基于单片机的自动门系统的设计

王省波

摘 要：本文是研究自动门控制系统，由于单片机的控制能力和稳定性，因此本次设计是以51单片机为控制核心，作为控制核心的51单片机通过接收热释电红外传感器传来的电信号进而控制步进电机来对门进行开关动作，其中，所采集的电信号是由红外传感器通过感受人体辐射的红外线能量变化而得到的，热释电红外传感器上配有BISS0001，BISS0001是一种传感器信号处理电路，热释电红外传感器和BISS0001以及少量的外围元器件构成热释电红外开关作为传感器模块。当单片机检测到热释电红外传感器传来的相关的电信号时，则51单片机做出判断，随即控制步进电机的转动打开门，当人通过以后则延迟一段时间，再执行关门动作。该文主要研究和设计单片机和红外传感器以及直流电机之间的协作工作，进而达到人们期望达到的功能。

关键词：热释电红外传感器；51单片机；BISS0001；步进电机

自从美国在上个世纪三十年代发明自动门以来，随着电子技术的迅速发展以及世界市场的兴起，已经得到了广泛的应用，尤其是进入二十世纪以来，随着自动化技术的发展，自动门控制系统已经得到进一步发展，技术已经走向成熟。随着电子技术的高速发展，各种智能的控制系统开始进入人们的生活，自动门系统正是在这样的背景下应运而生，它成为学校，公司企业，以及一些车站站口等人口比较密集的地方疏导人流，控制出入必不可少的选择。本设计是基于单片机控制的自动门控制系统，自动门说到底还是门的概念，它是人们通过人的需要进行创造并不断改善的结果，是当今社会科技发展至今不可或缺的一项技术，它事关每一个人或者团体的生命和财产安全，因而能否设计出安全可靠且合理的自动门显得尤为重要。

本文的目的是：当人靠近门时，相应的传感器能及时感应，同时给控制器一个信号，此时控制器通过作用驱动装置，再将门打开，之后传感器感应人是否通过，如果已经通过，则将门关闭。这样的设计不仅在一定程度上保证了安全，同时又可以节约空调能源，防止外界噪声进入室内，以及防止风沙尘暴进入室内，提高建筑的档次的同时也带来了方便。随着科技不断发展，人工智能，物联网这些技术开始正不断的影响和改变着人们的生活，以单片机为为中心的自动门控制系统正是这些技术的产物化。

本次设计应达到以下的要求：（1）当安装在门上侧的热释红外线传感器检测到有人来或者离开的时候，把相应的信号发送给单片機，单片机做出判断后，启动电动机开门。（2）热释红外线传感器检测到没有人在离门3m的范围内，将延迟3秒启动电动机带动传动链关门。（3）当关门中途的时候来人，单片机做出判断后，立即开门：当启动电动机带动传动链关门时，感应探头突然检测到在离门3m的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机带动传动链开门。

一、硬件设计具体方案

本次设计将整体系统分为五个模块，其中包括控制核心模块：51单片机模块，人体红外传感器检测模块，步进电机驱动模块，步进电机模块，开关门状态显示模块。自动门控制系统是利用控制核心部分通过检测传感器输入的信号进而控制电机通断的系统，门的概念人尽皆知，它用以控制人的通过情况，所以对于它的要求也特别严格，不仅要求它平稳和快速以及冲击力小最重要的是要安全可靠，防止出现夹伤等意外情况，那么从元件的选择到系统的设计都必须从控制和安全的角度去分析，所以本次设计特意添加了显示模块和电机行程分块设计。

（一）具体电路设计方案

二、软件系统的设计

（一）总体设计方案

本次设计需要达到的功能是：人体红外传感器模块一旦检测到有人靠近，此时中断T0触发，程序进入外部中断T0，执行完整地一次开门动作，其中基于安全考虑，本次设计将开门和关门动作分成两个部分，前面半个部分采用快速开门和快速关门方式，当门走到一半以后，则采用减速的方式，这样可以防止夹伤。当等待3秒后，程序跳出中断服务程序，开始执行关门函数。若在关门过程中，又有人靠近，将会触发中断T0信号，中断T0信号一旦出现，则关门程序被清除，再次执行中断服务程序，并从关门的位置重新开启，如此循环。

（二）软件的具体设计

程序中主要用到的知识点有：单片机外部中断、定时器、步进电机的驱动方式和角度计算、LED灯的点亮熄灭等。其中，外部中断尤为重要，如果单纯把人体红外模块的检测信号通过普通IO口检测，这将会产生有人接近自动门反应迟钝或夹人的严重后果。另外，计算步进电机走过的距离也是一个要点，需要精确计算才能确保电机在一个完成的开门或关门动作中刚好走过360°。

（三）软件设计中的优化问题

软件是硬件的灵魂，没有软件的运行，整个系统将无法运转，就像人的大脑没有任何想法，也就不会做出任何动作，然而软件设计的优化问题就是要找出一种适合于本系统的设计方法，本次设计其中之一的优化就是用单片机的中端口而不是其他的IO口去连接传感器这样增加了系统的灵敏性，使整个系统在有行人通过的时候可以立马检测到，并且做出开门动作。

三、总结

科技的发展，是为了人类带来便利，尤其是智能化时代的到来，各种领域对智能化的要求也都越来越高，本次设计源于对周围世界的观察加上自身从事电子行业，该设计从硬件设计到软件设计都力求达到最简单，最实用，最方便的目的，同时成本较低，最重要的是可以给人们带来很多方便：门在人通过以后自动关闭，能节约室内的空调资源，能减少外部灰尘进入室内，同时这样的设计用于一些商场门口或是写字楼将大大提高建筑物的档次。

参考文献

[1]李钟慎.采用单片机控制的红外自动门.[J].制造业自动化.2008（01）.

[2]刘志刚.丁朋林.郝长海.《自动门控制系统》.[J].电子测量技术.2005（6）.

[3]沈红卫.《基于单片机的智能系统设计与实现》.[J].电子工业出版社.2005.

[4]宋学松.李冬明.崔长胜.《手把手教你学51单片机》.[J].C语言版.清华大学出版社.

（作者单位：湖南人文科技学院 信息学院）