智能遥控电动伸缩门控制系统设计_行走

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作 者： 周辉 学 号：

40811152

系 部： 电 气 工 程 系

专 业： 电气自动化技术

题 目： 智能遥控电动伸缩门控制系统设计

（行走控制部分）

指导者： 孙天佑、薛文奎

评阅者：

2011年 5月6日

智能遥控电动伸缩门控制系统设计（行走控制部分）摘要

智能遥控电动伸缩门控制系统设计主要是在人员进出流动较频繁的各个单位、住

宅小区以及公园景点的入口处使用，虽然通过有线电缆控制电动伸缩门技术的实现已

经是很久的事情，但是在使用过程中操作起来还是不太方便。基于有线电缆控制的电

动门事实上我们需要一名专门的操作人员在大门旁边的控制室内操作大门的开关，出

入人员较多时还需要至少有一名人员在大门前维持秩序，但是该人员并不能及时对大

门操作还需要通过手势或者无线步话机通知室内操作人员，同时室内操作人员接收和

反应还需要一个时间过程。在这种情况下对大门的遥控功能就变得非常必要，具有遥

控功能的大门使得室外维持秩序的人员可以根据现场情况随时对大门控制操作。此外

大门是公共的出入口，这里无疑是发布公共信息提示行人的理想之处，所以本电动伸

缩门设计了LED点阵显示屏可以滚动显示一些重要信息。此外为了增加对大门控制

的灵活性（如行走速度等）还专门对控制大门行走的电气控制电路进行了专门的设计。

该控制系统是采用AT89S52单片机来作为控制核心，利用专门的红外收发电路进

行遥控指令的收发，采用专门的LED扩展控制电路来实现点阵LED的滚动显示，另

有专用变频器控制大门驱动电机来实现大门的行走速度。本设计系统体现了框架式的

结构设计，工作稳定可靠、安装调试以及使用方便等优点。

关键词： 电动伸缩门 AT89S52 DS1302

1

目录

1 引言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

2 智能遥控电动伸缩门控制系统的工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3 硬件结构 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

3.1 AC/DC开关电源模块 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

3.2 行走位置控制电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.3 声光报警电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

