自动门控制器的电路设计方案分析与研究

摘 要：随着社会的不断进步，人们不断去追求舒适，方便的生活环境。于是相应的电子产品产生，自动门同样出现在人们的生活中。随着门的技术、性能日趋成熟、完善，它被广泛应用在政府机关、银行、医院、商业、工业等不同行业，改善了人们的生产生活条件。自动门的控制方式日趋多样化，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，给控制器一个开门信号，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。本文主要针对自动门控制器的内部电路设计进行了方案的论证与研究。

关键词：自动门 控制器 方案 研究 1 系统设计方案论证

方案1：采用了FPGA的自动门控制系统设计，以按钮、无线遥控、红外感应三种驱动方式，既可自动控制又可人工控制，操作简单并且适用范围广；采用EDA技术设计主控制器的状态转换，可软件诊错；采用自动复位以及电机专用控制芯片来保证系统的可靠运行。由于设计采用了EDA技术的VHDL设计而非传统的单片机设计，是一种自上向下的设计方法，使得系统的开发周期短。

方案2：设计以单片机为核心，统一控制红外传感器和步进电机，并通过机械直线运动单元驱动玻璃门。在硬件上实现了系统报普显

示，人员进出信号的采集与转换，监控报等“ 看门狗” 技术，电机驱动控制以及光藕隔离技术。在软件方面，主要采用汇编语言对单片机控制系统进行编程。与此同时,比较以上两种方案，方案2的设计考虑到实用性及性价比，所采用的芯片和器件均为通用器件，因而整个系统的造价并不高，并且有较强的应用价值和良好的发展前景。因此采用方案2。

2 控制器方案选择和论证

方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA 可以实现系统的各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可以利用EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA 采用并行的输入方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但是由于本设计对数据处理的速度要求不是很高，FPGA 高速处理的优势得不到充分的体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的操作。

方案二：采用ATMEL 公司的AT89C51 作为系统的控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法，并且具有功耗低，体积小，技术成熟，成本低廉等有点，使其在各个领域应用广泛。综上所述，选择方案二，采用单片机AT89S51 构成系统控制部分。总体设计方案框图如下图所示：

3 自动门控制器的硬件电路设计 3.1 A/D转换电路

在设计中，为了方便AT89C51单片机的连接本系统选用ADC0809芯片对采集到的进出自动门的人员感应信号进行模数转换。其分辨率为8位，不必进行零点和满度调整，且具有高阻抗斩波稳定比较器，8个通道的多路开关可直接存取个单端模拟信号8中的一个利用单片机写启动转换器，转换结束后再由ADC0809向AT89S51发出中断请求信号，CPU响应中断请求。通过对译码器的读操作，读取转换结果并送到被测的相应存储区。再重新选择被测，并再次启动A/D转换后中断返回。

报警显示电路 3.2 报警显示电路

报警控制以显示灯的方式给出。当有人员进出时，若系统正常工作，显示灯为绿色若系统发生故障，显示灯变为红色，此时不允许人员的进出。由于系统中AT89C51本身的I/O口线资源紧张，要控制的闪光报警的LED数目较多，所以可采用扩展一片74LS377 8D锁存器芯片，锁存器输出8个LED。在电路中将共阴极LED发光二极管的阴极连接在一起，通常将此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，这样我们就可以控制是进出灯亮还是报普灯亮。

3.3 “看门狗”监控控制电路

当AT89C51受到干扰而失控时，会引起程序跑飞而脱离用户程序，导致系统无法正常完成任务。例如本系统如果出现程序跑飞，可能导致自动门的开合无法控制，报普与显示灯无法正常显示，这将给客户带来众多不便。指令冗余和软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱困境，这时系统将瘫痪。若工作人员在场，可按下人工复位按钮，强制复位。但工作人员不可能一直监视着系统，即使监视着系统，也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。因此,设置可靠的“看门狗”是防止单片机死机、提高系统抗干扰性的一种重要手段。另外,“看门狗” 电路还提供了掉电保护作用，避免了电源掉电时系统数据的丢失。

4 自动门控制器的软件设计

系统的软件程序主要可分为主程序和中断服务程序组成。主程序模块主要包括AT89C51本身的初始化，设置ADC0809等的工作方式和初始状态，启动A/D转换等主程序流程图从略。系统功能分析如下：（1）工作流程分为两种情况有人员进出和无人员进出。当有人要进出时，门接收到信号而自动打开无人进出时，门是闭合的。即在初始状态下，自动门是闭合的。（2）自动门的开合由控制信号和门限反馈两者共同决定。接收到控制信号后，若此时的门状态是开的，则不必驱动电机，只要继续保持开状态即可如若门的状态是闭合的，则要驱动电机使门打开。（3）若没有连续的人员进出，则门的开合有一个

最低限度的延时，即人员通过后，在过秒钟门自动闭合。（4）在系统中完成显示与报普功能。当门打开时，显示灯为绿色，表示人员可以进出若是系统发生故障,自动门无法正常开合时，显示灯变为红色。

本系统在开发过程中，结合了信号技术、嵌入式技术以及电机控制技术等，并在C语言的基础上完成该设计。其主要特点是电路结构简单、工作稳定可靠且成本相对比较低。并且在功能上也达到了较为满意的效果，实现了进出显示，系统故障报答显示，特别是采用了硬件看门狗定时监控技术，便于在系统发生故障时及时通知相关工作人员到场检修，基本实现了自动门的智能控制。本设计也便于功能扩展，因单片机尚有不少资源能被利用。如可以加入身份验证功能，企业单位中的划卡计时服务功能等。目前的自动门控制系统正向更加智能化的方向发展，现阶段采用监控式完全控制和不完全控制，随着控制系统的复杂性，涉及领域的广泛性和国际间合作性的加大，这种控制方式也播要被进一步加强，这样才会更加提高它的实用价值以及在恶劣环境下工作的能力和效率。