0817A自动门控制系统设计V4.docx

电子科技大学毕业设计（论文）论文题目：自动门控制系统设计学习中心（或办学单位）:电子科技大学中山学习中心指导老师:职称：:学生姓名:学号：专业：电子科技大学继续教育学院网络教育学院202年月曰摘要据统计分析剖析，2013年我国感应门年保有量贴近百万台，极大的市场发展发展潜力对感应门本身的构造和控制方式提出了更高的规定和新要求求。经过多年的技术累积和创新，感应门早就向安全、智能化系统、节省、环保发展。为了改进当前的智能化系统开放关掉控制系统软件的安全性和实际的具体实际操作性，本文改善了当前的控制系统软件，离去了传统的PLC控制关键的智能化系统电源开关门控制系统软件拆换STM32F103C8T6配置电源电路完成无刷直流电机控制,提升系统灵便性，减少制造成本。本文设计方案了一种提升控制系统软件安全性的新式抗压压挤计划方案计划方案PID模糊控制、轧制速度测量方法和波形调制方法来提高系统的稳定，实现了直流无刷电机应用在智能门锁的控制系统中。关键词：智能开关门，控制系统，设计，安全性ABSTRACTAccordingtostatistics,thenumberofautomaticdoorsinChinawasnearlyonemillionin2013,andthehugemarketpotentialputforwardhigherrequirementsforthestructureandcontrolmethodsofautomaticdoors.Afteryearsoftechnicalaccumulationandinnovation,automaticdoorshavenowdevelopedtowardssafety,intelligence,economyandenvironmentalprotection.Inordertoimprovethesafetyandoperabilityofthecurrentintelligentdooropeningandclosingcontrolsystem,thisthesismakessomeimprovementstotheexistingcontrolsystem,leavingthetraditionalintelligentdooropeningandclosingcontrolsystemwithPLCasthecontrolcore,andreplacingstm32fl03c8t6withhardwarecircuittocontrolbrushlessDCmotor,whichincreasestheflexibilityofthesystemandreducesthemanufacturingcost.Inthisthesis,anewantiextrusionschemeisdesignedtoimprovethesecurityofthecontrolsystem.PIDfuzzycontrol,rollingspeedmeasurementmethodandwaveformmodulationmethodareusedtoimprovethestabilityofthesystem.TheapplicationofDCbrushlessmotorinthecontrolsystemofintelligentdoorlockisrealized.Keywords:Intelligentdooropeningandclosing,controlsystem,design,safety目录摘要IABSTRACTII第一章绪论51.l研究背景51.2 研究意义51.3 国内外研究现状6第二章智能开关门结构及其控制基础72.1 智能开关门的结构72.2 永磁同步直线电机的结构和原理72.2.1 永磁同步直线电机的基本结构72.2.2 永磁同步直线电机的工作原理8第三章智能开关门控制系统硬件电路设计93.1 硬件电路总图93.2 单片机控制电路93.2.1 信息处理单元93.2.2 电流检测电路103.2.3 串口通信电路113.3 电机控制电路123.3.1 MOS管的选择123.3.2 驱动芯片的选择123.3.3 电机驱动电路设计123.4 电源电路13第四章智能开关门控制系统软件设计154.1 软件系统设计154.1.1 软件功能结构设计154.1.2 软件运行流程设计164.2 按键功能模块174.2.1 按键消抖174.2.2 功能按键184.3 电机控制模块184.4 通信模块204.4.1 串口信息发送204.4.2 串口信息接收21第五章系统调试225.1 平移智能开关门驱动系统实物介绍225.2 实验结果22结束语1谢辞2参考文献3第一章绪论1.1 研究背景1930年，世界上第一扇能开合的智能门在美国诞生，并开始在世界范围内逐步得到应用。我国在八十年代初期从日本引进这个技术，其后在我国得到迅速发展。根据资料，2013年我国智能门开关数量起码有几十万台。庞大的市场对智能门整体的结构和控制方式提出了更高的要求。经过好几年的积累和技术创新，现在的智能门正在朝着安全、智能、节约、环保的方向发展。自从踏入上世纪90年代之后，国外的自动化的技术进步的十分迅速，而且技术也是逐步趋于完善，取得了令人震惊的成果，自动门的重要组成结构之一就是自动化的技术。在现在人们的日常生活之中，自动门起到了不浪费动力、减少来自外界的噪音、防止狂风和灰尘进入的作用，并且在公共场合中增添了肃穆、高端大气和时兴的姿态，因此被广泛应用。