基于单片机的红外线自动门控制

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1、东北石油大学本科生毕业设计（论文） 摘 要 随着科技的不断发展，自动门在人们日常生活中断得到了广泛的应用，同时对其安全性及各方面的性能的要求越来越高。自动门的控制系统是随着人们对生活条件的不断追求，科技的不断发展应运而生的高科技产品。由于单片机系统的适应能力强，稳定性高，所以本设计采用STC89C52 单片机作为主控制器。 本次设计是红外线自动门控制系统，使用红外线传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外线能量变化，将其转化为电信号，传给单片机，步进电机作为门驱动装置。通过单片机控制电机，使门自动打开，当人进门后又可以使门自动关闭。在开门时可以调节开门的速度，在关门时有防夹功能。另外本设计也可监

2、测门内的温湿度并显示。本课题主要实现红外线检测和基于STC89C52的单片机控制系统。 关键词：单片机；热释红外线传感器；主控制器 Abstract With the continuous development of science and technology, automatic doors in the interrupt has been widely used, peoples daily life and every aspect of its safety and performance requirements more and more high. Automatic do

3、or control system is along with the people of the pursuit of better living conditions, the continuous development of science and technology arises at the historic moment of high-tech products. Because of the single chip microcomputer system adaptable, high stability, so this design uses the STC89C52

4、 single-chip microcomputer as the main controller.Is this design infrared automatic door control system, the use of infrared sensors as sensor that detects human radiation of infrared energy changes, and convert it into electrical signals, to the step motor as drive door through the single-chip micr

5、ocomputer control of the motor, the door opens automatically, when people after taking the door, can make the door shut down automatically. Can adjust the speed of the door when open the door, close the door when in the clamp function. In addition, our design can also be used in the monitoring of th

6、e gate of temperature and humidity and display.This topic is mainly to realize that infrared detection, and other based on STC89C52 single-chip microcomputer control system. Key words: singlechip; pyroelectric infrared sensors; main controller目 录 第1章 概述1 1.1 课题研究的可行性1 1.2 自动门的发展1 1.3 电机自动控制系统的应用和发展2

7、 1.4 课题研究的目的和意义3 1.5 课题研究的要求和思路4 1.6 毕业设计所要实现的功能4 第2章 系统硬件设计5 2.1 设计电路的框图和原理5 2.2 单片机介绍6 2.3 热释电红外传感器介绍10 2.4 BISS0001芯片介绍和典型电路11 2.5 步进电机15 2.6 温度传感器DS18B2016 2.7 湿度传感器DHT1120 2.8 液晶显示模块22 2.9 ISD1760多段语音录放芯片26 2.10 本章小结28 第3章 系统软件设计及硬件调试29 3.1 各部分程序流程设计29 3.2 单片机的编程（程序见附录）31 3.3 硬件电路图33 3.4 硬件电路调试

8、34I 3.5 本章小结35 结 论36 参考文献37 致 谢38 附 录39I东北石油大学本科生毕业设计（论文） 第1章 概述1.1 课题研究的可行性在不断发展的当今社会科技化、信息化程度越来越高，单片机的应用领域也就越来越广，成为人们生活不可或缺的一部分。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。在本次毕业设计中，利用红外线感应的元器件感应到人体的存在之后控制步进电动机的运行，在红外线感应到人的存在时，会产生相应的高低电平，之后传入单片机，单片机对此产生相应的控制信号控制单片机的运行。通过

9、分析，此次毕业设计在理论上是完全可行的。本论文着重阐述了以单片机为主体，步进电机、传感器为核心的系统。1.2 自动门的发展 自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。自动门指：可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。 自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。到了1962年，电气式己开始出现，

10、之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。 21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。在不断发展和完善的过程中，门的高级形式自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门。对于我们国家来说，在控制方面我们和欧美发达国家在技术上还有很大的差距，但是让我

11、们欣喜地是我们国家在这方面已经做出了很大的进步，差距总归是有的，但是通过我们持之不懈的努力我们和他们的差距会越来越小的。1.3 电机自动控制系统的应用和发展电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱、空调、DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法

12、，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放大与调整后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作

