基于单片机的门控系统硬件设计

朱利洋,吴夏来,胡叶民

(丽水学院 工学院电子学系,浙江 丽水323000)

门控,又称为出入管理控制系统。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动门控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。采用单片机作为门控系统的核心，其优点是通过单片机程序编写可以替代部分外部硬件电路,减少成本投入；还可实现门控系统功能升级,为以后门控系统的发展提供更好的兼容。本文对以单片机为核心的门控系统作了具体设计和分析。

1 系统总体结构

该门控系统主要由红外感应模块、键盘模块、STC89C52模块、驱动模块和电机模块5大模块构成，如图1所示。其中，红外感应模块电路图如图2所示，STC89C52模块电路如图3所示，驱动模块电路采用四宏公司的SH-215B高性能细分驱动器,电机采用四宏公司的四线步进电机。

图1 系统总体结构

2 各模块设计

2.1 红外感应模块

图2电路中,三端稳压器型号为 78L05；T1为热释电传感器,型号为SD02；为了增加热释电传感器的探测距离,可在传感器前方加装菲涅尔透镜[1];运算采用 LM324；在传感器电路后级加装带通放大器，放大器的中心频率约取1 Hz。放大器带宽对灵敏度和可靠性的影响大,带宽窄，则噪声小，误测率低；带宽宽，则噪声大，误测率高，但对快、慢速移动响应好。第一级LM324运放及其外围器件构成同相比例运放，其放大倍数由R4与R3的比值确定；第二级LM324及其外围电路构成反相比例运放电路，在第二级LM324组成的运放电路中，其+端接入后级电路的反馈信号；第三级LM324及其外围电路构成比较器电路,同时该级输出信号经1N4148及相应阻容元件反馈到前级放大器的同相输入端；最后一级LM324输出信号作为下级单片机模块电路的触发信号。

2.2 单片机模块

图3电路为单片机模块，其中J3为上拉电阻，Power为电源接口，CON6为外接驱动接口。单片机采用STC89C52型号。该模块电路识别红外感应模块电路所产生的信号,经过内部程序处理；输出信号控制后级步进电机驱动电路工作,从而使电机运转。单片机模块电路同时外接键盘模块电路。按键盘电路中相应功能按钮可以给门控系统设密，也可采取直接进入模式[2]。

2.3 驱动模块

SH-215B高性能细分驱动器采用美国高性能专用微步距电脑控制芯片，细分数可根据用户需求专门设计，开放式微电脑可根据用户要求把控制功能设计到驱动器中，组成最小控制系统。该控制器适合驱动中小型的任何两相或四相混合式步进电机。由于其采用了新型的双极性恒流斩波技术，使电机运行精度高、振动小、噪声低、运行平稳。

单片机输出4个信号供给驱动器,分别是+5 V、CP脉冲、方向控制信号 DIR、使能信号ENA。CP脉冲、DIR、ENA这3路信号在驱动器内部经光电耦合到后级电路；同时，SH-215B驱动器要24 V供电，如图4所示。输出4根信号线接入两相步进电机的两相绕组4根引出线上。步进电机驱动器具体使用方法如表1所示[3-4]。

表1 步进电机驱动器使用方法

2.4 电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单，而方向由导电顺序决定[5]。本设计中采用二相电机,步距角为1.8°。

本文设计的门控管理系统使用方便、可靠性高、系统维护方便、适用范围广，并且价格低廉。系统采用了模块化设计，可移植性高，加入指纹与视频模块即可以成为可视对讲指纹门控系统。该系统在图书馆、商业活动中心等领域有很好的推广应用。

[1]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社,2010.

[2]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：高等教育出版社,2011.

[3]孙惠芹.单片机项目设计教程[M].北京:电子工业出版社,2009.

[4]杨刚.电子系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社,2009.

[5]楼然苗.单片机课程设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.