目前市场上较为流行的智能门的系统多为采用“电机+皮带输送机”拖动方式，能量传输效率低，机械结构占用空间大。这些不足在当今市场上变得越来越明显。直线执行器作为一款新的特种执行器，已从电磁挤压、高精度加工、铁路道口等高精度应用场景逐步大众化。把直线执行器用在智能门上可以发挥它的长处，直线执行器用在开关门上具有以下优点：（1）直线执行器可以直接造成直线运动，执行器和门板负荷可以通过机械设备构造直接联接，无需螺丝杆、轴承等可变运动是直线运动的机械设备组织，简单化了系统的运动方法，提升了系统的推动力传送效率和稳定性；（2）构造更简易，与传统智能门开关相比，占用空间大大减少，摩擦阻力降低。传统智能门电机一旦停电，电磁阻力和电机驱动的阻力叠加使得很难手动打开智能门。但是智能门与直线驱动电机是间接连接，停电后磁阻小，智能门能很容易打开；（3）更高的安全性。传统智能门的电磁力一般高于IO0N,但是智能门由于摩擦力小，电磁力可以控制在30N以下，当发生意外停止时破坏性小。虽然智能门具有上述优点，但与传统智能系统相比，它的控制系统还有很多需要改进的地方，比方说位置信号处理和相对复杂的控制策略。所以对智能门控制系统中直线性执行器的研究对提高智能门的性能很重要。1.2 研究意义通过分析行业报告，可以发现智能门的安全系数是影响客户选择的主要原因。这几年，因智能门发生的意外事故有很多，受害者多为年幼的孩子。本文采用红外接近传感器来监控智能门和门框之间行人的位置和方向，这样来控制智能门，让它具有各种安全保护措施。根据工程实践，发动机在控制系统中一般是低速转动，这种情况下，如果电机转速计算不稳定，不能在一定程度上抑制转矩脉动，那么智能门的稳定性将大大下降。模糊控制具有一定的智能化水平，数值可以根据实际情况进行调整，增强了对复杂系统的控制力。1.3 国内外研究现状对国外来说，国内智能门开闭技术的研发起步较慢，但这几年，国内智能门技术慢慢发展起来。随着我们国家城市化进程的发展，越来越多的高楼拔地而起。90年代往后，智能门禁得到了越来越多的用处，技术也发展迅速。我国拥有大量的智能门厂家，其中北京的博顿、青岛的迪盟、广州的盛威、沉阳的金海、上海的康宇等厂家在行业内有着良好的口碑和发展。微控制器MCU具有更强大的灵活性、计算和逻辑处理能力，智能门厂家可以根据实际使用场景设计配套的电路，降低成本。由于集成度高、体积小、控制尺寸减小，智能门的美观度也有所提升，所以越来越多的制造商开始使用微控制器。国外的智能门制造技术相对国内更为成熟些，荷兰的BOONEDAM瑞典的BESAM、德国的DOma、德国的GEZE、日本的Nabok、日本的Teraoka都在全球智能门行业享有盛誉。多种冗余传感器，使得智能门可以有效检测行人的存在和运动轨迹，从而控制门体，有效防止人被门夹住，增高了智能门的安全系数。使用通讯技术和液晶显示，让智能门开闭的维护调试更方便。所以控制系统出现问题时,维修人员可以通过液晶屏直接监控系统的各种状态和数值，马上找出故障的地方，提高了效率，降低了结构的复杂程度。第二章智能开关门结构及其控制基础2.1 智能开关门的结构智能门采用直线电机作为门板驱动电机进行智能开门和关门，定子绕组固定,电机绕组带动门板移动。其结构如图2-1所示。图2-1智能开关门结构示意图2.2 永磁同步直线电机的结构和原理2.2.1 永磁同步直线电机的基本结构电机沿半径方向分开，然后将圆周拉伸成一条直线，就构成了直线电机的基本形状，如图22所示。电机定子拉伸后变成直线电机的初级（定子），电机转子对照直线电机的次级。直线电机的次级一般叫动子，因为它是静止的，本文只讨论直线电机叫动子图2-2直线电机结构示意图在这种永磁同步直线电机中，Nd-Fe-B永磁材料的N极和S极沿运行方向交替安装在电机的铁质气缸盖上，定子铁芯分体安装三相对称感应绕组。电机运行时,定子铁心不动，动子在定子感应绕组电磁力的作用下作直线运动，是行波磁场前进方向的反方向。电机沿半径分离出来，随后将圆周拉伸成直线，产生直线电机的基本外型，如图2-2所示。电机定子拉屈伸成直线电机的初级（定子），电机转子与直线电机的二次线圈线圈开展较为。直线电机的二次线圈线圈通常称之为动子，由于它是静止不动的，本文只探讨直线电机。2.2.2 永磁同步直线电机的工作原理永磁体在电机底部被N极和S极替代，永磁体的初始磁场与定子绕组造成的起伏磁场互相功效。磁性贴纸是度假度假旅游营销推广的推动力。在电磁推力的功效下，致动器团队的凝聚力向反过来的方位加快，加速到同一速率，随后匀速运动。电机的运动方位由行波磁场的运动方位决策久因而，行波磁场的运动方可以通过更改定子线圈的相序来更改进而更改电枢的运动方位。=，一一/一,一I/I1、IJ/Ib;=S-J/子AZBXCYA图2-3永磁同步直线电机气隙磁场分布第三章智能开关门控制系统硬件电路设计3.1 硬件电路总图基于意法半导体STM32F103C8T6的微处理器智能门开关控制系统。控制系统的硬件电路主要由电机驱动电路、电机电流检测电路、微处理器电路、电源电路等模块组成。方案如下图：图3-1智能开关门控制器电路图电路板实物图如下所示:图3-2电路板实物图3.2 单片机控制电路3.2.1 信息处理单元最小的芯片平台由主控芯片、复位电路、外部时钟电路和电源电路组成。处理单元电路图如3-3所示，STM32F103C8T6的基本参数如表3-1所示。OHEFF EHOFNl WUK)ILXT)Mg 工 匕£IXL DE彳dM r-0dPPCI4PAI3PCIJPAI2PDOPAlIPDI STM32FIO3CUT6 PAIONRSTPAQV