13、台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。目前，伺服技术正朝着交流化、数字化的方向迅速发展。随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微型计算机的性能越来越高，价格也越来越便宜。此外电力电子技术的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制各类电机完成备种新颖的、高性能的控制策略，是电机的各种潜在能力得到充分发挥

14、，是电机的性能更符合使用要求，还可以制造出便于控制纳新型电机，使电机出现新的面貌。比较简单的电机微机控制，例如在适当的时候让电机启动、制动或反转之类，只要让微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了。在各种机床设备及生广流水线中，现在已普遍采用微机的可编程控制器。按一定的规律控制各类电机的动作。至于复杂的控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等，使电机按指定的指令准确工作。通过微机控制，电机的性能有很大的提高。例如传统的直流电集合变流电机各有忧缺点，直流电动机的调速性能好。但带有机械按向器，有机械磨损及换向火化等问题；交流电动机，不论是异步电动机还是同步电动机，结构

15、都比直流电动机简单。工作也比直流电动机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，他们的速度不能方便而又经济的调节。交流电动机采用正弦脉宽调制方式进行变额调速是比较理想的，但若要用普通的模拟电路或数字电路完成这任务，电器相当复杂用微机控制就简单多了。若要进一步调节精度及动态性能，可采用矢量控制方案，它的调速性能将与直流电动机相当。但矢量控制比较复杂，用传统的模拟电路或数字电路根难做到，而应用微机控制。则能方便的实现。为了提高性能在先进的数控交流伺服系统中，已采用高速数字信号处理芯片，指令执行速度达到每秒数百兆以上，且具有适合于矩阵运算的指令。复杂的电机微机控制主要用于以下两个方而：第一，发电机励磁系统的

16、控制。用以保证正常工作时发电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定，达到优化控制的目的。第二，电动机调速及其位置伺服控制。用于鼓风机或水泵的调速节能、数控机床、微型计算机磁盘驱动器、机器人等控制系统。 在电机微机控制系统中，微机主要完成下列工作：第一，实时控制。根据给定的要求驶控制规律，对发电机的电压，电动机的转速等物理量实现在线实时控制。第二，监控。完成事故报警、事故处理、系统诊断及管理等。第三，数据处理 完成必要的数据采集、分析处理、计算、显不、记录等。1.4 课题研究的目的和意义自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中自动平移

17、门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门。 自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。随着电子科技的不断发展, 各种智能控制系统进入人们的生活。自动平移门控制系统成为学校、公司等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。1.5 课题研究的要求和思路对于本次毕业设计，结合了我们大学四年所学的很多知识，可以说是对大学四年我们所学知识的回顾和总结，要圆满

18、的完成此次毕业设计，必须对以前所学的知识全面的复习，还要对新知识点的学习和掌握。为了此次毕业设计应该做到以下几点。第一，了解各种元器件的原理及其在电路中的作用，绘制出电路原理图。第二，查阅相关资料，了解有关自动门设计的一些必要的知识。第三，复习在学校里所学的知识，并借鉴和阅读相关的设计从中找出灵感和思路。1.6 毕业设计所要实现的功能本次毕业设计主要是实现以下功能。功能一：有人来时（进门或出门）开门。当人走到离门不远的时候时，安装在门上侧的热释红外线传感器信号检测装置检测到有人时，启动电动机实现开门。功能二：无人时关门延迟,当热释收发装置没有检测到有人在离门一定的范围内，将延迟启动电动机关门。

19、功能三：关门中途来人，立即开门。当启动电动机关门时，感应探头突然检测到在离门一定的范围内有人，则立即停止电动机关门，启动电动机开门。 功能四：防止夹伤乘客的防夹功能，当门在关闭时，如果有人被夹，则会马上开门，这时人可以从门中离开，之后便会关门。 功能五：控制门开关速度的电动机具有变速功能，通过调速按钮，可以适当的调节开门时的电动机的转速，进而控制开门的速度。功能六：语音播报功能，在开门和关门之前会有相应的关门语音提示。功能七：当前温度和湿度检测并在1602液晶上显示。总体结构图如下图1-1：自动门防挤调速，语音播报自动门控制人体信号热释电红外线传感器DS18B20温度传感器测量温度门内环境DH

