自动门控制系统设计论文

自动门控制系统设计论文

1.1 课题背景
1.1.1 单片机的介绍和发展概况
什么是单片机?单片机有什么用?单片机又称单片微控制器或单片微型计算机,它自20世纪70年代问世以来，以其高的性能价格比受到人们的重视和欢迎。所以应用很广，发展很快。它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。它集成了微处理器（CPU）存储器（RAM、ROM、EPROM）和各种输入输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，A/D转换器以及脉冲调制器PWM等），概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机根据其基本操作处理的位数可分为：1位、4位、8位、16位和32位单片机。
单片机的发展历史可以分为四个阶段：
第一阶段（1974年-1976年）单片机初级阶段。
可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成（如图1所示）。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
单片机的应用领域 ：
1.单片机在智能仪器仪表中的应用；
2.单片机在工业测控中的应用；
3.单片机在计算机网络和通讯技术中的应用；
4.单片机在日常生活及家电中的应用；
5.单片机在办公自动化方面。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录相机、摄相机、全自动洗衣机，自动门的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。
单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来实现的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。
单片机的发展趋势将是向着大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展。为满足不同的用户要求，各公司竞相推出能满足不同需要的产品。包括以下几个方面：
（1） CPU的改进，是指采用双CPU结构，以提高处理能力；增加数据总线的宽度，指单片机内部都采用16位数据总线，其数据处理能力明显优于一般8位单片机；采用流水线结构，意思是指令以队列形式出现在CPU中，且具有很快的运算速度；串行总线结构，即用三条数据线代替现行的8位数据总线，从而大大的减少了单片机引线降低了单片机的成本。目前许多公司都在积极地开发此类产品。
（2） 存储器的发展包括加大存储容量，片内EPROM采用 PROM或闪烁(Flash)存储器。闪速存储器（Flash Memory）是一类非易失性存储器NVM（Non-Volatile Memory）即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如DRAM、SRAM这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失。 Flash Memory集其它类非易失性存储器的特点：与EPROM相比较，闪速存储器具有明显的优势——在系统电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压（某些第一代闪速存储器也要求高电压来完成擦除和/或编程操作）；与EEPROM相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点。其独特的性能使其广泛地运用于各个领域，包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，如数字相机、数字录音机和个人数字助理（PDA）。
（3）有程序的保密化，即对EPROM或EEPROM采用加锁方式。
1.1.2 电机微机控制系统的应用和发展
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，完成各种新颖的、高性能的控制策略，是电机的各种潜在能力得到充分发挥，是电机的性能更符合使用要求，还可以制造出便于控制的新型电机，使电机出现新的面貌。
比较简单的电机微机控制，例如在适当的时刻让电机启动、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产流水线中，现在已普遍采用危机的可编程控制器，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，使电机按给定的指令准确工作。
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交流电机各有优缺点，直流电动机的调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；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频调速是比较理想的，但若要用普通的模拟电路或数字电路完成这一任务，电路相当复杂，用微机控制就简单多了。若要进一步调速精度及动态性能，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很难做到，而应用微机控制，则能方便的实现。目前，广泛应用于数控机床等自动化设备的数控位置伺服系统，其中电动机都是由微机控制的。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（Digital Signal Processor简称DSP），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面：
（1）发电机励磁系统的控制。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。
（2）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：
(1)实时控制。根据给定的要求及控制规律，对发电机的典雅，电动机的转速等物理量实现在线实时控制。
(2)监控。完成事故报警、事故处理、系统诊断及管理等。
（3）数据处理 完成必要的数据采集、分析处理、计算、显示、记录等。
1.2 课题研究的意义和目的
毕业设计是获得本科毕业证书及学位证书的必要的一环。毕业设计是课堂知识转化为实践技术的手段，是理论结合实际、 提高综合能力的必经之路同时毕业设计论文是对完成毕业设计的实现过程的总结，通过撰写论文我们可以学会分析，获得将技术上升到理论认识的能力。
而且既然单片机的应用越来越广泛，而且我们所学的既是本学科，将来既有可能就是从事这方面的工作，为了让自己在走向工作岗位之前得到充分的锻炼，毕业设计必须认真完成。
通过本次设计，复习并进一步掌握单片机的原理与应用及模拟数字电路的有关知识，复习汇编指令的应用，更深层地了解汇编言的思想，锻炼自己的实际操作及创新设计能力。
培养我们综合运用有关的基础理论课、专业基础课和专业课的知识和技能去分析和解决实际应用问题的能力。
对我们进行系统开发基本能力的初步训练，使我们能掌握解决一个实际问题，开发一个软件的一般程序和基本方法。
毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。我们通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。使我们在作完毕业设计后，能够感到自己的实践动手、动笔能力得到了锻炼，增强了即将跨入社会去竞争、去创造的自信心。
1.3 课题的功能概述
本次设计的自动门单片机控制系统必须实现的功能主要有三个：
（1） 无论门当前处于何状态，一旦有人进出门时，门必须打开。
（2） 在门运行的时候为了同时考虑速度和安全问题，关门过程前一半快速，后一半慢速；开门的过程是前一半快速后一半慢速。这样既可以保证有人来时立即开门没人时立即关门，又可以避免关门时两门相冲撞或开门时各个门的碰撞。
（3） 由转速测量系统，当自动门遇到障碍是电机速度变慢时，转为开门，以免使电流过大烧毁电机。

基于PLC的自动门控制系统的设计 毕业论文

目 录
引 言 1
1. 概述 2
1.1 国内外自动门发展现状 2
1.2 本课题研究的内容 2
1.3 本课题研究的目的和意义 3
2. 自动门控制系统总体方案设计 4
2.1 自动门的功能需求分析 4
2.2 系统设计的基本步骤 4
2.3 自动门技术参数的确定 6
2.4 自动门的机械传动机构设计 6
3. 自动门硬件系统的设计 8
3.1 控制系统结构设计 8
3.2 可编程控制器(PLC)的选型 8
3.2.1 PLC概述 8
3.2.2可编程控制器（PLC）的选型 9
3.3 驱动装置的选型 11
3.4 变频器的选型 12
3.4.1 变频器原理 12
3.4.2 变频器的选型 12
3.4.3 变频器的参数设定 13
3.5 感应开关的选型 15
3.6 自动门系统I/O分配表 15
3.7 控制系统的电气接线 16
4. 自动门控制系统软件的设计 17
4.1 PLC梯形图概述 17
4.2 梯形图编程环境 17
4.3 程序流程图 19
4.4 梯形图的设计 20
5. 系统调试 21
5.1 梯形图程序的下载 21
5.2 程序调试记录及结果分析 22
结束语 23
参考文献 24
附录Ⅰ 自动门的硬件连接电路 25
附录Ⅱ PLC的I/O地址分布图 26
附录Ⅲ 自动门梯形图程序 27
致 谢 33

单片机控制自动门系统论文

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