3.4 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

电动伸缩门开度调节控制电路

3.5 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

电动伸缩门开度显示电路

3.6 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

继电器保护控制电路

3.7 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

看门狗保护电路

3.8 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

通信接口电路

4 元器件的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

4.1 电源部分 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

4.2 变频调速控制器的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

4.3 单片机 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

4.4看门狗监视芯片 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

4.5 声光报警 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

4.6 电动伸缩门速度调节控制电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

4.7通讯接口电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20

5 软件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

5.1 软件设计流程图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

5.2 软件设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

5.3 软件设计清单 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32

致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33

参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34

2

1 引言

智能遥控电动伸缩门是广泛使用在人员进出流动较频繁的各个单位、住宅小区以及公园

景点的入口处，随着社会的不断发展，人们拥有自己的汽车的情况越来越普遍，无论到哪里

都会乘车前往，这也给交通拥挤带来一定的问题，有了智能遥控电动伸缩门的帮助可以使得

我们很容易对大量的车流进行限制，但是一般的电动门要在值班室内才能操作大门开关，这

恰恰给门卫带来了诸多不便，具有智能遥控电动伸缩门可以大大的改善这种不便，它可以在

门卫出值班室进行询问检查相关证件的同时随时控制大门的开关，大大提高了效率，使得在

只有一名门卫的情况下仍然能够方便进行证件检查与放行的工作。本论文从实际角度出发，

详细介绍了智能遥控电动伸缩门的设计原理和应用。

论文介绍了AT89C52单片机构成的单片机系统中红外发射与接收芯片的工作原理和使

用方法、点阵LED的工作原理以及专用点阵字库存储芯片的工作原理和使用方法。从而实

现对当前日期和时间以及重要公告信息的实时显示和设置。当电动伸缩门运行到两端的极限

位置或者运行中卡住时系统能自动报警。电路具有自检和控制功能。

基本功能以及技术要求：

1、实时显示日期、时间以及重要的公告信息。

2、日期、时间可调整和公告信息内容重新设定。

3、具有红外命令的接收功能，并进行相应的动作。

4、具有大门正、反、停控制，以及快速开关的功能。

5、系统内部时钟校准。

6、故障检测及故障语音提示。

3

2 智能遥控电动伸缩门控制系统的工作原理

由于本设计的智能遥控电动伸缩门为分可移动的便携式红外遥控器和固定移动电动伸

缩门主体部分，工作时手持便携式遥控器可随时观察和控制大门，由于系统需要及时更新各

种公告信息，所以设计了PC机放在值班室内通过电缆与电动伸缩门的显示控制端相连，通

过通信可随时更新在电动伸缩门LED屏上显示的公告信息。本设计使用了专门的时钟日历芯

片电路进行日期和时间的自动计时，它通过专用的串行接口和单片机交换实时的时钟日历信

息，单片机可以读入一定格式时钟日历信息经过处理即可推算出当前的日期和时间值。本设

计使用了专门的点阵字库信息芯片电路，使得电动门的LED屏可以显示各种汉字信息。当发

现电动门到达极限位置或者电动门工作不正常时可以及时产生报警信息，如果发现时间有误

差可以通过PC机的通信口统一进行校正。同理单片机也可定时将大门的工作状态和当前运

行到的位置上传至PC机上显示。为了保证日历时钟芯片DS1302计时的连续性另外给其配备

了备用电池。系统硬件设计连接图如图1所示。

系统硬件设计连接图如图2所示。

电源

备用电池

DS1302

声光报警电路

单片机

红外接收电路

看门狗电路

串行通信接口电路

点阵LED显示

位置检测电路

图2 系统硬件连接框图

输出控制电路

4

3 硬件结构

本章主要阐述了电动伸缩门行走控制系统硬件设计，包括单片机的选型、行走位置检测

电路设计、变频器控制电路设计、通信端口电路设计和声、光报警电路设计，详细阐述了各

部分的基本原理和设计过程。

电动伸缩门遥控器硬件设计框图如图3：

图3 系统硬件连接框图

输出控制

通信端口

交流电源

AC/DC开关电源模块

单片机

DAC转换器

变频控制装置

行走检测装置

声、光报警

显示电路

3.1 AC/DC开关模块电源

容器水位监控仪表采用220V交流电压输入，通过集成开关模块AC/DC转换器变换，可

以直接输出＋5V的直流电压直接供单片机系统供电，使用集成开关电源模块的优点为：第

一、模块和用分立元件构成的电源相比较具有体积小结构紧凑的优点；第二、电源模块本身

就已经考虑了抗干扰滤波和隔离设计，故其本身就可以滤除在工业现场中从交流电源中串入

的干扰信号，不需我们再单独考虑设计具体，所以降低了开发的难度。其接线图非常简单如

图2所示，我们在水位控制器的电源中使用了可以输出正负双电源的AC/DC开关电源模块，

主要使考虑到在水位控制器的电路中要使用DAC数模转换器及其接口的运算放大电路需要

使用正负双直流电源。

5

图3.1 AC/DC开关模块电源电路

3.2、行走位置检测电路

3.2.1．集成霍尔传感器简介

1．霍尔效应

1879年物理学家Hall首先观察到将一载流导体放在磁场中，若磁场方向与电流方向正

交，则在与磁场和电流两者垂直的方向上将会出现横向电动势，这一现象称为霍尔效应，相

应的电动势称为霍尔电动势。

霍尔效应对一切导电体（导体，半导体）都适应。如图15-1所示的有限尺寸的半导体，在Y

方向加一电场E（一般是加一电流I）、在Z方向加一磁场B，此时，半导体中的载流子（设

XX

为电子）将受电场力的作用向-X向运动。由于磁场B的作用对运动电子产生洛仑兹力F，

L

在电场力和洛仑兹力作用下，运动电子会改变运动轨迹而向-Y向偏转运动。结果在-Y平面

（侧面）上堆积负电荷，而+Y侧面上就有多余正电荷，两种电荷使半导体内又产生一横向

电场Ey。当电子受到的洛仑兹力和Ey电场力相平衡时，运动电子的偏转会停止而向-X向运

动。稳定状态下，半导体两侧面（Y向）的负电荷与正电荷相对积累，形成电动势。这个电

动势称为霍尔电动势。

霍尔电动势U可用下式表示

H

U=KIB=R/d*IB （15-1）

HHCHC

式中K————霍尔元件灵敏度；

H

I-------控制电流，A

C

6

B--------磁感应强度，T

d--------霍尔元件厚度。

式（15-1）表示传感器受磁面与所在磁场垂直的情况。如果收磁面与所加磁场夹角为θ，

则式（15-1）为

U=KIBSinθ (15-2)

HHC

霍尔系数R是由材料性质所决定的一个常数。对N型半导体有

H

R=1/nq (15-3)

H

式中 n——单位体积电子数（也叫载流子浓度）；

q——电子的电荷量。

对P 型半导体

R=1/Pq (15-4)

H

式中 P——单位体积空穴数（载流子浓度）。

N型半导体的霍尔系数为负值表明在它上产生的霍尔电压极性与在P型半导体上产生的

霍尔电压相反。

具有霍尔效应的半导体，在其相应的侧面装上电极后即构成霍尔元件。常用灵敏度K

H

表征霍尔元件特性。由式（15-1）知K=R/d，可见灵敏度K由霍尔系数与元件厚度决定。

HHH

因材料电阻率ρ与载流子浓度P，迁移率μ有关，即

ρ=1/Pqμ (15-5)