20、T11湿度传感器测量湿度温度湿度测量结果在液晶1602中显示光学系统（菲涅尔透镜）图1-1 总体结构图第2章 系统硬件设计2.1 设计电路的框图和原理红外自动门控制系统的硬件组成，本系统主要由STC89C52单片机及其外围电路、红外检测电路，门挤压检测电路、步进电机控制电路、语音播报电路、步进电机调速电路、温度湿度测量、温湿度显示电路部分组成。单片机循环检测红外检测电路和门行程检测电路输出信号，据此产生步进电机控制信号，电动机带动门运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应的控制方式。如门在关门过程中遇到人或其他障碍物时门无条件朝相反方向打开，当系统出现故障，进入故障处理程序。系统硬件

21、框图如图2-1所示。 STC89C52 单片机红外线感应挤压检测电机调速语音播报温度测量湿度测量温湿度显示控制方式切换 图2-1 系统硬件框图 图2-1 红外线自动门控制系统硬件图框图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。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做出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。 2.2

22、单片机介绍单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，即将运算器，控制器，输入输出接口，部分存储器以及其他一些逻辑部件集成在一个芯片上，故可以把单片机看成是一个不带外部设备的微型计算机，相当于一个没有显示器，没有键盘，不带监控程序的单板机。 单片机在各行各业中都有广泛的应用，尤其是在工业控制方面的应用最为广泛，单片机的应用代替了很多用到人的地方，大大提高了工作效率。STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用AT

23、MEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中AT89C2051是它的一种精简版本。STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2-2所示。图2-2 STC89C52外形及引脚图2.2.1 STC89C52管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原

24、码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外

25、部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。在实际应用中，大多数情况下都使用P3口的第二功能。P3.0 RXD：串行输入口P3.1 TXD：串行输出口P3.2 /INT0：外部中断0P3.3 /INT1：外

26、部中断1P3.4 T0：记时器0外部输入P3.5 T1：记时器1外部输入P3.6 /WR：外部数据存储器P3.7 /RD：外部数据存储器 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号，单片机的P3口不同于单片机的其他I/O口，作为一个特殊的I/O端口P3口有着与其他的I/O端口所不具备的第二功能。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时，则单片机会复位，因此RST端口作为单片机的复位端口。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲

27、信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。PSEN信号的出现，选通外部程序存储器，存储器将相应的地址单元的内容送出至数据总线，供CPU读取。PSEN端和ALE

28、端具有同样的驱动能力。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。MCS-51单片机有四组8位并行输入/输出口P0P3，供32个输入/输出引脚。端口引脚为P0.0P0.7、P1.0P1.7、P2.0P2.7、P3.0P

29、3.7。80C52单片机有4个并行的IO口即P0、P1、 P2 、P3 ，每一个端口有8条IO口线80C52单片机还有1个全双功能的串行IO口，可以和主机进行远距离通讯。该串口有2条线即发送数据线和接受数据线。单片机内部的四个8位端口的内部结构各不相同，所以对应的其中的功能也随之有所差别，P0口作为特殊的I/O的端口其内部的电路结构决定着其余其他的端口的不同，单片机内部的四个8位端口的功能：P0口：P0口可作为输入/输出口，但在实际应用中常作为地址/数据总线口，即低8位地址与数据线分别为P0口。P1口：P1口的每一位都能作为可编程输入或输出线。P2口：P2口可作为输入口或输出口使用，外接I/O

30、设备时，又作为扩展系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。P3口：P3口为双功能口。作为第一功能使用时，其功能同PI口。当作第二功能使用时，每一位功能定义如表2-1所示。表2-1 P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0输入线）P3.3INT1（外部中断1输入线）P3.4T0 （定时器0外部输入）P3.5T1 （定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通信号输出）P3.7RD（外部数据存储器读选通信号输出）2.2.2 STC89C52主要特性与MCS-51兼容，寿命：1000写/擦循环，

