基于单片机的红外遥控自动开门系统

胡斌 陈玉青 陈锋

摘  要：针对大学宿舍门没有外置门把的情况，当有同学忘带钥匙敲门必须走到门口开门，十分不便，文章设计了一种红外远程遥控自动开门系统。该系统以STC89C52单片机作为主控制器，主要运用红外遥控模块实现远程开、关门的功能，当接收到遥控端发出的开关门指令信号波，单片机输出对应的电脉冲信号控制步进电机正反转实现开、关门，同时LCD液晶进行实时状态显示。正常模式下，可实现门外人的进门请求，勿扰模式下门铃无法响应。

关键词：单片机;红外遥控;自动门;步进电机

中图分类号：TP368.12 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）22-0041-03

Abstract： University dormitory doorsusually have no external door handles， which might make it very inconvenient for some students to open the door for roommates who forget the keys. Thus， this paper designed an infrared remote control automatic door system. The system uses STC89C52 SCM（Single Chip Microcomputer） as the main controller， and mainly uses the infrared remote control module to realize the functions of remote opening and closing. When receiving the opening and closing instruction signal wave sent by the remote control terminal， the microcontroller outputs the corresponding electrical impulse signal to control the stepper motor to turn forward and backward to realize opening and closing. Meanwhile， the LCD displays the real-time status. Under normal mode， the doorbell can not respond to the door request.

Keywords： SCM （Single Chip Microcomputer）; infrared remote control; automatic door; stepper motor

引言

隨着科学技术的不断创新与进步，越来越多的科技创新产品应用于日常生活当中。而对于自动门这一设计，最常见的是位于大型商场、酒店等公共场所的平移式和旋转式自动门[1-2]。而随着科技的发展，目前也出现了具有自动报警、人脸识别和指纹解锁功能的自动门，由于价格较高，性能还有待提高并没有大规模的应用，所以自动门更多还是用于大型公共场所和高端场所，没有广泛运用于普通家庭中去[3]。而目前大学宿舍门主要存在的问题是没有外置门把，当有人敲门或忘带钥匙时需要门内的人走到门口开门，并且大部分宿舍是上床下桌的设计，给室内开门的人带来许多麻烦，基于此，本系统设计了一种应用于大学宿舍的，以单片机STC89C52作为主控制器，通过红外遥控发射和接收实现远程开、关门功能的自动门系统[4]，结构简单，造价较低，很好地解决了大学宿舍开门十分麻烦的问题。

1 系统总体方案设计

系统以STC89C52单片机作为核心控制器，用户可通过红外遥控按键发出相应指令的红外信号，位于门内的一体化红外接收头接收并经解码后送入单片机，单片机发出相应脉冲信号控制步进电机转动来实现远程自动开门的功能。同时设有按键门铃模块，当门外有人想要进门可以按下按键发出请求，同时门铃响起，门内的人可以自主判断是否同意进入并通过红外遥控控制。在勿扰模式下，门铃无法响应。系统主要组成框图如图1所示。

2 系统模块设计

2.1 单片机控制模块

单片机控制模块采用单片机最小系统，以STC89C52为核心控制器，可直接在线编译或通过通信串口进行编译。选用12MHz频率的内部时钟电路和按键复位方式。单片机最小系统模块电路图如图2所示。

2.2 红外遥控模块

2.2.1 硬件电路设计

红外遥控模块由红外发射部分和红外接收部分组成。发射部分采用一体化的红外遥控器，直接通过遥控按键发出红外信号。接收部分采用HX1838接收头，其内部包含红外接收二极管和高增益放大电路、滤波器、解调器，能实现对脉冲信号的接收、放大、滤波、解码[5]。它具有低功耗、高灵敏度的特性，最大红外遥控距离可达到15m，接收红外载波频率为38KHz。在与单片机的连接电路中，只需将红外接收头电源端通电接地端接地，输出端与单片机的外部中断P3.2口相连，下降沿触发外部0解码，由外部中断0控制步进电机的动作[6]。红外遥控模块硬件电路如图3所示。

2.2.2 程序设计

在红外遥控模块子程序中，通过下降沿触发外部中断0开始执行。由于红外发射的信号码由引导码和用户码组成，在触发中断后，单片机首先通过是否接收到了引导码来判断是否接收到红外信号。在接收完引导码后，开始接收真正的用户码。用户码包含32位的地址码、地址反码、数据码、数据反码，其中反码的设计有效提高了红外通信的准确率。由于采取的编码方式遵循NEC协议，用户码中二进制数字“0”和“1”的区别在于间隔时长[7]。在等待0.565ms脉宽过去，通过间隔的高电平时长来识别接收到的用户码，之后存入单片机的数据存储器中，定时器清零。