因此 R=1/Pq=ρμ (15-6)

H

可见，要想霍尔效应强，R就要大，也即材料的电阻率高而迁移率也大。一般金属的μ

H

大，但ρ小，而绝缘体ρ大，而μ小。只有半导体才是二者兼优的制造Hall 元件的理想材

料。

2.霍尔元件材料及特性

霍尔元件常用材料有N型锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs

）、砷化镓（GaAs）等以前InSb材料霍尔元件用得较多，目前使用的主要是GaAs。两种材

料的霍尔元件特性如图15-2所示。两种都有良好的线性特性。

（1）InSb材料霍尔元件特点。

1）稳定性好，受电压漂移影响较大。稳压工作时，受漂移电压影响小，稳定性好，噪

7

声小。因此，当磁场较低时，也有较高的S/N（信噪）比。

2）霍尔电压受温度变化影响较大。这是InSb霍尔元件的不足。输出电压的温度特性较

差，恒流工作时其温度系数为0.2%/℃，他是GaAs元件温度系数的3-4倍。采用稳压工作方

式可使温度系数降到1/10。

3）频率特性较差。InSb元件宽为几千赫兹到几十千赫兹，而GaAs元件理论上带宽为兆

赫兹以上。但频率较高时di/dt效应影响，不能进行精确测量。

（2）GaAs材料霍尔元件特点。

1）霍尔电压温度系数较小。霍尔电压温度系数的最大值0.06%/℃，当温度变化10℃时，

霍尔电压仅变化-0.6%（max）。温度系数的典型值为（0.003%～0.04%）/℃。

2）线性好。1KG（千高斯）时霍尔电压相对于5KG霍尔电压的最大误差只有2%，即线

性好，满足一般用途的要求。

3）灵敏度低。

3．霍尔元件主要技术参数

（1）输入电阻R 和输出电阻R。霍尔元件控制电流极间的电阻为R，霍尔电压极间的电

iOI

阻为R。输入电阻与输出电阻一般为100～2000Ω，而且输入电阻大于输出电阻，但相差不

O

太多。

（2）额定控制电流I。额定控制电流I为使霍尔元件在空气中产生10℃温升的控制电流。

CC

I大小与霍尔元件的尺寸有关，尺寸愈小，I愈小。一般为几毫安～几十毫安。

CC

（3）不等位电动势U和不等位电阻R。霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时，

OO

其霍尔电压电极间的电动势为不等位电动势。它主要与两个电极不在同一等位面上及其小、

材料电阻率不均等因素有关。可用输出电压表示，或空载霍尔电压U的百分数表示，一般

H

U不大于10mV。

O

不等位电动势与额定控制电流之比称为不等位电阻R，U 及R越小越好。

DOD

（4）灵敏度K。灵敏度是在单位磁感应强度下，通以单位控制电流所产生的霍尔电压。

H

（5）寄生直流电动势U。在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在霍尔电极间产

O

生的直流电动势。他主要是由电极与基片之间的非完全欧姆接触所产生的整流效应造成的。

（6）霍尔电压温度系数α。α为温度每变化1℃霍尔电压变化的百分率。这一参数对测量仪

器很重要。若仪器要求精度高，要选择α值小的元件，必要时还要加温度补偿电路。

（7）电阻温度系数β。β为温度每变化1℃霍尔元件材料的电阻变化的百分率。

8

（8）灵敏度温度系数γ。γ为温度每变化1℃霍尔元件灵敏度变化率。

（9）霍尔电压对磁场的非线性。实际上霍尔元件的开路霍尔电压与相应的磁感应强度并非

呈线性关系，而是有偏离，这种偏离程度用霍尔电压对磁场的非线性度来表示，有时也称非

线性误差

U(B)-U(B)

HH

’

N= ×100%

(15-7)

L

’

U(B)