31、数据保留时间：10年，全静态工作：0Hz-24H，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。以上讨论针对标准51系列单片机。标准51单片机就片内资源来说是不满足项目的硬件要求的。主要是因为程序和数据存储器的容量太小。其次，对于其他的很多功能，单片机来完成此项目来说51机的中断资源和运行速度也不令人满意。根据项目的任务及技术要求分析，结合上面列举的标准的51单片机系统的硬件资源，得到的结论是：标准的51系列单片机完成很多的项目任务有一定缺陷。标准的51单片机作为主控器的缺点分

32、析：51机的程序与数据存储器的容量小是核心问题，片上资源不足，需要外扩。随着单片机向片上系统方向的发展，单片机应用也从系统扩展工作方式向单片机最小应用系统方向发展，这是由单片机丰富的片内资源支持的。从设计理念上说，硬件设计越简单，使用器件越少，系统可靠性就越高。因此，综合考虑在做其他的很多项目的时候，51单片机并不一定就是首选。因为52单片机只比51单片机多了一个定时器T2，因此，编程时的头文件，reg52.h中也比reg51.h多了几行定义T2寄存器的内容除此之外两种单片机的开发板、引脚等都相同故将两种单片机放在一起进行介绍，对于51单片机和52单片机的区别在于其内部的存储器的大小，还有52

33、是51的增强型，S52比C51,定时器多一个T2（这个东东强悍的很），RAM多128B，ROM多4K，中断多了2个，多一个看门狗,在掉电、数据指针等方面还有一些改进。S52的最高外接晶振可以达到33MHz，C51大概只有24MHz。对于不同的单片机来说在工业应用中有着不同的用处。51/52单片机广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51/52系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51/52单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。51/52单片机的管脚也很有特点，大多数51/52单片机的管脚都大同小异。2.2.3 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定

34、位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，STC89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.3 热释电红外传感器介绍热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。为了提高探测器的

35、探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生微弱电压V。热释电效应所产生的电荷Q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时T=0，传感器无输出。若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器

36、也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。热释电红外传感器的结构及内部电路见下图所示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm-12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 热释红外线传感器内部结构与电路如图2-3所示。 图2-3 热释电红外线传感器的结构及内部电路热释电红外探头的优缺点：优点

37、：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。2.4 BISS0001芯片介绍和典型电路BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。它不仅能和热释电红外传感器

38、的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。它的内部是由运算放大器、电压比较器、与门电路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止电路等组成。BISS0001采用16脚标准型塑料封装结构。1脚（A）为触发方式控制端，当A1时电路可重复触发；当A0时电路则不可。2脚（V0）为控制信号输出端，当有传感信号输人时，V0输出高电平。3脚（RX）和4脚（CX）为输出定时控制器T，定时时间为：TX50103RXCX。5脚（Ri）和6脚Ci）为锁定时间控制器i的外接元件，锁定时间Ti24RiCi。7脚（VSS）为电源正端。8脚（VRF）为参考电压及复位端，使用时一般接VDD，若按SS，使定时器复

39、位。9脚（Vc）为触发禁止端，当VCVR时禁止触发；当VCVR时允许触发。10脚（IB）为偏置电流设置端，由外接电阻RB接SS端，RB一般取1M的电阻。11脚（VDD）为电源正、负端。12脚（OUT2）为第二级运放的输出端。13脚（IN2-）为第二级运放的反相输人端。14脚（IN1+）第一运放的同相输入端。15净（IN1-）第一运放的反相输入端。16脚（OUT1）为第一运放的输出端。2.4.1 BISS0001的内部结构及特点运算放大器将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器进行第二级放大，再经由电压比较器构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定

40、时器，输出信号VO经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。探头的窗口为长方形，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间距离有差值差值越大感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。BISS0001的特点：CMOS工艺，公耗低，数模混合，具有独立的高输入阻抗运算放大器，内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰，内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，采用16脚DIP封装，对于此芯片的工作电压范围宽（3V5V)。2.4.2 BISS001管脚图及管脚说明

41、BISS0001芯片采用16脚DIP封装，同时也有贴片式封装的形式和其他的芯片一样我们要正确的区分各个管脚的位置和作用。BISS0001管脚图如图2-4所示。 图2-4 BISS001管脚图BISS001芯片的每一个管脚都有着不同的功能和作用，当我们知道每一个管脚的具体位置之后，接下来我们要做的是对，芯片每一个管教的作用和功能了解和掌握，并会熟练应用在我们要做项目中。BISS001芯片管脚说明如表2-2所示。表2-2 BISS0001管脚说明引脚名称I/O 功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择。当A为“1”时允许重复触发反之不可重复触。2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo

