单片机实例分享，红外感应自动移门的设计

红外感应自动移门无需人工干预，全自动运行，运转时平稳、安静。其高可靠性使得它适用于许多场合，是方便和舒适的理想产品。

红外感应自动移门由以下7部分构成。

(1)主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的单片机，发出相应指令，指挥电机或电锁类系统工作。人们还可以调整自动感应门门扇的开启速度、开启幅度等参数。

(2)感应探测器：可以采用红外、激光或超声波等探测器。目前主要采用红外探测器，负责采集外部信号，如同人们的眼睛。当有移动物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个启动信号。

(3)动力电机：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速或减速运行。

(4)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。

(5)门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使门扇按特定方向行进。

(6)同步皮带(或三角皮带)：这是用于传输电机所产生的动力，牵引门扇吊具走轮系统。目前大部分产品使用同步皮带。

(7)下部导向系统：这是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时前后摆动。

工作过程

上电后，红外感应自动移门先进行初始化工作：以学习速度缓慢开门，撞墙后停下，并清除长度计数器。然后，以学习速度缓慢关门，门关拢后停下，将测得的正确行程(开门或关门长度)存入单片机的EEPROM，从而进入待机状态。

在待机状态下，如果红外感应探测器探测到有人进入，便输出一个启动信号给主控制器。主控器得到此信号后，控制电机运行，同时监控电机转数(开门长度)，以便控制电机在什么时候加速、什么时候匀速、什么时候减速运行。电机得到一定运行电流后，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，完成一次开门过程。

自动感应门扇开启后，由控制器作出判断，如较长时间没有探测到人员进出，则通知电机反向运动，关闭门扇。

一次开门与关门过程中，电机的转速变化分析如图1.1所示。

在待机状态时，操作员可以输入红外感应自动移门的相关工作参数，见表1.1。

表1.1 红外感应自动移门的相关工作参数

图1.1 一次开门或关门过程中，电机的转速变化

系统方案设计

红外感应自动移门的主控制器由单片机控制器、数码管显示器、直流电机推动-驱动电路、速度信号反馈电路、继电器控制电路、按键输入电路、用户状态设置电路、红外线感应探测器及电源等组成，如图1.2所示。

图1.2 红外感应自动移门主控制器的构成

图1.3 遮断式光电开关的电路图

为了控制开门长度，我们需要监控电机转数，因此需要取得电机的旋转脉冲。常用的元器件为光栅式编码器，为了降低成本，我们使用遮断式光电开关(见图1.3)和自制的光栅盘构成转速信号反馈组件，如图1.4所示，光栅盘上的透光孔依需要可打8～24个。

在不明显降低使用寿命的前提下，为了降低成本，可以选用优质的24V有刷电机。这样，电机的控制芯片就可使用目前很流行的LMD18200。LMD18200是美国国家半导体公司的单通道直流电机驱动芯片，在12～60V电压下，可输出高达3A的电流，可以驱动一个较大功率的直流电机或步进电机。它内部集成有续流二极管，并有一个电流检测反馈输出，过热时能自动关断。它具有一个方向引脚和一个PWM信号输入引脚，制动引脚输入支持再生制动。只要PWM信号的频率低于1kHz，芯片内部的电容就足以让电荷泵为H桥集成功放电路上的MOS场效应管提供较高的电压。当PWM信号频率高于1kHz时，引脚1和引脚2之间、引脚10和引脚11之间，需要各加一个0.01μF的电容。LMD18200的典型应用方式如图1.5所示。

电路设计

由于红外感应自动移门的主控制器电路比较复杂，我们采取了层次化设计，共分为cpu&relay、sen&in、power 三个子电路(层次)，子电路之间的连接方法如图1.6所示。

1.cpu&relay 子电路

cpu&relay子电路如图1.7所示。单片机控制器IC101是整个系统的核心，负责整个红外感应自动移门的运行，这里使用功能强大、高性价比的ATmega16L，有效利用了它的片上资源。IC102为3位的数码管显示器，用来显示按键输入。SW101～SW103为按键输入电路。JP102为调试使用的JTAG仿真口。JP101为短路所用的双排针，用于选择是否启用JTAG仿真。继电器K101、K102用于通/断驱动电机的32V电压及锁停门扇。

图1.4 转速信号反馈组件示意图

图1.5 LMD18200的典型应用

图1.6 子电路的连接

2. sen&in 子电路

sen&in子电路如图1.8所示。IC201为高速光电耦合器，它将直流电机旋转编码器输出的15V脉冲信号转换为5V脉冲，送入单片机处理。JP202、JP203连接到用户状态设置面板上。用户状态设置面板由两把钥匙控制，其中一把钥匙控制锁停门扇，另一把钥匙控制自动移门的8种工作状态。IC202～IC205为光电耦合器。门外侧的红外感应探测器1的输出信号加到JP203的1号脚，门内侧的红外感应探测器2的输出信号加到JP202的6号脚。红外感应探测器的作用是探测是否有人靠近自动移门，一旦有人靠近，会输出一个低电平。IC206为美国国家半导体公司生产的直流电机专用推动电路LMD18200，单片机发出的调宽脉冲信号经PWM端输入，OUT1、OUT2端即输出对应的直流电机调宽推动脉冲。SACE端为刹车信号控制端，加高电平后实现直流电机的紧急刹车。FA端为正反转控制端，高电平控制电机正转，低电平控制电机反转。LMD18200的输出端扩展了以VT205～VT208为分立元件构成的直流电机桥式驱动器，功率余量大，性能稳定。R236、VT208、VT209等构成电机堵转检测电路，当检测门扇全开或全关时(这时电机产生堵转)，光电耦合器IC208导通，产生一个低电平给单片机。

图1.7 cpu&relay 子电路图

3. power 子电路

power子电路如图1.9所示。T301为控制变压器，次级共有4个绕组，经整流、滤波后，得到15V DC OUTPUT、12V DC OUTPUT、5V DC OUTPUT、SAMP OUTPUT 四组直流电压，供应红外感应自动移门的主控制器电路工作。其中SAMP OUTPUT目前未使用，留待将来系统升级时使用。T302为主变压器，其次级24V AC经整流、滤波后，得到32V DC供应直流电机工作。

设计完成的红外感应自动移门控制器PCB如图1.10所示。