家用车库门电气控制系统的设计

word家用车库门电气控制系统的设计 黄美琪理工学院物电学院电子信息科学与技术专业2012级723000指导教师：宋卫星摘要家用车库门主要分为遥控车库门、感应车库门、电动车库门、手动车库门几种，其中遥控、感应、电动车库门都可统称为自动车库门。车库门自动升降装置，其特征在于有设置车库与车库外的主控制器。本文基于AT89C51单片机设计了一款家用车库卷帘门控制器，采用单片机控制直流管状电动机，达到开、关车库卷帘门与暂停的效果，实现了车库门的便捷安全的管理。关键词家用车库门控制器C51单片机直流电动机Household garage door design of electronicl control systerm Author:Huang MeiqiGrade12,Class03,MajorElectronic information science and technology，Institute of physical electrical Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，ShaanxiTutor: Song WeixingAbstract :Household garage door is mainly divided into remote control garage doors, induction of garage doors, garage door several manually, including remote control, induction, manual can be referred to as automatic garage door.And garage door automatic lifting device, its characteristic is to have set the garage with main controller outside the garage.Garage door controller is mainly introduced in this paper, based on AT89C51 is designed as a household garage doors controller, based on the single chip microputer control dc tubular motor, garage doors open and close and the effect of the suspension, garage door convenient safe management is realized.Key words : Household garage door Controller C51 microcontrollers DC motor目录引言11 车库门控制器设计要求与意义11.1 车库门设计意义11.2 设计要求21.3 总体设计方案22 车库门电气控制系统的平面图23 车库门状态信号采集34 车库门执行装置的选用34.1 选择电动机34.2 直流电动机34.2.1直流电动机的工作原理34.2.2 直流电动机的机械特性44.3 直流电动机控制系统45 车库卷帘门控制系统软硬件设计55.1 车库门控制软件设计55.2 车库门控制硬件设计65.2.1 单片机的选择65.2.2 C51单片机介绍65.3 各局部电路介绍85.3.1 时钟电路85.3.2 复位电路85.3.3 电机驱动电路95.3.4 限位开关电路95.3.5 按钮开关电路105.4 整体电路图106 车门控制器模拟仿真116.1 proteus软件介绍116.2 车库门软件调试127 安装调试138 实物展示139 完毕语14致谢14参考文献15附录16附录1 车库控制器电路与其原理图16附录2 车库控制器仿真图17附录3 程序18附录4 元器件清单2019 / 22引言 随着人们经济收入的增高，随之而来的生活水平的提高，人们为了方便出行，便会购置一辆适合自己出行的代步工具，汽车更是很多人都首选。在汽车快速增长的同时，“停车难出现，且问题越来越严重。停车泊位的现状与开展速度远远跟不上客观开展的需求。在中国，开展快速的各个城市，停车难问题随着城市经济的快速开展和汽车数量的激增接踵而至。最新资料显示，全国36个大中城市的停车位的满足率不足20%。国车辆数激增，而其中私家车就占了将近70%的比例。因此要解决停车难的问题，家用车库是一个很好地选择，对应的车库门问题也就应运而生，使得对于好的车库门的需求也在直线上升。家用车库门主要有电动、手动、遥控、感应几种，其中感应、遥控、电动都可称为自动车库门。自动车库门与手动车库门最主要的区别是，自动车库门的系统中有电动机，而手动类车库门仅仅使用手动4。早期的自动化控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：价格低廉、结构简单、抗干扰的能力强，可以实现集中的控制和远距离的控制。