42、输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161

43、OUTO第一级运算放大器的输出端2.4.3 BISS0001工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。当热释电红外传感器接收到人体红外辐射后输出检测信号，然后由14脚输入BISS0001经地内部电路处理，由2脚输出探测信号（正向脉冲信号）。输出脉冲信号的宽度由外接电阻R9和电容C6来决定。当2脚输出控制脉冲后，电子开关被接通，数字编码电路和无线电发射电路由于得到电源而开始工作。BISS0001应用线路图如2-5所示。 图2-5 BISS0001的热释电红外开关应用电路图上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。

44、当作为照明控制时，若环境较明亮，R的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间TX由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。在BISS0001的内电路中，上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放

45、大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器 COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。 2.5 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。其领域内各项技术的创新和应用都推动厂步进电动机的发展和进步，为步进电动机的在各个行业上的应用开辟了广阔的前景。2.5.1 步进电动机的特点步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术

46、的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 传统的机械速度和位置控制结构比较复杂调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。测速电机是将转速转换成电压，并传递到输入端作为反馈信号。 相较于其他电动机而言，步进电机有着其独特的特点和功能。第一，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。第二，步进电动机的动态响应快，易于起停正反转及变速。第三，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

47、速器而直接驱动负载。第四，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第五，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。第六，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。2.5.2 驱动控制系统的组成 使用和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，则有相应的驱动控制系统与之对应，其驱动控制系统方框图如图2-6所示。信号分配脉冲信号负载步进电机功率放大图2-6 驱动控制系统方框图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所述。对于反应式步进电动机控制换相顺序

48、，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，表示绕子断电，则可以用六个字来表示六个通电状态。对于三相六拍步进电机工作方式通电换相的脉冲分配，三相六拍步进电机工作时的这六个字表示步进电机的通电状态表如表2-3所示。表2-3 通电状态A11006HAB10008HB10109HBC00101HC01103HCA01002H 步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进

49、电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。在步进电机以三相六拍步进电机工作方式工作时控制电路模型如图2-7所示。P1.0P1.1P1.28951系列单片机A相驱动B相驱动C相驱动图2-7 控制电路模型2.6 温度传感器DS18B20 DS18B20是美国DSLLAS半导体公司推出的第一篇支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串型数字信号，并将信号传给单片机进行处理，此传感器的一个很大的特点便是单总线的结构。2.6.1 DS

50、18B20温度传感器特性对于DS18B20来说具有很多独有的特点。相较于其他的点球按键来说适应电压范宽，电压范围在3.05.5V，在寄生电源方式下可有数据线供电。具有独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围-55+125，在-10+85时精度为0.5。可编程分辨率为912位，对应的可分辨率温度分别为0.5，0.25，0.125和0.0625，可实现高精度测温。在9位分辨

51、率时，最多在93.78ms内把温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750ms内把温度转换为数字，显示速度快。测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。负压特性。电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.6.2 引脚介绍DS18B20有两种封装：三脚直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚贴片式，封装引脚不同代表DS18B20安装形式的不同，引脚封装图如图2-8所示。1234VQVDDNCNCGNDNCNCNC8765DS18B20123GND I/O VDD a）直插型 DS18B20 b)贴片型 DS18B2

52、0 图2-8 DS18B20引脚封装图DS18B20芯片的每一个管脚都有着不同的功能和作用，当我们知道每一个管脚的具体位置之后，接下来我们要做的是对，芯片每一个管脚的作用和功能了解和掌握，此处阿甘器在不同的应用场合会有着不同的作用，此传感器对温度的测量是有着其特殊的要求，测量不同的温度对应着不同的型号，并会熟练地应用在我们所要做的项目中。DS18B20的引脚定义如表2-4所示。表2-4 DS18B20引脚定义引脚定义GND电源负极DQ信号输入输出VDD电源正极NC空2.6.3 硬件连接DS18B20寄生电源供电方式，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高

