人体红外的存在,就控制步进电机打开门。当人通过门之后,再将门关闭。因为自动平移门可以在进入自动模式后能够完成自动控制,可以让建筑物层次得以提升又方便美观。因此迅速在国内外建筑市场得到广泛的普及。 基于单片机的自动门控制系统设计全文共19页,当前为第1页。 1.3课题研究意义和目的 21世纪是电子科技不断发展的时代, 各种智能控制系统逐渐的进入人们的生活之中。自动门控制系统因它能够出色的完成疏导人流,降低人员密度,防止再次发人员踩踏的惨剧,已成为商场、超市、旅店、写字楼等人流集中地的首选。 为了使自动门更好的为人们服务。为了 获得一种简单电路,功能完善,维护方便和性价高等优点的自动门系统,本文中,研究了一种平开式的自动门控制系统。 实现了自动识别人体红外识和防挤压等功能。该系统以STC89C52作为控制核心,以步进电机、红外传感器和光电开关结合的简易单片机系统,充分发挥核心控制系统的性能。具有一定的使用和参考价值。 1.4课题主要研究内容 阅读单片机以及自动控制相关知识。通过去图书馆下载往年有关的论文进行参考,查阅资料,浏览图书馆相关文献,使用网络参考网络上的论文。在此基础上利用单片机实现自动门控制系统的设计。本次设计总体结构大致分为电源模块、动力模块、报警模块、人体感应模块、门行程检测模块、障碍物检测模块共六大模块组成,通过Keil软件编写设计所需要的程序并对程序进行检查分析,Altium designer进行原理图设计和PCB板的布线,最后使用Proteus软件进行仿真。本控制系统基本框图如图1.1所示 图1.1红外检测框图 基于单片机的自动门控制系统设计全文共19页,当前为第2页。 基于单片机的自动门控制系统设计全文共19页,当前为第2页。 第二章 系统硬件设计 为了满足生活中日益增长的自动门需求,本设计是完成一种基于89C52单片机的自动门控制系统,该系统包括报警电路,HC-SR501人体感应模块,复位电路,动力模块,控制方式切电路换等。当有人经过人体感应模块时,人体感应模块会感应到人体的温度,之后会将红外线信号转化为电压信号,从而该系统会自动打开门,让行人通过。当人通过后,人体感应模块感应不到人体的温度,之后输出低电压信号,从而该系统会自动打关门。该系统操作简单,可靠性强,灵敏度高,检测范围广,便于安装,非常适代替原始的手动门,从而达到出入方便的目的。 2.1硬件整体设计思路 根据需要实现的功能选取基本硬件: 主控芯片:STC89C52; 人体感应模块:HC-SR501; 报警模块:蜂鸣器: 动力模块:步进电机; 障碍检测模块:E18-D50NK; 门行程检测模块:ITR-9608光电开关 系统整体硬件框图如图2.1所示 图2.1系统硬件框图 基于单片机的自动门控制系统设计全文共19页,当前为第3页。 基于单片机的自动门控制系 , 相关下载链接:https://download.csdn.net/download/qq_43934844/87507197?utm_source=bbsseo
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基于单片机的智能家居系统设计 摘要:目前,智能家居产品存在安全性不足、功耗较高、价格昂贵等缺点,为了克服这些不足,本文设计了基于单片机的智能家居系统。该系统采用基于ATMEGA328芯片的Arduino nano开发板实现智能门锁功能,采用ESP32芯片实现智能窗帘和智能开关的功能。系统基于Arduino IDE开发平台完成程序设计,采用WiFi作为系统设备通信方式用于连接手机端与系统,利用Blinker平台作为媒介完成APP对系统的控制,以实现对住宅的智能控制。 关键词:单片机;智能家居;设计 1 硬件设计 1.1 系统方框图 图1为智能家居的系统结构。系统主控以ATMEGA328为核心,主要实现智能门锁功能,网络通信由ESP32芯片提供,主要实现智能窗帘和智能开关功能。通过主控芯片对窗帘、门锁和照明设备进行控制,利用手机连接WiFi控制设备的开关。 1.2 硬件设计 硬件设计分为智能门锁、智能窗帘和智能开关3个功能模块,分别使用了AS608指纹识别模块、一路继电器控制门锁模块、4*4键盘模块、步进电机模块、GY30光照传感器模块、DHT11温湿度模块、四路继电器控制设备模块和LCD1602显示模块。 基于单片机的智能家居系统设计全文共5页,当前为第1页。