但是，如果使用远距离的接线，通用性和灵活性差；如果采用触电的开关工作，触点易损坏、工作频率低、本钱高、可靠性差，由于长期的使用，再加上元器件的不断老化，控制的精度自然也就会达不到刚开始的标准。单片机出现后，我们将控制这些电路系统变成智能化系统。我们只需要在单片机的外围接一简单的接口电路，核心局部只是由人为控制，写入程序来完成9。这样做下来，产品的体积变小，本钱也降低了，即使长期使用，也不用担心精度达不到要求。据资料统计，我们国家的单片机年容量已达13 亿片，且每年以大约16%的速度增长。相对于世界市场，我国的单片机占有率还不到1%。本设计主要阐述了对车库卷帘门的控制系统的具体说明，在控制系统的设计中运用了单片机对电动机控制、红外传感等多种控制方法，实现了自动门的各种功能。针对家用型车库自动卷帘门的自动开关控制而论，这个车库自动门控制系统主要由51单片机、传感器、电动机构成。在这次设计中，对于主控制器我采用了AT89C51单片机，来控制车库卷帘门上升或者下降。按下up按钮，单片机系统接收到上升的信号，控制电机开始正转，到达上限位位置，传感器监测到卷帘门上升至顶部，输出信号给单片机，单片机传达库门需要停止的信号，电动机停止转动；车库自动卷帘门假如要下降，按下按钮down按钮，单片机系统接收到下降的信号，控制电机反转，传感器监测到卷帘门到达上限位的位置，传达信号给单片机，电机停止转动；卷帘门上升或者下降的过程中，如需立即停止，按下stop按钮，单片机发出信号控制电机立即制动，卷帘门停止。1 车库门控制器设计要求与意义1.1 车库门设计意义现在，大局部新型小区都有车库 ,而大局部的车库根本都配有车库防盗门。在我国，车库门是于上个世纪的七十年代末出现的，当时的生产水平和技术水平有限，车库门主要是木板做成的，开启方式也主要是平开和上翻门为主。上翻门两侧挂有较重的铁质配件，而且只能手动，给人留下比拟笨重的印象。在那个年代，上翻的平板车库门属较好的车库门，它给人的一个比拟好的印象是这种门不占地面空间，总比平开的好了很多。八十年代初，中西方文化交流渐渐多了起来，在当时的工业产品展览会上，就有瑞典生产的车库门，而且是上滑道车库门。那时，有超前意识的某些企业开始研制车库门。在科学技术不断开展的同时，车库门也在不断地更新换代，人们对于好的车库门的需求也在不断增加。国外先进的车库门不断地占领中国市场，单片机对电动机控制和红外传感、霍尔传感器等多种控制方法，实现了自动门的各种功能，并且有利于自动车库门的国产化，大大降低了生产的本钱。由于技术方面的原因，家用车库防盗门的技术含量低，根本上仍在使用机械的防盗锁，使用起来并不方便。因此 ,研制具有安全可靠、使用方便的车库门逻辑控制系统是很有必要的。1.2 设计要求1本设计要求设计并制作一个基于单片机的车库门控制电路，所有的控制按钮均为按钮式开关；当按下上升的按钮时卷帘电机正转，卷帘门升起，到达最高位置处电机停转，卷帘门停止上升；当按下下降按钮时卷帘电机反转，卷闸门下降，到达最低位置时电机停转，卷闸门下降停止。无论卷闸门在哪种状态，只要按下停止按钮，卷闸门都将处于静止状态。2选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择，并画出总体电路原理图，阐述根本原理。3安装调试，最终完成一份设计报告、原理图、所用元器件清单、电路实体套。1.3 总体设计方案本设计是基于51单片机对于信号的高敏感度和可控制性，利用基于AT89C51单片机来控制直流管状电动机转动的控制系统。本系统由单片机与其他外围所需电路，信号检测、驱动电路、系统软件等局部构成，系统总体结构图如图1.1所示。图1.1 系统总体框图 本设计的设计过程由信号采集、信号分析、信号处理三个局部组成。1） 信号采集由按钮开关完成；2） 信号分析由51单片机置的A/D与单片机完成；3） 信号执行由驱动电路和电动机来完成。2 车库门电气控制系统的平面图车到达车库卷帘门前，手动按下up按钮，电机间接接收到来自51单片机的控制信号，电动机正转，车库卷帘门随之打开(上升)，卷帘门顺利到达上限位并碰上限位轻触开关，电动机停止正转；停车完毕之后，按down按钮，电机间接收到来自51单片机的控制信号，电动机反转，卷帘门顺利打开(下降)至下限位开关，碰到下限位轻触开关后，电机停止反转。假如中间出任何问题，可按暂停stop键暂停，电机立刻停止转动；假如要电机启动，根据需要直接按up或down按钮都可以，具体的的效果示意图如图2.1所示。图2.1 车库门电气控制系统平面示意图 3 车库门状态信号采集为了实现监控并采集车库卷帘门状态的目的，本设计是在车库卷帘门的上端和下端各自加一个轻触开关。在正常状态下，轻触开关处于断开状态。在按下up按钮之后，车库卷帘门上升至顶部，碰到顶部的轻触开关，使轻触开关导通，这一信号即被传送给单片机，单片机经过信号处理，将控制电动机停止的信号传送给驱动电路，以此来达到控制车库卷帘门到达上限位位置并停止的目的；同样，在按下down按钮后，车库卷帘门下降至底部，底部轻触开关被碰触后导通，将信号传送给单片机，单片机经过信号处理，将控制电动机停止的信号传送给驱动电路，以此达到了控制车库卷帘门到达下限位位置并停止的目的7。4 车库门执行装置的选用4.1 选择电动机交流电动机(AC Motor)可以在易燃、高温的环境下进展工作,需要不定期地清理碳刷的污物。