某小区大门自动道闸控制系统的设计
某小区大门自动道闸控制系统的设计[20200419155023]
摘 要
本文的研究设计是根据道闸的实际需求，针对车辆出入仍采用人工管理方式的场所，以及国内道闸系统自动化程度应用不高的现状而进行的。研究设计在原道闸系统的基础上进行，通过研究设计实现道闸的自动化。
本系统以道闸为控制对象，以AT89C52单片机为整个系统的控制核心，以超声波测距仪和电感线圈为主要检测手段，辅以LED闪烁和蜂鸣器提示，实现道闸的自动化控制。系统采用单片机做主控器，最后把执行部分、检测部分、控制部分、及其他部分有机组合起来，实现系统的智能化控制。研究设计完成后的系统具有一定的自动化，可靠性好，操作简单等优点。
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关键字:单片机道闸电感线圈步进电机
目录
第一章 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2 自动道闸的发展背景 2
1.3 本论文主要内容 3
第二章 系统模块介绍 4
2.1 AT89C52单片机介绍 4
2.2 距离检测模块 6
2.3步进电机 7
2.4 车辆传感器检测原理介绍 9
2.5 本章小结 10
第三章 硬件设计 11
3.1 单片机最小系统 12
3.2 地感线圈检测电路 12
3.3 步进电机驱动电路 14
3.4 信号输入电路 15
3.5距离检测电路 16
3.6 蜂鸣器电路 17
3.7 本章小结 17
第四章 软件设计 18
4.1自动道闸程序设计 18
4.2 手动控制 19
4.3 距离检测软件设计 20
4.4 单片机接受频率信号软件设计 21
4.5 步进电机控制程序设计 24
4.6本章小结 24
第五章 硬件组装与性能调试 25
5.1硬件组装与调试 25
5.2 单片机接受频率信号调试 26
5.3 本章小结 28
第六章 总结与展望 29
参考文献 30
附录 31
附件一 硬件原理图 31
附件二 源程序 32
致谢 38
第一章 绪论
随着我国经济的高速发展，交通、旅游等行业也迅速发展起来，车辆随之急剧增多,电动化、人工管理的等方式，由于效率低下、管理困难、易造成车辆堵塞等缺点逐渐被淘汰，车辆管理进入了自动化阶段，在道闸结构、道闸控制方式、车辆识别方式的改进方面取得了很大突破。
1.1选题背景及意义
近年来，国内经济发展水平突飞猛进，人们对生活质量的要求也不断提高，智能化小区是现代建筑发展的一个重要方向，而道闸在小区出入口的运用将有效推动住宅小区智能化发展的进程。道闸与现代门禁系统、停车场管理系统、联网防盗报警系统等现代数字信息管理系统的运用，能够使小区实现自动化、智能化管理防盗等各种功能，然而普通道闸系统主要手动控制，需要停车进出并且耗时、门卫劳动力大，而对于人口密集地方，居民小区建设的工作不断加快，同时汽车是人们生活中较多的交通工具，越来越多的进入小区。因此像以前人工的管理方式逐渐不适应小区的发展，不尽浪费大量的人力、物力、财力，而且效率低下。特别人们上下班时间段出入小区人较多，对于人工管理容易产生错误。给人们日常生活带来许多不便，严重影响到了业主的生活质量和小区的形象。
针对上述问题，本设计采用单片机与地感线圈信号检测相结合的方式，以实现对小区大门道闸自动化管理。该系统通过蓝牙等通讯手段接受车辆信号与系统库信息比较确认可以放行后送一信号给单片机，单片机根据所接受的信号送开启道闸信号给电机进行正转，打开道闸，车辆通过后通过地感线圈探测车辆已经离开大门区域，送一信号给的单片机，再根据距离探测器探测的数据信号送给单片机从而放下道闸，此系统能有效的改善小区大门车辆通行的效率，可靠性高，经济适宜。