在智能门锁功能部分中,将Arduino nano开发板与AS608指纹识别模块相连,可实现指纹添加、删除和识别等功能。指纹模块再配合一路继电器工作,识别指纹通过则开锁,不通过则显示警报。4*4键盘模块用于输入门锁密码,LCD1602显示模块用于配合键盘模块工作显示门锁状态。在智能窗帘功能部分中,步进电机模块在系统中起到模拟窗帘的作用,用步进电机正反转模拟窗帘开关。GY30光照传感器模块和DHT11温湿度模块用于检测外界光照强度和温湿度,并实时在显示器和APP界面显示当前的光照强度和温湿度,并配合步进电机模块模拟窗帘自动开关。LCD1602显示模块与温湿度模块、光照传感器模块和步进电机配合,可实时显示温度、光照强度和窗帘开关的状态。在智能开关功能部分,只需用四路继电器模块分别控制客厅灯、卧室灯、热水器和插座设备。在自动模式下,会根据设定的光照强度进行自动开关,与智能窗帘相互配合实现智能家居的智能开关功能。 基于单片机的智能家居系统设计全文共5页,当前为第1页。 图1 系统结构 2 软件设计 2.1 智能门锁程序 智能门锁具有按键开门、密码开门、指纹识别开门、手机WiFi开门、修改用户管理员密码、添加指纹以及删除指纹多个功能。开门密码和管理员密码初始化为1234,指纹开门需要主动添加指纹,在使用按键输入时可按下*键随时取消当前操作。系统通电后会自动进入主界面,等待输入密码,用户输入4位开门密码后,如果密码正确则开锁,如果密码错误则显示错误次数,错误次数达到5次需要等待1分钟后才可以继续输入。开门后错误次数会自动清零,输入密码过程中可随时按下*键取消操作,此次输入密码不计入错误次数。 基于单片机的智能家居系统设计全文共5页,当前为第2页。在主界面时,先按#键再输入管理员密码后会进入管理员菜单模式。管理员菜单分为5个选项,通过按键输入选择不同的选项。1选项为修改用户密码,进入后输入两次所要修改的用户密码则修改成功;2选项为修改管理员密码,进入后输入两次所要修改的管理员密码则修改成功;3选项为添加指纹,进入后输入所要添加的指纹编号,就会显示等待识别手指,两次识别手指后则添加成功;4选项为删除指定指纹,进入后输入所要删除的指纹编号,则会自动删除所选指纹;5选项为删除所有指纹,进入后需要在3秒内按下开门按键进行确认,确认后则会自动删除所选指纹,没按下确认会取消此操作。用户将手指放在传感器后系统会自动识别指纹,将采集的指纹与已添加的指纹进行对比,符合则开门,不符合则显示警告。智能门锁的程序流程如图2所示。 基于单片机的智能家居系统设计全文共5页,当前为第2页。 图2 智能门锁的程序流程 2.2 智能窗帘程序 基于单片机的智能家居系统设计全文共5页,当前为第3页。智能窗帘拥有手动按键开关、手机WiFi开关和自动感光开关功能。智能窗帘模块还可以检测光照强度和温湿度,并实时在显示器和手机界面显示。手动按键开关控制窗帘时,会实时改变手机界面里窗帘的开关状态,手机WiFi控制开关和手动按键可以相互配合控制,窗帘开关状态也会在显示器里显示。在手机端打开自动感光开关功能后,可以根据设定的光照强度进行自动开关,当高于设定光照强度时会自动关闭窗帘,低于设定光照强度时则会打开窗帘。感光模块还可以配合智能开关模块自动开关灯。图3为智能窗帘的程序流程。 基于单片机的智能家居系统设计全文共5页,当前为第3页。 图3 智能窗帘的程序流程 2.3 智能开关程序 智能开关模块分为4个开关,分别为客厅灯、卧室灯、热水器以及
华北理工大学轻工学院 Qing Gong College North China University of Science and Technology EDA辅助设计结课报告 项目名称:基于单片机的门铃设计 专业班级: 学号: 姓名: 成绩: 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第1页。 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第1页。 项目说明 本项目设计的是一个电子门铃,门铃在生活中应用广泛,因为其造价低廉,深受大众喜爱。 本设计是利用单片机芯片控制频率,经过三极管放大给扬声器发出声音,通过按下S2键,使门铃发声,发出10个连续的嘟嘟声。S3的作用是开关门铃,门铃通电的初始状态为开启状态,当S3键按下的时候,门铃系统关闭,在关闭状态下,按动S2按钮,门铃不会发出呼叫声。再按动S3按键,门铃系统开启,此时如果按下S2键,门铃会再次发出嘟嘟声以示呼叫。 