H

式中U(B)、U’(B)————分别为在一定磁场B下，实际测量的霍尔电压和理论

HH

4．霍尔元件的基本电路、误差补偿电路

（1）霍尔元件符号、基本电路。霍尔元件的符号和基本电路如图15-3所示。其中R、R

AB

为偏置电阻。

（2）温度补偿电路。霍尔元件与其他半导体器件一样对温度的变化很敏感。因为半导体材

料 的电阻率、迁移率和载流子浓度随温度变化而变化。因此，使霍尔元件的霍尔电压及内

阻也随温度变化。

在电路上可用恒流供电来控制电流不变，也可按图15-4所示外接一电阻方法进行温度补

偿，并联电阻R的计算公式为

R=βR/α （15-8）

i

式中α-----霍尔电压温度系数；

β----电阻温度系数；

R----霍尔元件输入电阻。

i-

（3）不等位电动势U的补偿。不等位电动势U是一个主要的零位误差。可以把霍尔元件

O O

等效成一电桥，如图15-5所示。电桥的四个电阻分别为r,r,r,r,当两个霍尔电压电极在同一

1234

等位面上时, r =r= r =r则电桥完全平衡，U=0；当两个电极不在同一等位面上时（如r> r）

1234,O34

则有U输出。可采用图15-6所示方法进行补偿，外接电阻R应大于霍尔元件的内阻，调整

O

R可使U=0。

PO

9

3.2.2、带光电耦合电路的位移脉冲采样电路

位移脉冲采样电路由两部分组成。其中传感器板安装在需要测量的旋转体的现场，传感

器板上有集成霍尔开关传感器，该传感器是我们介绍的霍尔传感器进一步集成后的产品可以

购买得到，此集成霍尔传感器可以根据其外围磁场的变化即高于或低于门槛值而输出标准的

方波信号。因为测量行走部分距离主控板有一定的距离，所以两块电路板需要信号线连接和

传输，如图3所示，我们采样用了电流环的传输方式即两根线传送一位信号目的就是为了增

加信号在传输过程中的抗干扰措施。如图可知，电流环经高速光电耦合器6N137形成闭合回

路返回传感器板，传感器板上的闭合回路的一端接电源和限流电阻，另一端接同相器U30。

集成霍尔开关传感器的输出脉冲经同相器U30同相放大后输出，当U30输出低电平时电流环

经光电耦合器回路中有电流，光电耦合器导通其输出端VOUT输出低电平，反之当U30输出

高电平时电流环经光电耦合器回路中无电流，光电耦合器截至其输出端VOUT输出高电平。

当旋转设备转动时导致集成霍尔开关传感器输出脉冲方波信号又使光电耦合器感应输出。由

图可知光电耦合器的输出端VOUT与单片机的P1.0口相连，单片机可以通过P1.0口采样到

光电耦合器输出的高低电平的变化，从而单片机可以推算出某一段时间内被测旋转体所转动

的圈数即可以推算出当前所测的旋转设备的位移值。

图3.2 带光电耦合电路的位移脉冲采样电路

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3.3、声光报警电路

声光报警电路由R20、R21、Q1、LED1、LED2、LED3、LED4、BU1组成。三极管Q1起功

率放大作用。当水位控制器可以正常接收水位检测仪发送过来的水位信息值并且判定目前水

位值调节正常在一定的限度内时，单片机对应引脚P1.3输出高电平，不报警；水位控制器

不能正常接收水位检测仪发送过来的水位信息值（即水位监测仪表和水位控制仪表之间的通

讯信息交换出现了问题）或者水位控制器判定目前水位值偏离正常值一定的限度时并且还在

恶化时，单片机对应引脚P1.3输出周期和脉冲宽度可调的方波波形，三极管Q1导通或截止

控制发光二极管导通点亮产生光信号和使蜂鸣器BU1发出声信号报警；当水位偏离设定值较

大时短路或水位控制器自身监测有故障时，单片机对应引脚也输出脉冲波形但周期和脉冲宽

度和正常报警有所不同，三极管Q1导通或截止，发出急促故障报警信号以便明显区别于正

常的报警信号。由于水位控制器安装在现场，各种吵喳声和噪音交织在一起都比较大，所以

声音报警的作用不会太明显，于是我们考虑加大光报警的强度，使我们在一定距离外就可以

观察到报警信息的存在。具体的做法就是增加LED发光二极管的数量，这样在报警时会发出

较为强的光信号。

图3.3 声光报警电路

11

3.4、电动伸缩门行走速度调节控制电路

有时情况紧急时需要及时将电动伸缩门在原有的开度的基础上快速开大或关小，以实现

必要的人流控制。由于可以通过1－5V的模拟电压控制变频器输出频率进而控制行走电机的

转速来达到改变门的行走速度，但是单片机本身只能输出数字量，所以这里使用了D/A转换

器和相应的接口运算放大器电路来实现，如图3.4所示。

图3.4 电动伸缩门开度调节控制电路

3.5、电动伸缩门开度显示电路

图3.5电动伸缩门开度显示电路

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3.6、继电器保护控制电路

图3.6 继电器保护控制电路

当检测到行走位置达到极限位置而无法停止时，单片机工作输出低电平，使的三极管

V3、V4导通， 1、3脚连通，控制电动伸缩门保护继电器动作，达到切断电源供电线路来

实现紧急停车以免有不可预测事故发生。

3.7、看门狗保护电路

看门狗电路是实用单片机电路必不可少的保护部分。实际上没有看门狗保护电路的单片

机系统是无法正常工作的。目前看门狗芯片主要包括以下几个功能：1、上电复位功能，有

了看门狗芯片后电路中不再需要另加通用的阻容复位电路了；2、监视单片机的工作状况，

