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一种集遥控和手控的模拟车库控制系统设计

一种集遥控和手控的模拟车库控制系统设计

本次毕业设计的内容是基于51单片机开发的一种集手控和遥控功能的模拟车库控制系统,该系统主要有3个模块组成:独立按键模块,红外模块和步进电机驱动模块。独立按键模块由独立按键和单片机组成;红外模块由红外接收部分和红外发送部分及单片机组成;步进电机

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  • 详细描述

    一种集遥控和手控的模拟车库控制系统设计
    摘要
    车库门控制系统主要有遥控、感应、电动、手动几种, 其中遥控、感应、电动都可统称为自动车库门控制系统。手动车库门控制系统和自动车库门控制系统主要区别是有无电机,而车库门控制系统自动开闭装置,其特征在于有设置车库控制系统的主控制器,控制器主要由51单片机,红外接收管,红外遥控器,独立键盘,数码管等组成。红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,应用编解码专用集成电路芯片来进行控制操作,发射部分包括键盘、编码调制、红外发送器,接收部分包括光电转换放大器,解调解码电路。该模拟车库控制系统遥控功能主要通过红外遥控器键盘发射红外信号,红外接收管接收到信号,经过单片机解码,通过ULN2003驱动电路,从而控制电机正反转及停止,也就实现了车库门上升,下降及停止;车库控制系统手控功能主要通过独立按键来实现车库门的上升下降及停止,当按键按下时,系统检测到相关按键为低电平,就会将相应的信号传给单片机,单片机会通过ULN2003驱动电路控制电机运转。本设计简单,操作容易,适合用于功率较低的车库门系统。
    关键词:单片机;车库门;ULN2003驱动电路;红外系统
     
    目录
    第一章 绪  论 1
    1.1课题研究背景和意义 1
    1.2国内外研究现状 2
    1.3本文研究内容 2
    第二章 模拟车库控制系统的设计 4
    2.1单片机选型 4
    2.1.1单片机的内部结构 4
    2.1.2单片机的引脚特点 5
    2.1.3单片机的工作方式 6
    2.2时钟电路 7
    2.3手动复位电路 8
    第三章 模拟车库门步进电机的驱动与控制 9
    3.1步进电机驱动方案选择 9
    3.2 ULN2003驱动简介 10
    3.3步进电机驱动与控制 11
    3.4步进电机驱动程序设计 11
    3.5本章小结 13
    第四章 模拟车库门的输入设计 14
    4.1独立键盘 14
    4.1.1独立键盘电路设计 14
    4.1.2独立键盘程序设计 15
    4.2红外装置 17
    4.3 LED数码管显示电路 22
    4.3.1 LED数码管的显示方法 22
    4.3.2 LED数码管的译码方式选择 23
    第五章 模拟车库的实验测试 26
    5.1模拟车库控制系统电路图和PCB图 26
    5.1.1模拟车库控制系统电路图 26
    5.1.2模拟车库控制系统PCB图 26
    5.2模拟车库控制系统测试准备 27
    5.2.1程序烧录 27
    5.2.2模拟电路连接实物图 28
    5.3模拟车库控制系统独立按键模块功能实现 28
    5.3.1独立按键模块实现目标 28
    5.3.2独立按键模块问题与分析 29
    5.4模拟车库控制系统红外模块功能实现 30
    5.4.1红外模块实现目标 30
    5.4.2红外模块问题与分析 31
    总结 32
    致谢 33
    参考文献 34
    附录:相关程序 35
     