项目原理图 原理图 图1 项目原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第2页。 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第2页。 各部分说明 (1)电源部分 电源采用的是DC-002,没有采用传统的供电,程序下载,串口通信三合一模块。DC-002的作用仅仅是给电路板供电,相较传统的供电系统,降低了电路本的成本。电路原理图如下: 图2 电源部分原理图 (2)STC89C52芯片 STC89C52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含具有如下特点:40个引脚(引脚图如图3-1所示),4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDTC)电路,片内时钟振荡器[3]。此外,STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第3页。图3 STC89C52芯片原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第3页。 单片机复位部分 1)复位功能:单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始。 2)复位原理:单片机复位时只要保持RST引脚接2us的高电平即可。在单片机启动0.1S后,电容C两端的电压持续充电为5V,这是时候10K电阻两端的电压接近于0V,RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候,开关导通,这个时候电容两端形成了一个回路,电容被短路,所以在按键按下的这个过程中,电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移,电容的电压在0.1S内,从5V释放到变为了1.5V,甚至更小。根据串联电路电压为各处之和,这个时候10K电阻两端的电压为3.5V,甚至更大,所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。 图4 复位电路原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第4页。 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第4页。 单片机晶振部分 外接晶振引脚XTAL1和TXAL2接外部晶 和微调电容的一端。振荡电路的频率就是晶体的固有频率。晶振电路结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。晶振提高频率越高,单片机运行速度越快。单片机一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率上。 图5 晶振电路原理图 蜂鸣器部分 我选用的是有源蜂鸣器,直接接上额定电源就可以连续发声,由于蜂鸣器的工作电流一般比较大,以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的,所以要利用放大电路来驱动,我采用的是三极管来放大电流。 图6 蜂鸣器电路原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第5页。 基于单片机的门铃设计全文共14页,当前为第5页。 按键部分 1)键盘设计:键盘在单片机应用系统中是一个关键的部件,它能实现向计算机输入数据,传送命令等功能,是人工干预计算机的主要手段。 我选用的是贴片按键,只使用了两个按键,S2用来执行程序,使蜂鸣器发出嘟嘟呼叫声,S3用来开启关闭门铃系统,键盘系统设计简单,既降低了造价成本,又能满足系统所需要求。以下为按键电路原理图: 图7 按键电路原理图 去抖动 键盘编程中主要考虑去抖动的问题。当测试表明有键被按下之后,紧接着就进行去抖动处理。因为键是机械开关结构,由于机械触点的弹性及电压突跳等原因,在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保

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