交流电动机中的电刷，和换向器相配合，来实现电机电流的换向。交流电动机在速度控制方面比拟困难，因为控制其电压只会影响电动机的扭力。直流电动机(DC Motor)的优势是在速度控制方面比拟容易操作,只需要控制电压大小，就可以控制电动机的转速,但是有一点就是，直流电动机不宜在高温、易燃等环境下操作,而且直流电动机中只需要用碳刷来作为电流变换器的部件,所以必须定期清理由于碳刷摩擦所产生的污物，使电动机保持正常运转。在直流电动机中，电刷担负着对电枢绕组中感应的交变电动势，进展换向整流的任务11。在车库门的实际应用中，两种电动机进展比拟，由于门的移动距离小，电动机在启动时，需要较大的转矩；而在快关上门或者开门时，需要将运动速度降下来，所以速度控制需要把握的很好，如此选择直流电动机作为本设计的执行装置是最好的选择。直流电动机控制卷帘门可分为两种：管状类和外挂链条类，为了方便起见，本设计选择了管状直流电动机。由于实际电压一般为交流220V，为了能够带动起车库卷帘门，在实际应用中，需要选择大功率的直流电动机。在本设计中，考虑到辩论演示的实际需求，将会用12V的直流电动机来代替大功率的直流电动机来进展操作。4.2 直流电动机直流电动机的工作原理电动机按类型分，可分为直流有刷电动机和直流无刷电动机。图4.1 直流电动机工作原理图 假设直流电动机的转子不使用原动机来拖动，而在转子的电刷A、B两端接在电压为U的直流电源上，如下列图，从图上的显示可以看出，电刷A处于正电位的，B对应负电位的，在N极围之的导体ab中的电流是从a点方向流向b点方向,在S极围的导体cd中的电流是从c点方向流向d点方向。我们都知道,载流导体在磁场中受到了电磁力的作用，那么ab和cd两导体都会受到电磁力F的作用10。依据磁场方向和导体中的电流的方向，运用电动机左手定如此判定得悉，ab边受力的方向是向左，而cd边是向右。因为磁场是平均的，导体中流过的又是同向的电流，如此ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针标的方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，然而因为惯性作用，线圈持续转动。线圈转过半圈之后，尽管ab与cd地位调换了，ab边转到S极围，cd边转到N极围，但是因为换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流标的目的也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中电流如此是从b点方向流向a点方向10。因而,电磁力F的方向仍旧不变，线圈依然受力按逆时针方向转动。可见,分别处在N、S 极围的导体中的电流方向总是稳定的，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不断地旋转，经过齿轮或皮带等机构的传动，就能够带动车库卷帘门做直线运动，从而能够实现车库门的开启与闭合。4.2.2 直流电动机的机械特性 图4.2 直流电动机的机械特性曲线如下列图，是改变电枢回路电压的调速特性。改变电枢供电电压可得到人为机械特性，从机械特性可以看出，在一定负载转矩下，加上不同的电压的话,就可以得到有差异的转速，即理想空载的转速n0随电压U升降而发生对应的升降变更。有差异的电枢电压的机械特性曲线彼此平行，说明硬度不随电压的变换而变换，电动机带负载的能力恒定。只需要有规律地调整直流电动机两端的电压，就可以完成电动机的无极调速。4.3 直流电动机控制系统 直流电动机具有容易控制转动速度，启动、制动性能良好，在一定的宽度围可以平滑地调速等特点。而常用的直流电动机控制转速的措施有两种，即历次控制法与电枢电压控制法10。随着电力电动机技术的提高，呈现出了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是经常用的一种调速方法。其根本调速原理是用改变电动机电枢定子电压的接通和断开的时间比占空比来控制马达的速度。由于本设计的重点是车库卷帘门的电气控制系统，如此直流电动机的具体工作原理就不赘述。如图4.3所示，在脉宽调速的系统中，是电枢电压的占空比与平均电压的关系图，当电动机通电时，其速度增加；电动机断电时，其速度减低。只需要依照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电动机的速度达到并保持一个不动摇的稳定值。 假设电动机始终保持接通，电动机的转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，如此电动机的平均速度为Vd=Vmax(4.1)在式中，Vd电动机的平均速度Vmax电动机全通时的速度D=t1/T占空比图4.3 电枢电压占空比与平均电压关系图最大值Vmax平均值Vd0脉冲信号由公式(4.1)可知，假如改变占空比的数值，就可得到不同的电动机的平均速度数值，进而达到调速的目的。5 车库卷帘门控制系统软硬件设计5.1 车库门控制软件设计图5.1 车库门控制软件设计流程图这次设计系统软件由信号采集、数据通信8、电动机等几个局部组成。 