单片机的自动门控制系统设计与实现
本课题选用了AT89C51单片机来作为控制器芯片，结合了步进电机、液晶屏等核心器件，设计了一款可以实现玻璃门的自动开启、关闭、安全保护以及液晶显示等功能的自动门控制系统，在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款自动门控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
引言 1
一、方案选择及元器件介绍 2
（一）自动门系统的硬件结构框图设计 2
（二）方案选择 2
1.主控芯片的选择 2
2. 电机的选择 3
3.显示器的选择 3
（三）元器件介绍 4
1. AT89C51单片机 4
2.小型步进电机 5
3.显示器 6
4. 语音模块 6
5.传感器模块 7
二、硬件系统设计 8
（一）最小系统设计 8
1.时钟电路设计 8
2. 复位电路设计 8
（二）拖动电路设计 9
（三）人体检测电路设计 9
（四）显示器外围电路设计 10
（五） 语音提示电路设计 11
（六） 按键电路 11
三、软件系统设计 13
（一） 自动门系统的软件工作流程设计 13
（二）步进电机驱动流程设计 14
（三）红外线传感器工作流程设计 14
（四）显示器工作流程设计 15
1. 判忙函数 15
2.写数据流程 15
3. 写指令流程 16
四、 Proteus软件仿真 17
（一） Proteus软件仿真 17
（二）系统仿真 18
五、实物制作 22
（一）实物调试 22
（二）问题点总结 23
总结 25
致谢 26
参考文献 27
附录一原理图及PCB 28
附
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
录二元件列表 30
附录三源程序 31
引言
本课题将要设计的这款基于AT89C51单片机的自动门控制系统是一种采用AT89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生活出行以及公共场合对于门的有效管理。本次毕业设计就将以自动门控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
论文通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；对系统的总体设计方案中，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，进行硬件系统设计，通过Altium designer13绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；最后对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图以及软件的编程。
本课题拟将实现如下功能指标：
1、按下自动门的开启/关闭按钮后，步进电机拖动门打开/闭合；
2、门的开启和关闭速度受与门框之间的距离影响，门离门框越近，为防止伤害过往人群，系统降低门的移动速度；当离门框较远时，全速移动；
3、系统的运行状态可通过液晶屏进行显示。
方案选择及元器件介绍
自动门系统的硬件结构框图设计
图1所示是自动门控制系统在硬件系统上的结构原理框图，它集中展现了控制系统中各模块之间的连接关系和主要功能，并在一定程度上反映了控制系统所能实现的功能。框图最中间的是51单片机最小系统（它由51单片机芯片、复位电路和时钟电路共同组成），作为一个最小系统，它负责系统中所有信号的采集并通过驱动相应模块做出反应；步进电机选用+5V直流小型电机，通过四相八拍方式对其进行驱动从而实现对玻璃门的拖动；按键电路用于实现门的启闭控制，由机械按键构成；显示模块由LCD1602液晶屏构成，用于实现对门的开启和关闭进行高清显示；红外对管模块用于实现门前是否有人的检测；语音模块用于实现当门在开启和关闭时进行提示。
图1自动门系统整体系统框图
方案选择
主控芯片的选择
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
从上面两个方案的分析来看，似乎AVR单片机比AT89C51单片机要好用的多，性能上的各方面要比51单片机强得多。这两款单片机师出同门，并且价格也相对一致，但是本人对于AVR单片机的学习经历较为浅显，不能够像想使用51单片机那样，能够灵活地配置器内部寄存器，而寄存器的灵活配置将是单片机系统成功的必要前提，因此本文最终将决定放弃使用AVR单片机来作为本系统的主控单片机，而采用该公司的AT89C51单片机。
电机的选择
在经过对电机的进一步了解之后，本课题初步拟定直流电机和步进电机这两种方案。
