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自动门设计
作者:xinwenguanli    发布于:2015-05-08 16:04:54    文字:【】【】【
自动门设计    在需要的地方,自动门可以安装辅助光线传感器(红外对射保护装置),当门打开时,人站着不动,用手遮挡辅助光线传感器,门应该保持打开状态。当手离开后几秒后,门应该重新关闭。综上所述,自动门在很多领域具有不可比拟的优越性,随着国民经济的快速发展,自动门在我国已经迎来了快速发展的黄金时期。        自动门构造的技术参数       一 主要的技术指标:       技术指标 单门 双开门        门重量 130kg×1扇 100kg×2扇       导轨长度 2000~5000mm       开门速度 200~450mm/秒(可调)       闭门速度 200~450mm/秒(可调)       慢行速度 30~50mm/秒(可调)        开门时间 开门静止后1~10秒的范围内(可调)       控制器 高速智能电脑处理器控制       马达 DC24V 40W无刷步进电机       电源电压 AC220V 50Hz       消耗功率 100W        手动开启力 3.5公斤以下        安全功能 开闭时遇到障碍物能立即开启,晚间转换到报警功能       使用环境 -20℃~+50℃       二、主要构造部件       部件 特性        智能控制器 自动检测门的重量、宽度,使门保持在最佳运行状态       步进电机 高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热       皮带 高效同步齿型带,防止打滑,保证平稳运行       吊架 用于运动门扇的悬挂,安全可靠       铝槽 高强度设计,承重不变型       第2章 系统硬件设计       2.1 系统硬件总体逻辑设计        感应自动门的种类很多,在此,仅以平移型感应自动门机作为设计的重点。首先,平移式自动门机组由以下部件组成:          (1) 主控制器:它是自动门的指挥中心,通过内部编有指令程序的大规模集成块,发出相应指令,指挥马达或电锁类系统工作;同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。          (2) 感应探测器:负责采集外部信号,如同人们的眼睛,当有移动的物体进入它的工作范围时,它就给主控制器一个电信号;          (3) 动力马达:提供开门与关门的主动力,控制门扇加速与减速运行。          (4) 门扇行进轨道:就象火车的铁轨,约束门扇的吊具走轮系统,使其按特定方向行进。         (5) 门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇,同时在动力牵引下带动门扇运行。          (6) 同步皮带(有的厂家使用三角皮带):用于传输马达所产动力,牵引门扇吊具走轮系统。         (7) 下部导向系统:是门扇下部的导向与定位装置,防止门扇在运行时出现前后门体摆动。  当门扇要完成一次开门与关门,其工作流程如下:  感应探测器探测到有人进入时,将脉冲信号传给主控器,主控器判断后通知马达运行,同时监控马达转数,以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行,将动力传给同步带,再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启;门扇开启后由控制器作出判断,如需关门,通知马达作反向运动,关闭门扇。
2.1.1 8051单片机        一、AT89C51引脚说明         图2-1 是AT89C51的引脚图,引脚说明如下        VCC`  AT89C51电源正极输入,接+5V电压。GND  电源接地端。           XTAL1 接外部晶振的一个引脚。在单片机内部,它是一反相放大器输入端,这个放大器构成了       片内振荡器。它采用外部振荡器时,些引脚应接地。     XTAL2 接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时,则此引脚接外部振荡信号的输入。这里面的设置晶振频率是16Hz则一个机器周期为2uS。       RST  AT89C51 的复位信号输入引脚,高电位工作,当要对芯片又时,只要将此引脚电位提升到高电位,并持续两个机器周期以上的时间,AT89C51便能完成系统复位的各项工作,使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。         ALE/PROG  ALE 是英文“ADDRESS LATCH ENABLE”的缩写,表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时,ALE 信号负跳变来触发外部的8位锁存器 (如 74LS373),将端口P0的地址总线(A0-A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间,ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的 1/16,因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间,将以1/12振荡频率输出。    EA/VPP 该引脚为低电平时,则读取外部的程序代码 (存于外部 EPROM 中)来执行程序。  PSEN 此为“Program Store Enable”的缩写。访问外部程序存储器选通信号,低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时,每个机器周期产生二次PSEN 信号。在执行片内程序存储器指令时,不产生PSEN信号,在访问外部数据时,亦不产生PSEN 信号。     P0  P0 口(P0.0~P0.7)是一个 8 位漏极开路双向输入输出端口,当访问外部数据时,它是地址总线(低 8位)和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时,则作一般双向 I/O 口用。