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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步进电源。
(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。
(6) 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。 驱动控制系统的组成:
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,其方框图如图2.7所示。
图2.7 驱动控制系统图
脉冲信号 信号分配 功率放大 步进电机 负载 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:
反应式步进电动机控制换相顺序: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。三相六步进电机工作方式通电换相的正序是A-AB-B-BC-C-CA;反序A-CA-C-BC-B-AB;共有八个通电状态[10]。
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第3 章 硬件设计
第3章 硬件设计
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(单片机):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) 红外感应探测器: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脉冲信号。
(3) 步进马达:提供开门与关门的主动力,控制门扇加速与减速运行。 当门扇要完成一次开门与关门,其工作流程如下:
红外感应探测器探测到有人进入时,将信号传给主控器,主控器判断后通知电机运行。电机得到一定运行信号后做正向运行,将动力传给同步带,步带转动一段时间后,马达反转,自动门关闭。
3.1 基本单片机系统
这是自动门系统的控制核心, 一般情况下以单片机片内的基本硬件资源为主,有必要时再扩展部分外部器件。
图3.1 单片机最小系统图
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在本设计中需要完成的控制比较简单,以单片机片内的基本硬件资源完全可以实现,因此不需扩展。其单片机电路图如图3.1所示。
3.2 热释电红外检测电路
这是自动门系统的检测核心。电路图如3.2所示。电路采用热释电红外传感器及BISS0001组成的检测系统。在图3.2中,采用红外传感器进行接收人体红外信号,接收到的信号在经过R7、C5进行隔交(去除交流干扰)、限幅,整流输入到BISS0001的14管脚,经14,15管脚一级放大后由16口输出。输出信号由电阻R11和电容C6进行耦合,然后由13管脚输入,二级放大,由12管脚输出。再经双向鉴幅,状态控制器,从2端口输出。经过处理后由2管脚输出。8,11管脚接电源,7管脚接地。10管脚为运算放大器偏置电流设置端,外接较大的电阻。3,4管脚为延迟端口,由Rl6,C10来完成延时。输出延迟时间Tx由外部的R15和C11的大小调整,值为Tx≈24576xR15C11;5、6管脚为封锁端口,由R15,C11组成,触发封锁时问Ti由外部的Rl6和C10的大小调整,值为T1≈24xR16C10。9端口为触发禁止端。当Vc
图3.2 热释电红外检测电路
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第3 章 硬件设计
3.3 步进电机电路
这是自动门系统的运动执行核心。电路采用五线四相步进电机和驱动芯片ULN2003A组成。在图3.3中,采用ULN2003A作为驱动芯片从而组成驱动电路,并以此来驱动步进电机运转,驱动电路输出部分连接四个LED灯来显示四相的运行情况,以便直观的看出电路的输出是否出现问题,是否有缺相漏相的情况,从而更加容易做出调整。电路图如图3.3所示。
图3.3 步进电机电路
3.4 控制电路
这是自动门系统的人工控制核心。包括手动操作与自动执行的切换开关S1,以及手动操作时的正转开门开关S2和反转关门开关S3。电路图如图3.4所示。
图3.4 人工控制电路
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第4章 软件设计
本系统的软件设计面向硬件,选用C语言编程。最主要部分是单片机控制电机转动(包括正转反转)和时间的延迟。
本设计考虑实际生活中的应用,需要有安全性和可靠性。根据实际生活中对自动门的具体要求,本课题所设计的自动门应由以下功能:
1.为了便于维护,自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭,单片机动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。
2.当自动门出现夹人现象时,可闭合紧急停止开关,自动门自动进入开门过程。
4.1 整体顺序流程图
工作流程图如图4.1所示。
开始 初始化 信息采集 有人 电机正传 开门 无人延时控制 中途有人 无人 电机反转 关门 图4.1主程序流程图
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