直流电机是指能够将直流电能转换成机械能的电机。直流电机是生活中最常见的电机，优点上：直流电机的调速性能优越，调速范围广，易于平滑调节；启动，制动转矩大，易于快速启动，快速制动，易于控制；缺点上：直流电机需要碳刷，相对价格较高，其次就是需要直流驱动。
目录
引言 1
一、方案选择及元器件介绍 2
（一）自动门系统的硬件结构框图设计 2
（二）方案选择 2
1.主控芯片的选择 2
2. 电机的选择 3
3.显示器的选择 3
（三）元器件介绍 4
1. AT89C51单片机 4
2.小型步进电机 5
3.显示器 6
4. 语音模块 6
5.传感器模块 7
二、硬件系统设计 8
（一）最小系统设计 8
1.时钟电路设计 8
2. 复位电路设计 8
（二）拖动电路设计 9
（三）人体检测电路设计 9
（四）显示器外围电路设计 10
（五） 语音提示电路设计 11
（六） 按键电路 11
三、软件系统设计 13
（一） 自动门系统的软件工作流程设计 13
（二）步进电机驱动流程设计 14
（三）红外线传感器工作流程设计 14
（四）显示器工作流程设计 15
1. 判忙函数 15
2.写数据流程 15
3. 写指令流程 16
四、 Proteus软件仿真 17
（一） Proteus软件仿真 17
（二）系统仿真 18
五、实物制作 22
（一）实物调试 22
（二）问题点总结 23
总结 25
致谢 26
参考文献 27
附录一原理图及PCB 28
附
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
录二元件列表 30
附录三源程序 31
引言
本课题将要设计的这款基于AT89C51单片机的自动门控制系统是一种采用AT89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生活出行以及公共场合对于门的有效管理。本次毕业设计就将以自动门控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
论文通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；对系统的总体设计方案中，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，进行硬件系统设计，通过Altium designer13绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；最后对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图以及软件的编程。
本课题拟将实现如下功能指标：
1、按下自动门的开启/关闭按钮后，步进电机拖动门打开/闭合；
2、门的开启和关闭速度受与门框之间的距离影响，门离门框越近，为防止伤害过往人群，系统降低门的移动速度；当离门框较远时，全速移动；
3、系统的运行状态可通过液晶屏进行显示。
方案选择及元器件介绍
自动门系统的硬件结构框图设计
图1所示是自动门控制系统在硬件系统上的结构原理框图，它集中展现了控制系统中各模块之间的连接关系和主要功能，并在一定程度上反映了控制系统所能实现的功能。框图最中间的是51单片机最小系统（它由51单片机芯片、复位电路和时钟电路共同组成），作为一个最小系统，它负责系统中所有信号的采集并通过驱动相应模块做出反应；步进电机选用+5V直流小型电机，通过四相八拍方式对其进行驱动从而实现对玻璃门的拖动；按键电路用于实现门的启闭控制，由机械按键构成；显示模块由LCD1602液晶屏构成，用于实现对门的开启和关闭进行高清显示；红外对管模块用于实现门前是否有人的检测；语音模块用于实现当门在开启和关闭时进行提示。
图1自动门系统整体系统框图
方案选择
主控芯片的选择
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
从上面两个方案的分析来看，似乎AVR单片机比AT89C51单片机要好用的多，性能上的各方面要比51单片机强得多。这两款单片机师出同门，并且价格也相对一致，但是本人对于AVR单片机的学习经历较为浅显，不能够像想使用51单片机那样，能够灵活地配置器内部寄存器，而寄存器的灵活配置将是单片机系统成功的必要前提，因此本文最终将决定放弃使用AVR单片机来作为本系统的主控单片机，而采用该公司的AT89C51单片机。
电机的选择
在经过对电机的进一步了解之后，本课题初步拟定直流电机和步进电机这两种方案。
直流电机是指能够将直流电能转换成机械能的电机。直流电机是生活中最常见的电机，优点上：直流电机的调速性能优越，调速范围广，易于平滑调节；启动，制动转矩大，易于快速启动，快速制动，易于控制；缺点上：直流电机需要碳刷，相对价格较高，其次就是需要直流驱动。
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