当单片机的工作不正常时，如由于不可知的偶然因素导致程序跑飞，看门狗电路可以使单片

机复位，即将跑飞的程序重新导入正途；3、常用的看门狗芯片还具有低电压保护引脚其功

能和具体用法将在下面详细介绍。如图3.7所示，图中按钮开关S6是接在看门狗芯片上的

手工复位单片机按钮，通过按下此按钮同样可以复位单片机，由此可见看门狗电路的作用非

常的重要。

图3.7 看门狗保护电路图

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3.8、通信接口电路

水位监控仪表实际上设计的是一组两个仪表，即水位监测仪表和水位控制器。其中水位

监测仪表负责采集水位的高低的数据而水位控制器则要根据监测仪表传过来的数据控制向

容器补水的电动阀门的开度以达到重新调整容器水位的目的。一般情况下，水位检测仪安装

在集控室而水位控制器安装在现场容器补水阀旁边，两者之间可以通过通信的方式交换数

据。

如图3.8所示，采用MAX485芯片，以485协议进行半双工通信。

图3.8 通信接口电路

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4 元器件的选择

4.1 电源部分

采用开关电源模块供电，本设计共需要三个等级的电源电压。第一：单片机及其外围接

口电路工作需要使用标准的＋5V直流电压；第二：系统出现故障的声光报警电路本设计采

用了＋12V的直流电源供电；还有：采样电路中的运算放大电路等需要±12V双电源供电，

目的就是为了提高声光报警的功率，加大声光报警作用的范围，使得操作人员在附近不远处

询查时出现位移异常时也可以较清晰的听到或看到报警信息。

为了降低开发难度和成本，同时考虑到线路中的所需使用较大功耗仅在声光报警时，所

以选用AC/DC模块为AC220V—DC±12V，将此开关电源模块的输出直接向声光报警电路提供

电源，同时将一片LM7805的输入端与开关电源模块的输出端相连，这样开关电源模块输出

的＋12V直流电压经LM7805变换成单片机及其外围接口电路需要的＋5V的直流电源电压。

4.2 变频调速控制器的选择

变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合

交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable

Frequency）。变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机，标准适配电机极

数是2/4极，变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）如下。

1、平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全。

2、在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度。

3、无级调速，调速精度大大提高。

4、电机正反向无需通过接触器切换。

5、非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制。

变频器启动方式如下

1、从启动频率启动。 变频器输出由0直接变化为启动频率对应的交流电压，而后在此

基础上按照

2、加速曲线逐步提高输出频率和输出电压直到设定频率到达。启动频率不宜过大，否

则会造成启动冲击或过流。

3、先制动后从启动频率再启动。变频器先给电机通脉冲直流，使电机保持在停止状态，

然后再按照从启动。

4、频率方式直接启动。一般应用在负载初始状态不确定的场合

15

5、转速跟踪启动。直接将正在自由旋转的电机或负载由当前速度驱动到预定速度，非

常适用于水泵的工频变频切换或重要设备的异常停机后的快速恢复。

变频器停车方式如下。

1、减速停车。变频器接到停止命令后按照减速时间对应曲线逐渐减小输出频率，到0

后停机。这种方式最常用，当直流母线电压过高时会自动启动能耗制动，此时需配置制动单

元，否则会报减速过电压。

2、自由停车。变频器接到运行停止命令后，立刻中止输出，负载靠自然阻力停止。变

频器故障时的停车方式就是自由停车。

3、减速＋直流制动停车。变频器接到运行停止命令后，按照减速时间对应曲线逐渐减

少输出频率，当到达某一预设频率，即开始直流制动（通脉冲直流）停车，防止电机爬行。

对于大惯量负载或有定位要求的场合非常适用。

变频器的选型原则。

充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。对于变频器的选配件选配，必须要

把握以下几个原则：

1、要选用交流输入电抗器、直流电抗器。如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上。

2、电网品质恶劣或容量偏小的场合。如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变

频器频繁炸机。

3、要选用交流输出电抗器。变频器到电机线路超过100米（一般原则）。

4、一般要选用制动单元和制动电阻。提升负载频繁快速加减速。大惯量（自由停车需

要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）。

5、充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要求较