随着科技水平不断提高，车主不停车出入小区的智能道闸系统的设计成为必然趋势，该系统是现代化小区中智能道闸建设较为理想的方案之一，无需特意的节约成本和占地空间。并且能够合理有效的美化小区的环境，而且道闸在某些特殊的场合有着相当重要的作用，比如大型超市停车库车辆出入较频繁，道闸建设就体现出尤为重要，因此自动道闸控制系统设计在现代社会生活中有着相当重要的地位。
1.2 自动道闸的发展背景
随着传感检测器技术的发展，道闸的功能逐渐完善，能满足现代社会所需要的各类各型道闸，传感器的技术发展为智能道闸提供了前题和基础，起初道闸的概念是由国外引进的由于技术的等个方面的因素限制，操作单一，管理和控制无安全性，其系统主要靠人工管理方式来实现，不能够准确无误的进行控制，仅靠人工管理存在许多弊端，车辆出入不便捷，给管理人和车主带来了不便。
在最近几十年里，道闸行业不断发展，在智能化方面取得一定的研究成果。传感器技术快速的发展使道闸控制系统有了新的变革，随着社会的发展，科技水平不断提高，人们对道闸性能也提出了更高的要求，其中智能化为发展必然趋势。现今，道闸在智能停车场所，进出区大门出入口，公路与铁路等交叉与收费站等都需要不可缺少的工具，得到了普及，随着汽车行业的发展，汽车数量不断增加，对道闸的需求量也越来越大，促使道闸系统不断更新与完善，容纳了很多科技技术，特别是电感线圈检测技术尤为重要。该技术基于电涡流传感器的原理设计车辆检测器，如果车辆通过已经埋在地下地感线圈时，从而对检测振荡电路所产生的频率进行数据采集与分析，实现对车辆的检测，系统采集到的数据实时反映了车辆通过或存在状态。道路车辆信息的变化实能够时准确地检测并预测，交通控制中心能够提前将检测信息进行处理，这样能够有效地引导交通通畅运行，同时实行出行时间交错开来，避免交通事故的发生。交通控制的精确和可靠的检测数据能够准确有效的进行信号配时优化交通，交通能够而实时有效的对流预测准，即分析实时的交通数据事先有效地预测即将的交通状况，实现系统在安全设置与人性化操作关键所在是实现高效的交通实时控制和交通循环诱导，从而系统更具智能化[1]。
道闸又称挡车器（Barrier Gate），原来是从国外引进。是主要用于小区等场所车辆出入口或道路上来限制行驶的通道设备 ，自动道闸可单独通过手动遥控控制实现起杆落杆，也可以通过管理系统实行自动管理状态。根据现今道闸在各个的使用场所来看，闸杆可以根据实际情况与环境装饰装配来安装。其主要特地有直杆、90度曲杆、180度折杆及栅栏等。一般自动道闸本身组成有电机、传动机构、平衡装置、机箱、闸杆支架、减速箱、闸杆等部分，道闸外观如图1-1所示
图1-1道闸基本外观
由于汽车工业的不断发展，汽车在日常生活中越来越普，数量的不断增加，对道闸的需求量以及性能质量要求也越来越高，因此对道闸的性能不断更新改变来适应社会发展的步骤。如今道闸有一体化机芯、离合装置、智能防抬功能、遇阻返回装置、升温功能（确保在零下40度环境下使用）、抽风降温系统（及时降低电机温度）、自动离合装置、防撞脱杆装置等。杆的起落速度从0.8秒到6秒不等目前，道闸已经面向高科技方面发展，自动化越来越成为显著的特征。
1.3 本论文主要内容
本设计基于整个道闸系统的发展情况，主要进行如下方面的设计。用单片机作为整个系统的主要控制芯片，本设计主要是对通过蓝牙等通讯手段接收车辆信息与系统库信息比较确认可以放行后面的内容进行设计，即用按钮模拟启动信号送单片机，单片机根据所接收信号，送开启道闸信号给电机进行正转，打开道闸。 车辆通过后通过地感线圈探测车辆已经离开大门区域，送一信号给单片机，根据距离探测器探测在有效的范围内无其它车辆即将过大门，距离探测器探测的数据信号送单片机，单片机根据这两个信号断定可以关闭道闸时，发关闭道闸信号给电机反转，从而放下道闸。设计出小区大门自动道闸系统，以实现车主进出不停车的通行状态。
本论文对自动道闸控制系统的进行设计，对课题要求全面分析，然后确定系统控制的总体设计，本论文对硬件、软件设计都作了详细的介绍与分析。在论文第一章对自动道闸现状及课题意义进行分析，本论文第二章对硬件模块介绍，第三章对硬件设计，第四章对软件设计，第五章实物组装与调试。