程序设计总体思路12：1对51单片机各个局部进展初始化，使单片机能够正常工作；2通过复位键对现场控制信号进展设定，设置按钮开关的初始状态； 3通过按钮开关对车库卷帘门的状态进展检测，传输信号给51单片机，51单片机进展实时数据的处理，并将处理结果进展反应； 451单片机输出信号给驱动电路模块，进而使得电动机正转或者反转，实现车库门上升或者下降的目的；5） 卷帘门上升或者下降的过程中，如需要车库卷帘门暂停，按stop按钮，单片机收到信号并进展处理； 6暂停之后，可以按up按钮或者down按钮，51单片机接收到信号，使电动机启动。5.2 车库门控制硬件设计5.2.1 单片机的选择单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片，它是采取超大规模集成电路技术，把中央处理器CPU(具备数据处理能力的控制核心)、只读存储器ROM、随机存储器RAM、中断系统和多种I/O口、计数器/定时器等功能(可能还包含脉宽调制电路、显示驱动电路、A/D转换器等电路、模拟多路转换器)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域具有广泛的使用9。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，开展到了现在的300M的高速单片机。 图5.2 AT89C51单片机引脚单片机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备构成，具备功耗低、体积小、控制性能强、微型化、扩展灵敏和应用方便等优势，普遍应用于仪器仪表中，联结有差异类型的传感器，可完成诸如功率、频率、电压、电流、湿度、厚度、角度、温度、流量、硬度、元素、速度、长度、压力等物理量的测量。采纳单片机控制使得仪器仪表微型化、数字化、智能化，且性能比起采用电子或数字电路愈加强大13。 根据本设计的设计要求与前期的资料查询，C51单片机操作简单、编程容易，可选择AT89C51作为主控制计算机。 5.2.2 C51单片机介绍AT89C51单片机是一种带4K字节闪动、可编程又可擦除的只读存储器(FPEROM)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器。这种元器件采纳ATMEL高密度的非易失存储器制造技术制作，与工业的M规CS-51指令集和输出管脚相兼容。多功能的8位CPU和闪烁存储器被组合在一个单个的芯片里，ATMEL的AT89C51单片机是一种高效的微控制器，为很多嵌入式的控制系统提供了一种灵活性高且价格低廉的计划和方案6。1） 主要特性 (1) 与MCS-51 兼容 (2) 4K字节可编程的闪烁存储器 (3) 寿命：1000写/擦循环 (4) 数据保存时间：10年 (5) 全静态工作：0Hz-24Hz (6) 三级程序存储器锁定 (7) 128*8位部RAM (8) 32可编程I/O线 (9) 两个16位定时器/计数器 (10) 5个中断源 (11) 可编程串行通道 (12) 低功耗的闲置和掉电模式 (13) 片振荡器和时钟电路2） 管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个引脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进展校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将用作输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。表5.1 P3口的特殊功能口管脚 备选功能RXD串行输入口TXD串行输出口INT0外部中断0INT1外部中断1T0计时器0外部输入T1计时器1外部输入WR外部数据存储器写选通RD外部数据存储器读选通 P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当 P3口写入“1后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表5.1所示。P3口同时为闪动编程和编程校验接纳一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器进展复位时，要保持RST管脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部的存储器时，输出电平用于锁存地址的地位字节，而这个输出电平是被地址锁存允许的。在FLASH的编程期间，此引脚被用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时的目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将会跳过一个ALE脉冲。