高的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可。

6、了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G型还是P型。

7、了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。确定负载可能出现的最大电流，

以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选

择对应变频器，考虑成本因素，如选用的是通用变频器。

智能型电动伸缩门变频电动受变频输出控制，而变频器输出频率受单片机控制的DAC控

制器的模拟输出控制。这样在电动伸缩门行走速度调节过程中，电机运行转速变化与其运行

速度是变化的密切相关且有一定的比例关系。在输入信号和实际转速反馈信号偏差较大时，

16

加速调节作用。但随着输入信号和阀位反馈信号偏差减小，行走电机速度会变慢，伸缩门的

运动速度也会随之下降。越接近平衡点阀电机速度会越慢。在平衡点附近伸缩门会一点点打

开或关闭，具有极强的微调作用，其结果是大大提高了阀门的控制精度。

图4.2 变频控制电路

4.3 单片机

本模块采用的主要芯片是AT89C52，该单片机是ATMEL公司生产的低功耗、高性能的8

位CMOS微处理器，它自带8K的快速擦写可编程的程序存储器，芯片的制造工艺采用了ATMEL

公司的高集成固定存储技术，在程序指令的设置与输出方面和工业标准80C52相兼容。可擦

写的特性是程序存储器在系统中能被重写或者通过一种惯用的固化内存的设备来完成，通过

结合一种通用8位CPU激光擦除功能整合在一个芯片中。AT89C52是一款功能强大的微处理

器，给嵌入式系统提供了较强的灵活性和极为有效的解决方法。AT89C52内部包含有1个8

位CPU、振荡器和时钟电路，8K字节的程序存储器，128字节的数据存储器，可寻址外部程

序存储器和数据存储器（各64K字节），21个特殊功能寄存器，4个并行I/O口，1个全双

工串行口，3个16位定时器/计数器，6个中断源，提供2个中断优先级，可实现二级中断

优先级。具有位寻址功能，有较强的布尔处理能力。

考虑单片机的运行速度，选用常用的12M晶振频率。再此频率下，单片机一个机器周期

为1微妙，运行速度较快。

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4.4 看门狗监视芯片

本设计一般应用于工业现场需要监测设备转速的场合，外界干扰较多且必须要考虑，从

系统可靠性角度出发，单片机选用同时具有上电复位方式和监视功能的看门狗监视芯片。其

性能介绍如下。

监控芯片可为系统提供上电、掉电复位功能，也可提供其它功能，如后备电池管理，存

储器保护、低电压告警或看门狗等。“看门狗”计时器电路英文名为Watch Dog Timer，简

称WDT。其作用是监测单片机的运行，一旦发现“死机”就发出复位信号恢复程序的正常运

行。WDT电路种类很多，但基本原理相同。MAX813L是美国MAXIUM公司生产的系统μP监控

芯片，具有价格低、功能完善、低功耗的优点，而且工作温度范围宽（-40～+80℃），使用

简单。它能在上电、掉电期间或手动情况下产生复位信号，它内含一个1.6s的看门狗定时

器的4.40V的电源电压监视器。另外，还有一个1.25V门限的电源故障报警电路，可用于检

测电池电压和非5V的电源。PFI为电源故障电压监控输入，当PFI小于1.25V时，PFO变为

低电平，PFO为电源故障输出端，通过外接电阻R1﹑R2可组成不同门限电压监视网络。当

电源电压低于容限电压时即视为报警输出。监控电路还具有上电复位输出和外部手动复位输

出功能，芯片内部有一个上电比较器，当电源电压上升到可靠的工作电压后，即在 RESET

端输出一个200ms的复位信号，保持单片机系统的正常复位。芯片内有一个看门狗定时器

WDT，WDI为看门狗输入，接单片机P1.7，其最短的状态改变周期为1.6秒，当WDI保持高

电平或低电平达1.6s时可使内部定时器完成计数，并置WDO为低。WDO为看门狗输出，如

果连接到MR将会触发复位信号使单片机系统复位。

4.5 声光报警

虽然单片机AT89C52的P1口、P3口低电平时的吸收电流可达20mA，不需要外接驱动电

路，可直接驱动发光二极管，但是为了降低单片机本身的功耗提高其工作的稳定性我们仍使

用＋12V电源加限流电阻经单片机引脚控制的三极管9012开启点亮数码管，。所以选用LED

共阳极发光二极管BT311057，经限流电阻直接连到三极管的集电极上。单片机高电平时，

发光二极管不亮；低电平时点亮发光二极管。发光二极管的发光亮度强弱由流过它的电流决

定，通常2mA以上就能保证发光二极管可靠发光，它的正常工作电流为8~10mA，发光二极

管的压降为1.5V。所以，选择发光二极管的正常工作电流为10mA，则它的限流电阻可由以

下公式计算：RL=（12-1.5×2）V/10mA=900Ω，取限流电阻为910Ω。

蜂鸣器用来作为报警指示，选用直流型FM12-12V型号。蜂鸣器工作电压为+12V，工作

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电流在20mA以上。单片机的驱动电流不够，不能直接驱动，必须外接功率驱动。因此，选