摘 要
本文的研究设计是根据道闸的实际需求，针对车辆出入仍采用人工管理方式的场所，以及国内道闸系统自动化程度应用不高的现状而进行的。研究设计在原道闸系统的基础上进行，通过研究设计实现道闸的自动化。
本系统以道闸为控制对象，以AT89C52单片机为整个系统的控制核心，以超声波测距仪和电感线圈为主要检测手段，辅以LED闪烁和蜂鸣器提示，实现道闸的自动化控制。系统采用单片机做主控器，最后把执行部分、检测部分、控制部分、及其他部分有机组合起来，实现系统的智能化控制。研究设计完成后的系统具有一定的自动化，可靠性好，操作简单等优点。
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关键字:单片机道闸电感线圈步进电机
目录
第一章 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2 自动道闸的发展背景 2
1.3 本论文主要内容 3
第二章 系统模块介绍 4
2.1 AT89C52单片机介绍 4
2.2 距离检测模块 6
2.3步进电机 7
2.4 车辆传感器检测原理介绍 9
2.5 本章小结 10
第三章 硬件设计 11
3.1 单片机最小系统 12
3.2 地感线圈检测电路 12
3.3 步进电机驱动电路 14
3.4 信号输入电路 15
3.5距离检测电路 16
3.6 蜂鸣器电路 17
3.7 本章小结 17
第四章 软件设计 18
4.1自动道闸程序设计 18
4.2 手动控制 19
4.3 距离检测软件设计 20
4.4 单片机接受频率信号软件设计 21
4.5 步进电机控制程序设计 24
4.6本章小结 24
第五章 硬件组装与性能调试 25
5.1硬件组装与调试 25
5.2 单片机接受频率信号调试 26
5.3 本章小结 28
第六章 总结与展望 29
参考文献 30
附录 31
附件一 硬件原理图 31
附件二 源程序 32
致谢 38
第一章 绪论
随着我国经济的高速发展，交通、旅游等行业也迅速发展起来，车辆随之急剧增多,电动化、人工管理的等方式，由于效率低下、管理困难、易造成车辆堵塞等缺点逐渐被淘汰，车辆管理进入了自动化阶段，在道闸结构、道闸控制方式、车辆识别方式的改进方面取得了很大突破。
1.1选题背景及意义
近年来，国内经济发展水平突飞猛进，人们对生活质量的要求也不断提高，智能化小区是现代建筑发展的一个重要方向，而道闸在小区出入口的运用将有效推动住宅小区智能化发展的进程。道闸与现代门禁系统、停车场管理系统、联网防盗报警系统等现代数字信息管理系统的运用，能够使小区实现自动化、智能化管理防盗等各种功能，然而普通道闸系统主要手动控制，需要停车进出并且耗时、门卫劳动力大，而对于人口密集地方，居民小区建设的工作不断加快，同时汽车是人们生活中较多的交通工具，越来越多的进入小区。因此像以前人工的管理方式逐渐不适应小区的发展，不尽浪费大量的人力、物力、财力，而且效率低下。特别人们上下班时间段出入小区人较多，对于人工管理容易产生错误。给人们日常生活带来许多不便，严重影响到了业主的生活质量和小区的形象。
针对上述问题，本设计采用单片机与地感线圈信号检测相结合的方式，以实现对小区大门道闸自动化管理。该系统通过蓝牙等通讯手段接受车辆信号与系统库信息比较确认可以放行后送一信号给单片机，单片机根据所接受的信号送开启道闸信号给电机进行正转，打开道闸，车辆通过后通过地感线圈探测车辆已经离开大门区域，送一信号给的单片机，再根据距离探测器探测的数据信号送给单片机从而放下道闸，此系统能有效的改善小区大门车辆通行的效率，可靠性高，经济适宜。
随着科技水平不断提高，车主不停车出入小区的智能道闸系统的设计成为必然趋势，该系统是现代化小区中智能道闸建设较为理想的方案之一，无需特意的节约成本和占地空间。并且能够合理有效的美化小区的环境，而且道闸在某些特殊的场合有着相当重要的作用，比如大型超市停车库车辆出入较频繁，道闸建设就体现出尤为重要，因此自动道闸控制系统设计在现代社会生活中有着相当重要的地位。