如果想禁止ALE的输出，可以在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX、MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被稍微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，那么置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值的过程中，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器的过程时，这两次有效的/PSEN信号将不会出现。 EA/VPP：当/EA保持低电平时，如此在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有部的程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。 XTAL1：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3） 振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向的放大器的输入和输出引脚。片振荡器、石晶振荡和陶瓷振荡均可以采用该反向放大器。如果采用外部时钟源驱动器件，XTAL2不应该接。有数据输入到部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。4） 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可以通过正确的控制信号组合在一起，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作都必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到0频率的条件下进展静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。5.3 各局部电路介绍5.3.1 时钟电路AT89C51的引脚XTAL0和XTAL1与晶振Y1与电容C2、C3与片与非门作为反应、放大元件构成了电容的三点式振荡器2，振荡信号频率与晶振频率与电容C2、C3的容量有关，但主要由晶振频率来决定，围在033MHz之间，电容C2和C3相连组成一个时钟信号源，晶振的频率决定了该系统的时钟频率，如图5.2所示。图5.2 时钟电路图5.3.2 复位电路复位电路如下列图，该电路图由手动开关S3、一个电阻R7和一个电容C1组成。一般单片机在启动时都需要重新复位，51单片机是在高电平的情况下复位，复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态，让程序从起点开始运行，并在这个初始状态下开始工作2。这个复位电路在最简单的自动上电复位电路的根底上增加了手动上电复位按钮。自动复位就是在接通电源的开始，电容C1上的电压很小，而RST为高电平，在给电容C1充电的过程中，电阻R7上会产生一个高电平，随后当电容C1逐渐充满时，RST端电压开始慢慢下降，单片机随后便进入工作状态。其中RST高电平有效时间大于24个振荡周期时，CPU能够准确的复位。图5.3 复位电路图AT89C51手动复位按键的设计是为了防止单片机出现死机时无法可靠复位。当复位按键S3按下后电容通过R7放电，R7立刻得到一个高电平电压。由于R7，因此RST为高电平，CPU处于复位状态，松手后电容C1充电，RST端电位下降，CPU脱离复位状态，单片机因此进入工作状态。R7的作用在于限制按键按下瞬间电容C1的放电电流，防止产生火花，以保护按键触点。以上就是本设计的复位电路原路，包括自动复位和手动复位。5. 电机驱动电路电机驱动电路如图5.4所示，Q1、Q4导通时，VCC的电流从电机正极流入，负极流出到地GND，电机正转；Q2、Q3两个三极管导通时，VCC的电流从电动机的负极流入，正极流出到地GND,电动机即可反转；Q1、Q2、Q3与Q4四个三极管均不导通时，电流不能流通，电动机即会停止转动。P1排阻是10k的上拉电阻，是将一个不确定的信号钳位在高电平，并且电阻起到了限流的作用。P0口是集电极开路输出，它没有输出高电平的能力，相当于一个一端接地的开关，所以必须接上一个上拉电阻，来确保高电平可以顺利输出到电动机处。图5.4 电机驱动电路图5.3.4 限位开关电路限位开关电路如图5.5所示，开关S1、S2分别控制上限位和下限位，运行过程中，在车库卷帘门上升到上限位位置，按S1即可使电机制动；在卷帘门下降到下限位位置，按S2即可使电机制动。电阻R1、R2在电路中起到限流的作用，保证开关在没按下时候，输入信号为“1。在按下开关之后，P1引脚输入为“0，单片机收到停止信号，进而控制电机制动。图5.5 限位开关电路图5.3.5 按钮开关电路图5.6所示，S4、S5、S6分别是电路中控制车库门上升、下降与暂停的按钮，即通过控制电机正转、反转与暂停来控制车库门的状态1。电阻R8、R9、R10的作用是保证在按钮开关按下来前，输入单片机的信号均为“1。按下按钮开关，其具体状态显示如表5.2所示。