2.3 LCD液晶显示模块

2.3.1 硬件电路设计

系统选用LCD1602对开门关门以及勿扰模式进行状态显示。在硬件电路设计中将数据通信引脚D0-D7分别与单片机P0口相连，3个主要控制引脚分别与P2.5、P2.6、P2.7相连。LCD液晶显示模块电路图如图4所示。

2.3.2 程序设计

在单片机接收并处理了红外遥控模块的指令信息并驱动步进电机动作的同时，LCD1602液晶显示模块进行状态的显示。LCD液晶显示模块首先进行显示屏的初始化操作，初始化时要清屏并进行光标的复位，然后检测此时LCD是否处于在忙的状态，如果不处于忙的状态则通过发送地址码，相应地址位置光标闪烁并显示所设定的状态内容。

2.4 步进电机控制模块

2.4.1 硬件电路设计

为了实现自动开门和关门的效果，通过步进电机正反转驱动门上对应机械装置来代替人手的动作。系统选用28BYJ48步进电机作为执行元件[8]，选用ULN2003作为驱动芯片实现对单片机输出电流的放大。由于选用的是步进电机是四相驱动的，只需用到其中的4个输入端口和4个输出端口。具体连接电路图如图5所示。

2.4.2 程序设计

步进电机的运转是由脉冲信号控制的，每发出一个电脉冲信号，步进电机就转动一定角度。由于选用的是28BYJ48步进电机，它工作于八拍相序下，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，步距角较小，可实现的转动精度较高，更加精准地定位于自动门开关角度。在程序设计中，按照此步进电机的正反转相序，当发出开门指令时调用正转相序，关门指令即调用反转相序。

2.5 按键门铃模块

通过按键门铃模块实现门外人的进门请求，正常模式下，当有人按下按键发出进门请求，门铃响应，选用有源蜂鸣器实现门铃响应这一功能。按键门铃模块主要由按键、蜂鸣器、9012三极管和外接电阻组成，按键和蜂鸣器的响应通过所连接端口的高低电平来实现，这里预设为低电平有效，按键接在单片机P2.0口，蜂鸣器与P2.1口相连。具体硬件电路图如图6所示。

3 系统软件设计

软件部分采取模块化程序设计的方式，由主程序依次调用红外遥控子程序、LCD液晶子程序、按键门铃子程序、步进电机驱动子程序。而根据总体方案设计，系统的主要程序流程为：首先进行系统的初始化，对红外中断、LCD显示初始化，然后进入按键门铃模块进行按键的扫描及蜂鸣器的响应，在勿扰模式下即使按键按下蜂鸣器也不响应，正常模式下用户自主判断是否同意，并按下遥控按键发出相应红外信号，红外信号到达红外接收模块触发外部中断，进入中断服务子程序进行红外信号的解码与存储，单片机输出相应控制信号脉冲对步进电机正反转作出指示，并进入LCD液晶显示模块显示。系统主程序如图7所示。

4 结束语

本文是基于STC89C52单片机为控制核心的红外远程自动开门系统，系统设计分模块进行。其中核心模块就是红外远程遥控模块，采用红外一体化接收头和遥控器作为主要元件实现红外遥控的通信功能，提高了整个系统的稳定性，可用于实现大学宿舍的红外远程自动开、关门功能，具有很好的实用性和推广价值。在当今手机用量剧增的时代，手机的功能已经渗透到了生活的各大领域，本系统也可以加上手机APP控制模块，实现不受距离限制的远程自动开、关门，并且更好的解决了忘带钥匙的问题。

参考文献：

[1]郑小芹，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）：79-82.

[2]雷丽华.基于PLC控制的自动门系统[J].通讯世界，2019，26（03）：263-264.

[3]赵新华，李文萱.基于GSM的Arduino-Uno自动门远程报警和门锁系统设计[J].现代信息科技，2018，2（03）：26-27.

[4]王晓冬，赵明举，彭玉平.基于AT89C51智能红外遥控门系统的设计[J].信息通信，2016（07）：135-136.

[5]冯娟，李燕君.基于步进电动机的智能电动窗帘设计与实现[J].微特电机，2014，42（10）：86-88.

[6]侯卫周，顾玉宗.一款单片机系统控制的温控智能水杯设计[J].实验室研究与探索，2017，36（03）：70-74.

[7]张杨，刘思源，孙晶华，等.基于红外遥控的三基色LED调光调色实验教学系统[J].实验技术与管理，2019，36（07）：72-77.

[8]崔承毅，王开宇，赵冠男，等.基于能力培养的单片机控制系統设计[J].实验室研究与探索，2018，37（09）：143-146.