1.2 自动道闸的发展背景
随着传感检测器技术的发展，道闸的功能逐渐完善，能满足现代社会所需要的各类各型道闸，传感器的技术发展为智能道闸提供了前题和基础，起初道闸的概念是由国外引进的由于技术的等个方面的因素限制，操作单一，管理和控制无安全性，其系统主要靠人工管理方式来实现，不能够准确无误的进行控制，仅靠人工管理存在许多弊端，车辆出入不便捷，给管理人和车主带来了不便。
在最近几十年里，道闸行业不断发展，在智能化方面取得一定的研究成果。传感器技术快速的发展使道闸控制系统有了新的变革，随着社会的发展，科技水平不断提高，人们对道闸性能也提出了更高的要求，其中智能化为发展必然趋势。现今，道闸在智能停车场所，进出区大门出入口，公路与铁路等交叉与收费站等都需要不可缺少的工具，得到了普及，随着汽车行业的发展，汽车数量不断增加，对道闸的需求量也越来越大，促使道闸系统不断更新与完善，容纳了很多科技技术，特别是电感线圈检测技术尤为重要。该技术基于电涡流传感器的原理设计车辆检测器，如果车辆通过已经埋在地下地感线圈时，从而对检测振荡电路所产生的频率进行数据采集与分析，实现对车辆的检测，系统采集到的数据实时反映了车辆通过或存在状态。道路车辆信息的变化实能够时准确地检测并预测，交通控制中心能够提前将检测信息进行处理，这样能够有效地引导交通通畅运行，同时实行出行时间交错开来，避免交通事故的发生。交通控制的精确和可靠的检测数据能够准确有效的进行信号配时优化交通，交通能够而实时有效的对流预测准，即分析实时的交通数据事先有效地预测即将的交通状况，实现系统在安全设置与人性化操作关键所在是实现高效的交通实时控制和交通循环诱导，从而系统更具智能化[1]。
道闸又称挡车器（Barrier Gate），原来是从国外引进。是主要用于小区等场所车辆出入口或道路上来限制行驶的通道设备 ，自动道闸可单独通过手动遥控控制实现起杆落杆，也可以通过管理系统实行自动管理状态。根据现今道闸在各个的使用场所来看，闸杆可以根据实际情况与环境装饰装配来安装。其主要特地有直杆、90度曲杆、180度折杆及栅栏等。一般自动道闸本身组成有电机、传动机构、平衡装置、机箱、闸杆支架、减速箱、闸杆等部分，道闸外观如图1-1所示
图1-1道闸基本外观
由于汽车工业的不断发展，汽车在日常生活中越来越普，数量的不断增加，对道闸的需求量以及性能质量要求也越来越高，因此对道闸的性能不断更新改变来适应社会发展的步骤。如今道闸有一体化机芯、离合装置、智能防抬功能、遇阻返回装置、升温功能（确保在零下40度环境下使用）、抽风降温系统（及时降低电机温度）、自动离合装置、防撞脱杆装置等。杆的起落速度从0.8秒到6秒不等目前，道闸已经面向高科技方面发展，自动化越来越成为显著的特征。
1.3 本论文主要内容
本设计基于整个道闸系统的发展情况，主要进行如下方面的设计。用单片机作为整个系统的主要控制芯片，本设计主要是对通过蓝牙等通讯手段接收车辆信息与系统库信息比较确认可以放行后面的内容进行设计，即用按钮模拟启动信号送单片机，单片机根据所接收信号，送开启道闸信号给电机进行正转，打开道闸。 车辆通过后通过地感线圈探测车辆已经离开大门区域，送一信号给单片机，根据距离探测器探测在有效的范围内无其它车辆即将过大门，距离探测器探测的数据信号送单片机，单片机根据这两个信号断定可以关闭道闸时，发关闭道闸信号给电机反转，从而放下道闸。设计出小区大门自动道闸系统，以实现车主进出不停车的通行状态。
本论文对自动道闸控制系统的进行设计，对课题要求全面分析，然后确定系统控制的总体设计，本论文对硬件、软件设计都作了详细的介绍与分析。在论文第一章对自动道闸现状及课题意义进行分析，本论文第二章对硬件模块介绍，第三章对硬件设计，第四章对软件设计，第五章实物组装与调试。
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