图5.6 按钮开关电路表5.2 状态对应表电机状态状态卷帘门状态 S4 S5 S6正转上升100反转下降010暂停停止001至此，本设计的硬件电路局部就根本完成。家用车库门电气控制系统完整电路图如图5.7所示见附录1。6 车门控制器模拟仿真6.1 Proteus软件介绍Proteus是主流的EDA工具，即电子电路自动设计软件。原理图布图、代码调试、单片机与外围电路协同仿真，可以一键切换到PCB设计，从来真正实现了从概念到产品的完整设计。这个软件是目前功能较强的电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件这三个软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，在2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件包含有其它的EDA工具软件例如：multisim的功能。这些功能是：1原理布图2PCB自动或人工布线3SPICE电路仿真比拟有创新性的、革命性的特点：1可以互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、局部SPI器件、局部IIC器件。2仿真处理器与其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示以与输出，就能看到输入输出等运行后的效果。假如是配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus就建立了完备的电子设计开发环境。6.2 车库门软件调试单片机软件调试主要是调试本次设计的主程序，是用Protues进展仿真的，其调试过程如下: 1新建一个工程。单击 Project 菜单，在弹出的下拉菜单中选中New Project； 2选择你要保存的路径，输入工程文件名字(例如: 车库卷帘门控制器设计程序)，点击保存； 3新建一个工程文件后弹出一对话框，根据自己需要选择使用的单片机型号(如: Atmel下拉菜单里面选择 AT89C51)，然后点击确定； 4单击Project 菜单，在弹出的下拉菜单中选Options for Target“target 1，选择 output，在 Create HEX file 选项前打钩。接着选择 Debug, 在 Debug 选项下选择use【Proteus VSM Simulator】和Go till man(如图 Debug 选项卡设置对话框)，最后点击 setting (如图 6.2 VDM 选项设置对话框)，确定； 5单击File，选择New，新建文件并在其中输入程序代码，然后保存为*.c文件； 6回到编辑界面后，单击“Target 1前面的“+号，然后在Source Group 1单击右键选择“Add File To GroupSource Group 1，选中*.c文件；图6.1 Debug 选项卡设置对话框 7单击“Project菜单，选中“Built Target，完成程序的编译，在工程文件夹中找到*. hex文件即可。图6.2 VDM 选项设置对话框7 安装调试在整个设计过程中，使用模块化调试与集合调试两种方法结合进展。在车库门控制器原理图画成之后，用proteus软件仿真成功，进展硬件搭建，并进展测试和调试。完成了复位电路、时钟电路、电机电路等，实现了对车库卷帘门控制器的设计。本设计在完成过程中也遇到了一些问题。软件方面是程序编写过程中，由于电路图的不断修改，程序出现一些失误，导致后期仿真出现问题；硬件方面是电机信号接收方面，在焊接过程中出现了个别焊点虚焊、线路接错的情况，导致单片机与电机之间信号中断。车库门控制器的原理图在本设计报告的附录1中，仿真图在附录2中，单片机中所用到的程序在附录3中给出，本设计所用到的元器件在附录4里面。车库门控制系统电路实体如图6.3所示。,完毕语随着微型计算机和传感器技术的迅速开展，车门控制领域发生了巨大变化，车库门的自动控制方面的研究有了明显的进展。本文阐述了家用车库控制器的设计，该车库门控制器核心部件为AT89C51单片机，由轻触开关采集信号，由51单片机处理信号并控制直流管状电动机，达到开、关车库卷帘门与暂停的效果，实现了车库门的便捷安全的设计和管理。在本设计中，主要做了以下工作：1) 采用按钮开关实现了车库卷帘门状态信号的采集；2) 通过51单片机来处理信号，并将处理后的信号反应给驱动电路，驱动电路驱使电动机正转或反转；3) 通过对直流、交流电动机的比照和了解，选用大功率的直流电动机作为本次设计的驱动装置，来完成带动车库卷帘门的目的。为了方便演示需求，选用12v的直流电动机。4) 利用Proteus软件进展仿真，并完成了电路实物的搭建，能够根本完成卷帘门上升、下降、暂停等功能。通过以上的工作，本设计根本实现了基于51单片机的家用车库门控制器的设计，该控制器能够控制电机正转、反转和暂停，以实现车库卷帘门的上升、下降与暂停。由于个人的知识和能力水平有限，本设计还有很多不足之处，敬请各位教师指出。