用PNP型三极管9012作为蜂鸣器的功率驱动，与基极相连的电阻取2K阻值，保证三极管工

作在饱和状态。

4.6 电动伸缩门速度调节控制电路

电动伸缩门速度调节控制电路实际上是数字量到模拟量转换的电路，所以数模转换器是

必不可少的，这里选择较常用的DAC0832这种数模转换器来实现相应的功能，其具体性能详

述如下。

DAC0832是双列直插式8位D/A转换器。能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转

换。图4.6为DAC0832的引脚图和内部结构图。其主要参数如下：分辨率为8位，转换时

间为1μs，满量程误差为±1LSB，参考电压为(+10～-10)V，供电电源为(+5～+15)V，逻辑

电平输入与TTL兼容。从图4.6中可见，在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为

输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE，第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也

称为通道控制信号 /XFER。

图4.6 DAC0832内部结构图

图4.6中，当ILE为高电平，片选信号 /CS 和写信号 /WR1为低电平时，输入寄存器

控制信号为1，这种情况下，输入寄存器的输出随输入而变化。此后，当 /WR1由低电平变

高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端

不再随外部数据DB的变化而变化。对第二级锁存来说，传送控制信号 /XFER 和写信号

/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8位的DAC寄存器的输出随输入而变

19

化，此后，当 /WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，于是将输入寄存器的信息锁存

到DAC寄存器中。

相关各引脚的功能定义如下：

(1)、DI7～DI0 ：8位的数据输入端，DI7为最高位。

(2)、IOUT1 ：模拟电流输出端1，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当

DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。

(3)、IOUT2 ：模拟电流输出端2， IOUT2与IOUT1的和为一个常数，即IOUT1＋IOUT2

＝常数。

(4)、RFB ：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以 RFB端可以直接

接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入

端之间。

(5)、VREF ：参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0

至255的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，VREF范围为(+10～-10)V。VREF端与

D/A内部T形电阻网络相连。

(6)、Vcc ：芯片供电电压，范围为(+5~ 15)V。

(7)、AGND ：模拟量地，即模拟电路接地端。

(8)、DGND ：数字量地。

经DAC0832直接输出的为倒向的模拟电压，即输出如图5所示的参考电压VREF的极

性相反的模拟电压。而图中5参考电压VREF处接的是电源电压VCC，所以运方TL2B的

作用是反向器，即将输出的负的模拟电压再等比例倒向，变成的正的模拟电压以满足执行器

和电动阀的输入条件要求。

4.7 通讯接口电路

目前，在工业自动化领域，实现各种智能设备间信息网上交互的系统，如分布式测量、

控制以及各种报警、安全系统等，都是基于某种现场总线网络的标准而设计和构造的；如

RS-232、RS-485、IC、CAN、LonWorks、HART、SPI、嵌入式以太网等。本文只对RS-485

2

做简单介绍。

RS-485总线协议可以看作是RS-232C的替代标准。其在通讯速率、传输距离、多机连

接等方面，均有了非常大的提高，已能满足多数工业通讯的需要。

在要求通讯距离为几十米至上千米时，目前广泛采用RS-485总线。RS-485收发器采用

平衡驱动和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，接收器灵敏度可达±200mV,因而大大延

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长了通讯距离。在1000kbps速率下，电缆长度可达1200m。