    第一章 绪  论
    1.1课题研究背景和意义
    近20年来,随着我国城市建设速度的加快和人民购买力的提高,车这一原有的奢侈品,越来越大众化,同时城市交通需求量也日益增大,城市人口相对密集,车辆越来越多,带来的问题就是无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正的满足正常的停放,因此车辆停放成为市民最关心的问题之一,从而车库门的开发和研究也成为人们日益关注的问题。
    门在人类社会文明的发展中具有很重要的意义,门的发展标志人类文明的进步。门的发展随着人类社会的发展而发展,由最初的木篱笆到如今的感应门,遥控门[3],自动门[4],都带有现代科技的元素。人类对科技进步的需求是永无止境的,对门的功能需求已不仅仅只看其安全性能,还有其他很多要求,例如控制性能,材质等等,这就对材料科学,无线电技术提出了要求,无线电技术的发展就能使人们更加方便的控制门。科学技术的发展最终目的是服务人类社会,任何日常产品的设计都要考虑人性化的要求,考虑人机交互性能,车库门也应该这样。
    在遥控车库门[2]邻域内,我国起步比较晚,虽然近几年国内的技术水平有了长足的发展,但与国外一些知名品牌相比还是有一定的差距的,但从门的整体性能上看,我们就大有逊色了。国内生产门的厂家有很多,但缺乏统一的行业标准,很多配件没有统一的零配件,这很大程度上削弱了产品的通用性和互换性。我国于1992年出台了《上滑道车库门行业标准(讨论稿)》,为我国各厂家提供了上滑道式车库门的质量参照。
    本设计使用红外模块和独立按键模块两个部分,通过单片机控制电机[1]的运转即正转,反转及停止,从而实现车库门的上升、下降及停止。当按下正转按键时,单片机接收到信号,电机驱动电路就会驱动电机正转。同样的,当遥控器正转按钮时,红外接收管接收到信号,单片机除了发送信号给驱动模块外,还会在数码管显示对应的按键码制,表示此时对应的操作,同时,电机运转。在这个设计方案中选用51单片机进行开发,除了对51单片机比较熟悉以外,51单片机还有其他一些特点。第一,单片机构成的系统有较大的可靠性。第二,单片机简单易行,方便实现相应的功能。第三,单片机价格较低,应用广泛,完全可以用到实践生活中去。
     
    1.2本文研究内容
    本设计是基于51单片机开发的模拟车库控制系统,旨在通过对该项目的学习和研究,学会对单片机的应用,并对车库门系统做一些研究,归纳起来,主要完成的设计内容如下:
    (1)模拟车库控制系统按键模块设计
    模拟车库控制系统按键模块是该设计的核心控制模块之一,主要是通过独立按键这一模块给单片机信号,单片机在通过控制步进电机,实现电机步进的正反转及停止,也就是车库门的上升下降及停止。
    (2)模拟车库控制系统红外模块的设计
    模拟车库控制系统另一核心模块就是红外模块[8],主要工作过程是通过遥控器发射红外信号,红外接收管就收信号,通过单片机控制步进电机正反转及停止,即车库门的上升下降及停止。
    (3)步进电机驱动模块的设计
    由于单片机无法直接控制步进电机,所以需要驱动模块来直接控制步进电机,本设计采用ULN2003驱动模块来控制步进电机。
    (4)模拟车库控制系统整体电路的设计;
    将所有模块的电路整合设计,实现模拟车库控制系统的功能。
    (5)模拟车库控制系统的PCB板设计。
    对PCB板进行设计,并通过Protel99绘制出PCB图。
     
    参考文献
    [1]宋戈.51单片机应用开发范例大全[M].北京:人民邮电出版社,2012.
    [2]程国钢.51单片机应用开发案例手册[M].北京:电子工业出版社,2011.
    [3]徐进,齐园园.一种语音控制车库门的实现方法[J].纺织高校基础科学学报,2008,21(3):368-371.
    [4]汪运鹏.车库门全自动生产线控制系统[J].电气时代,2008(2): A4-A5. 
    [5]肖天非.行动导向式教学法初探——以车库门电动控制为例[J].中小企业管理与科技,2013:252-253
    [6]王风华.翻板式遥控车库门系统的研究[D].淄博:山东理工大学,2006.
    [7]张凤,储键,陈晖.基于单片机的车库门遥控器的设计[J].电子技术与软件工程,2013:69-70. 
    [8]孟祥顺.多功能遥控车库门控制器的设计[J].信息技术,2011(4):185-186.
    [9]王巧芝.51单片机开发应用从入门到精通[M].北京:中国铁道出版社,2011.4
    [10]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2010.5
    [11]秦曾煌.电工学 下册[M].北京:高等教育出版社,2009.5
    [12]李正吾.新电工手册[M].安徽:安徽科学技术出版社,2009.8
    [13]王宏.单片微型计算机原理与应用[M].湖北:华中科技大学出版社,2006.1.
    [14]高亮.8051单片机对步进电机的控制及步进电机升降速曲线的设计[J],测控技术,2002.21(11):64-65,67.
    [15]孟英红.用L297,L298组成步进电机驱动电路[J],仪器仪表学报,2003.24(z2):573-574

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