53、电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。独特的寄生电源方式有三个好处：第一，进行远距离测温时，无需本地电源。第二，可以在没有常规电源的条件下读取ROM。第三，电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，该电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜

54、采用电池供电系统中。并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。DS18B20寄生电源强上拉供电方式。为了使DS18B20在动态转换周期中获得足够的电流供应，当进行温度转换或拷贝到E2存储器操作时，用MOSFET把I/O线直接拉到VCC就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到E2存储器或启动温度转换的指令后，必须在最多10US内把I/O线转换到强上拉状态。在强上拉方式下可以解决电流供应不足的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。DS18B20的外部电源供电方式，在外部电源供电方式下，DS18B20

55、工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用35.5V电源供电，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。2.6.4 工作原理 硬件电路连接好以后，单片机需要怎么样工作才能将DS18B20中的温度数据读取出来呢，下面将给出详细分析。首先我们来看控制DS18B20的指令。33H读ROM，读DS18B20温度传感器ROM的编码（即64位地址）。55H匹配ROM，发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问

56、单总线上与该编码相对应的DS18B20并使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读/写做准备。F0H搜索ROM，用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数，识别64位ROM地址，为操作个器件做好准备。CCH跳过ROM，忽略64为ROM地址，直接向18B20发温度转换命令，适用于一个从机工作。ECH告警搜索命令，执行后只有温度超过设定值上限或下限的芯片才做出响应。以上这些指令设计的存储器是64位光刻ROM。 64位光刻ROM中的序列号是出厂前被光刻好的，它可以看做该DS18B20的地址序列码。其各位排列顺序是：开始8位为产品类型标号，接下来48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面

57、56位的CRC循环冗余校验码（CR=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一条总线上挂接多个DS18B20的目的。 下面介绍以上几条指令的用法。当主机需要对众多在线DS18B20中的某一个进行操作时，首先应将主机逐个与DS18B20挂接，读出其序列号；然后再将所有的DS18B20挂接到总线上，单片机发出匹配ROM命令（55H），紧接着主机提供的64位序列（包括DS18B20的48位序列号）之后的操作就是针对该DS18B20的。 如果主机只对一个DS18B20进行操作，就不需要读取ROM编码以及匹配ROM编码了，只要用跳过ROM（CCH）命令，

58、就可以进行如下温度转换和读取操作。44H温度转换，启动DS18B20进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。48H复制暂存器，将RAM中第2,3字节的内容复制到E2ROM中。B8H重调E2ROM中内容回复到RAM中的第3，4字节。B4H读供电方式，读DS18B20的供电模式。寄生供电时，DS18B20发送0；外接电源供电时，DS18B20发送1。对于DS18B20温度传感器来说有着其相应的编程模式，由于采用单总线通讯方式，则其在与单片机通讯时就会因此而比肩简单，以上这些指令涉及的存储器为高速暂存器RAM如表2-5所示。表2-5 高速暂存器RAM寄存器内容字节地址温度

59、值低位（LSB）0温度值高位（MSB）1高温限值（TH）2低温限值（LT）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8高速暂存器RAM由9个字节的存储器组成。第01字节是温度的显示位；第2和第3个字节是复制的TH和TL，同时第2和第3个字节的数字可以更新；第4个字节是配置寄存器，同时第4个字节的数字可以更新；第5,6,7三个字节的保留的。可电擦出E2ROM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。DS18B20在出厂时默认配置为12位，其中最高位为符号位，即温度值共11位，单片机在读取数据时，一次会读2字节共16位，读完后将低11位的二进制数转化为十进制数后再乘以0.0625便为所测的

60、实际温度值。2.7 湿度传感器DHT112.7.1 DHT11产品概述 相对湿度和温度测量全部校准，数字输出，卓越的长期稳定性，无需额外部件，超长的信号传输距离，超低能耗4引脚安装，完全互换。 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便特殊封装形式可根据用户需求而提供。2.7.2 操作过程在连接实际电路时需对电路接口说明，建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。典型应用电路如图2-9图所示。VDDVDDGNDMCUDHT115KDATA123