RS-485总线标准有如下特点：

(1)采用一对平衡差分信号线传输信号，工作于半双工方式。由于同一对信号线上在同一

时间内只允许一个驱动器工作，因此在RS-485总线系统中的驱动器均通过使能端进行控制，

使系统在同一时刻只有一个发送者。

(2)RS-485总线采用差分信号传输，能有效地抑制远距离传输中的噪声干扰。传输距离

最多可达1.2km,传输速度也较快。通常，连线距离在1km时，可达115.2kbit/s。RS-485可

以实现多个负载的功能。用一对线便可连接多达32个传送或接收的不同设备，具有多点总

线互连功能。

系统采用MAX485来实现RS-485通讯过程，其配比箱一侧的接线如图6.2所示。MAX485

是250kbps，半双工，RS-485收发器。为8脚封装。其引脚功能如下所述：RO:接受器输出；

/RE:接受器输出使能；DE:驱动器输出使能；DI:驱动器输入；GND:地；A: 接收器反相输入

和驱动器反相输出端;B:接收器非反相输入和驱动器非反相输出端； Vcc:电源；

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5 软件设计

5.1 软件设计流程图

主程序

定时器TO中断服务程序

初始化

电动门门开启时间到 保护现场

Y

通信故障计时器加1

采样开度值更新显示

N

故障延时到？

电动门开启是否到上限

Y

置报警标志

Y

报警标志置位

N

接收等待标志为1

Y

报警

接收计时器加1

串口中断服务程序

接收极限

保护现场

时间到

Y

清零通信故障计时器保存接收到的数据

置接收益出

标志

在规定时间内是否接到第二和第三字节

恢复现场

Y N

校验2/3 返回

校验成功

增量数为PID控制

22

DAC输出 恢复现返回

5.2 软件设计要求

（1）、整个程序延时地方较多，因此设立10ms、200ms延时子程序

（2）、电动伸缩门的驱动电压采用脉冲驱动方式。脉冲时间为20ms。

（3）、按钮检测中采用软件延时方法执行按键的去抖动

（4）、正常工作时：秒循环显示。1秒钟内，绿灯点亮600ms，熄灭400（绿灯显示）。

（5）、当电动门位置超限：秒循环显示。1秒钟内，蜂鸣器报警750ms，不报警250ms（红

灯常亮）。

（6）、故障报警：当电动门无法达到预定的位置或失控时报警，当运行中出现通信故障时报

警。

5.3 软件清单：

FMKDTFLAG EQU 20H.0

BJFLAG EQU 20H.1

REVWFLAG EQU 20H.2

SWBUF EQU 30H

GWBUF EQU 31H

KDBUF EQU 32H

ERRT EQU 33H

SW1 EQU 34H

SW2 EQU 35H

SW3 EQU 36H

SWC EQU 37H

REVWT EQU 38H

UOUT EQU 39H

XSSC EQU 1004H;显示输出地址

RDKD EQU 0000H;ADC0809地址

WRKD EQU 0004H;DAC0832地址

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org 0000h

LJMP MAIN

ORG 000BH

SSIO:PUSH ACC ;串行口中断入口

PUSH PSW

PUSH DPL

PUSH DPH

MOV ERRT, #00H

CLR RI

SJMP SSLPL

SSLP5:JNC SSLPL

LCALL ZLPID;PID控制子程序

MOV A, UOUT

ADD A, 50H

JNC SSLP6

MOV UOUT, #0FFH

SJMP SSLP7

SSLP6:MOV UOUT, A

SSLP7:MOV DPTR, #WRKD

MOV A,UOUT

MOVX @DPTR, A ;输出控制电压

SETB TR1

MOV IE, #92H

MOV IP, #02H

MOV SP, #6FH

LPL:SJMP START

KDIN:NOP

MOV DPTR ,#RDKD

MOVX @DPTR, A;启动ADC

MOV R7, #10

DJNZ R7, $

KDINLP1:MOV C, P2.6

CLR P2.0

SETB P2.1

LCALL DELAYT

RET

CHECKSW:MOV A, SW1

CJNE A, SW2, CHECKLP1

MOV R0, #46H

MOV R1, #4CH

RET

;其余子程序略

DELAYT:MOV R2,#0A0H;800us软延时

KETIM1:NOP

NOP

结 论

近二个月的毕业设计很快就结束了，这是把自己三年来所学的知识进行综合应用。通过

这次设计，不但巩固了自己的所学知识，同时也学到了许多书本上无法学到的知识，提高了

自己的设计能力和动手能力，为自己走上工作岗位打下了扎实的基础。

在设计中，查阅了许多资料，拓宽了自己的知识面，解决了许多设计中遇到的问题。比

如，在设计中，碰到了元器件选型问题。以前的知识仅局限于书本上，选何种元器件、取值

多大等大都不考虑。以电阻为例，电阻有高精度和低精度之分，有金属膜和碳膜等材料之分，

有功耗瓦数之分，甚至有正温度和负温度系数之分。以前，仅考虑它们的阻值，其它的因素

不考虑。通过这次设计，知道了如何选电阻以及怎样选电阻。又如电动伸缩门、继电器、电

容、二极管等，有的没有学过，有的学过也早忘记了。通过这次学习，又重新温习了以前学

过的知识，把丢了的部分重新捡起来，明确了各种元器件的功能，加深了感性认识。

总之，通过这次毕业设计，自己学到了许多新知识，了解和掌握了产品设计的过程，使

自己在质和量上都得到了较大的提高。

致 谢

本论文得以完成，首先应该感谢孙天佑、薛文奎老师。正是他们在本论文写作过程

中的悉心指导、热情鼓励，在繁忙的工作中抽出时间来为我修改论文，才能顺利完成本

次毕业设计论文。

作为机电职业技术学院的一名毕业生，我更要感谢各位任课老师们。他们学识渊博、

治学严谨无时不在影响着我。学习的时间是短暂的，但老师们的影响却是终生受益。在

此对我的老师们深表感谢！

在论文写作过程中，好多同学、朋友也给了我巨大的帮助与鼓励。在此一并感谢！

学校生活即将结束，我相信，在未来的日子里我会更加努力学习，充分利用所学知识，

回报社会、师长。

参考文献

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