致谢这次毕业设计在宋卫星教师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着宋教师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着教师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向宋卫星教师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步，无以至千里，没有这四年的知识积累，本设计可能也没有这么顺利完成。因为各位任课教师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以表现。历时两个月的毕业设计已经完毕，作为一个本科生，经过四年的大学生活，积累了一定的专业知识，但毕竟不够熟练，并且经验匮乏，仍然有很多的不足之处，在此再一次感谢宋教师对我的帮助以与督促，让我能够顺利完成这次的毕业设计。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借此机会感谢四年以来给过我帮助的所有教师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一局部。大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。在这所学校的生活和学习给我的影响绝不能仅仅用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有的人，都将是我以后生活回味的一局部，使我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，前程似锦，未来绚烂缤纷。参考文献1 戴树春.车库电动卷帘门报警系统设计J.职业技术学院学报, 2006,(4):34-36.2 惠明,陆荣鑑,甘晶.车库门逻辑控制系统的研究J.电子工程师,2003,(8):38-40.3 风,储键,晖.基于单片机的车库门遥控器的设计J.电子技术与软件工程, 2013,(10):69-70.4 敬涛.我国多功能户门、车库门、自动门开展状况J.中国建筑金属结构, 2006,(02):11-12.5 全胜,豪.自动车库的设计与实现J.组合机床与自动化加工技术,2008,(12):86-88.6 白驹衔,雷晓平.单片计算机与应用M.电子科技大学,15-207 宋文绪,帆.传感器与检测技术M.高等教育,45-48.8 石东海.单片机数据通信技术从入门到精通M.电子科技,100-104.9 邵贝贝.单片机技术的开展与单片机应用的广泛选择J.电子技术应用,(3):4-6.10 黄知超,科伟,谢霞,王斌.基于速度反应的直流电动机复合控制方法J.工矿自动化,2013,(01):64-69.11 风凯.无刷直流电动机控制系统的研究和设计J.工业大学,2014.5,(10):42-46.12Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ.Powder and Bulk Engineering. 1995:4-6.13V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ .2002:8-11.附录附录1 车库控制器电路图 图5.7 家用车库门电气控制系统附录2 车库控制器仿真图附录3程序#include reg51.h#define ucharunsigned char#define uint unsigned int /*端口定义*sbit sanxian=P10; /上限位开关sbit xiaxian=P12; /下限位开关sbit KEY_UP=P22; / 上升按键 sbit KEY_DW=P21; / 下降按键 sbit KEY_ST=P20; /停止按键 sbit Q1=P00; /驱动三极管接口sbit Q2=P01;sbit Q3=P02;sbit Q4=P03; void main(void) P1=0XFF;/端口置1 P2=0XFF; P0=0XFF; while(1) if(KEY_UP=0) / 上升按键按下 Q1=0; / Q1Q2导通电机正转上升 Q4=0; Q2=1; Q3=1; while(1) if(KEY_ST=0)|(sanxian=0) / 上限开关接通或停止按键按下 Q1=1; /开关管关断 电机停止 Q4=1; Q2=1; Q3=1;break; /退出循环 else if(KEY_DW=0) / 下降按键按下 Q1=1; / Q2Q3导通电机反转下降 Q4=1; Q2=0; Q3=0; while(1) if(KEY_ST=0)|(xiaxian=0) / 下限开关接通或停止按键按下 Q1=1; /开关管关断 电机停止 Q4=1; Q2=1; Q3=1;break; /退出循环 附录4 元器件清单 元器件清单表元件名称型号/尺寸数量1单片机AT89C511个2三极管S85504只3碳膜电阻1K/10K6只4电解电容10F3个5晶振芯片12M1个6排阻810K1排7直流电动机12V1只8按键开关轻触开关6个9万能板930*670mm1