P0 口每一个引脚可以推动 8个LSTTL负载。     P2  P2 口(P2.0~P2.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口),当访问外部程序存储器时,它是高8 位地址。外部不扩展而单片应用时,则作一般双向 I/O 口用。每一个引脚可以推动 4个LSTL负载。     P1  P1 口(P1.0~P1.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口),其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。     P3  P3 口(P3.0~P3.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口),它还提供特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下:        P3.0  RXD串行通信输入        P3.1  TXD串行通信输出         P3.2  INT0 外部中断 0输入,低电平有效        P3.3  INT1 外部中断 1输入,低电平有效        P3.4  T0计数器 0外部事件计数输入端        P3.5  T1计数器 1外部事件计数输入端         P3.6  WR外部随机存储器的写选通,低电平有效        P3.7  RD 外部随机存储器的读选通,低电平有效        2.1.2 步进电机模块与驱动        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的非常的简单。
      2.1.2.1 步进电机        步进电动机是纯粹的数字控制电动机:它将电脉冲信号转变成角位移.即结一个脉冲信号,步进电动机就转动一个角度.因此作常适合于单片机控制。近30年来.数字技术、计算机技术和水磁材料的迅速发展.推动厂步进电动机的发展,为步进电动机的应用开辟了广闹的前景。       步进电动机有如下特点。        1、步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比具有良好的跟随型。以由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单、廉价,又非常可靠。同时.它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭外数控系统。        2、步进电动机的动态响应快。易于起停、正反转及变速。        3、速度可在相当宽的范围内平滑调节。低速下仍能保证获很大转矩,因此,一般可以不用减速器而直接驱动负载。        4、步进电动机只能通过脉冲电源供电才能远行。它不能直接使用交流电源和直流电源,       5、步进电动机存在振荡和失步现象.必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。       7、步进电动机自身的噪音和振动较大.带惯性负载的能力较差。 步进电机工作原理  将A相断电。同时将Kb合上,使处于1/3个齿距角的B相通电,并建立磁场。转子在电磁力的作用下,向与B相成对齿的位置转动。其结果是:转子转动了1/3个齿距角,B相与转子形成对齿:C相与转子错1/3个齿距角;A相与转子错2/3个齿距角;        相似地.在B相断电的同时,合开开关Kc给C相通电建立磁场。转子又转动了1/3个齿距角。与C相形成对齿,并且A相与转子错1/3个齿距角;B相与转于错2/3个齿距角。        当C相断电。再给A相通电时,转子又转动1/3个齿距角。与A相形成对齿,与B、C两相形成错齿。至此,所有的状态与最初时一样.只不过转子累计转过了一个齿距。        可见,如于按A-B-C-A顺序轮流给各相绕组通电,磁场按A-B-C方向转过了360度。转子则沿相同方向转过一个齿距角。        同样。如果改变通电顺序,即按与上面相反的方向(A-C-B-A的顺序)通电,则转子的转向也改变。       如果对绕组通电一次的操作称为一拍,那么前面所述的三相反应式步进电动机的流通电就需要三拍。转于每拍走一步.转一个齿距角需要3步。        转子走一步所转过的角度称为步距角,θN可用下式计算 式中 N--步进电机工作拍数。        自动门设计选用的是三相六拍的工作方式,即:步进电动机的正转通电顺序为:A-AB-B-BC-C-CA;反转通电顺序为:A-AC-C-CB-B-BA。磁场旋转一周。通电需要换相6次(即六拍),转子才转动一个齿距角。       如于转子转动一个齿距角要六伯。根据上式,六拍工作时的步进精度要高。六拍工作时,各相通电的电压和电流波形如下图所示。可以看出.在使用六拍工作方式时,有三拍是单相通电,有三拍是双相通电;对任一相来说,它的电压波形是一个方波,周期为六拍。其中毛三拍连续通电,有三拍连续断电。 六拍工作方式相电压电流波形         2.1.2.2 驱动控制系统组成        使用、控制步进电机必须由环形脉冲,功率放大等组成的控制系统,其方框图如下:   1、脉冲信号的产生与分配。        步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中,控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下。       控制换相顺序        步进电动机的通电换相顺序严格安照步进电动机的工作方式进行。通常我们把通电换相这—过程称为
脉冲分配。三相六拍步进电机工作方式通电换相的正序是A-AB-B-BC-C-CA;反序为A-CA-C-BC-B-AB;共有八个通电状态P1口输出控制信号,0表示绕子通电,1表示绕子断电,则可以用六个字来表示六个通电状态。这六个字表示如下表:        通电状态 P1.2(C) P1.1(B) P1.0(A) 控制字       A 1 1 0 06H       AB 1 0 0 08H       B 1 0 1 09H       BC 0 0 1 01H       C 0 1 1 03H       CA 0 1 0 02H
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