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公交车车门控制电路的研制.rar

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    公交车 车门 控制电路 研制
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    科技学院 2011 届本科毕业论文公交车车门控制电路的研制专 业: 通 信 工 程 指导教师: 王 代 强 学生姓名: 朱 剑 学生学号: 072004111470 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 I 页 目录目录 .............................................................................................................................................I摘要 ...........................................................................................................................................IIIAbstract……………………………………………………………………………………………………..IV第 1 章 绪论 .............................................................................................................................11.1 车门控制的必要性分析 ..................................................................................................11.2 车门控制研究状况 ..........................................................................................................11.3 课题的功能概述 ...............................................................................................................21.4 课题研究的方案 ..............................................................................................................2第 2 章 系统硬件设计 .............................................................................................................32.1 系统硬件总体逻辑设计 ..................................................................................................32.2 80C51 的内部结构及工作原理 ........................................................................................32.3 直流电机驱动模块 ..........................................................................................................92.4 检测有无人进出和纤维开关模块 ................................................................................152.5 转速测量模块 ................................................................................................................16第 3 章 系统软件设计 ...........................................................................................................183.1 功能模块设计 ................................................................................................................183.1.1 PWM 信号发生程序设计 ........................................................................................183.1.2 转速测量模块的程序设计 ......................................................................................193.1.3 检测开关程序设计 ..................................................................................................213.2 整体程序设计流程图 ....................................................................................................22第 4 章 结论 ...........................................................................................................................234.1 硬件电路设计部分 ........................................................................................................234.2 软件设计部分 ................................................................................................................23致 谢 .........................................................................................................................................25贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 II 页 参考文献 ...................................................................................................................................33附件 ...........................................................................................................................................34贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 III 页 公交车车门控制电路的研制摘要在现代汽车车身控制系统中,车门控制系统是重要的一个组成部分。随着人性化技术在公交车上的应用越来越成熟和乘客对舒适性要求的逐渐提高,车门控制系统已经成为了发展趋势。随着单片机的应用越来越广,本文以单片机为辅助,通过对“公交车车门单控制电路”的研究和设计,来实现对公交车车门控制。本论文首先阐述了车门控制发展及研究状况,再简单的介绍了单片机,本文针对公交车甩客的关键问题,提出了采用车速传感器、继电器技术实现的一种简便实用的公交车停车、起步时防甩客装置。该装置不仅能够自动控制公交车门的启闭时刻,而且能够解决目前最为关键的公交车驾驶员安全意识问题。其应用必将为公交车运行时车门的启、闭提供一种安全、自动、高效率的控制方法,充分发挥了单片机的硬件电路简单、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高等的性能的优点来进行公交车车门控制设计,该设计具有一定的使用价值和参考价值。关键词:公交车车门;控制系统;单片机;直流电机;红外传感器 贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 IV 页 AbstractCar door controlling system is an important part of the whole controlling system of automobile. It has turned out to be a tendency due to the development of humanization technology used for public bus and higher demands from passengers for the comfort of riding. The monolithic has been in a wider and wider use, by which this thesis aims to discuss the designing of car door through the study of “single controlling circuit of public bus door”.This thesis firstly discusses the development of car door controlling and next introduces monolithic machine briefly. Directed at the phenomenon of throwing out passenger of bus, this thesis proposes an anti-throwing out passenger system by applying for car speed sensor, electric relay technology. This equipment can not only control the open-and-close time automatically, but solve the problem of public bus driver’s sense of safety. The applications of this equipment can offer a safe , high-efficiency and automatic method for car door’s opening and closing in movement, and makes full use of the advantages of simplicity of monolithic circuit, completion of software function, dependability of controlling system and good price performance to realize the designing of this equipment, which is considerably of value for use and reference.Key Words: Public bus door, controlling system, monolithic machine, Dergleichsrommotor, Infra-red sensor 贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 1 页 第 1 章 绪论1.1 车门控制的必要性分析997 年,威伯科公司在成熟的车门电之.记.控系统 ETS《electronic door control)系统基础上开发并首先应用了车门模块控制系统 N 汀 S。近日,北京等城市连续发生公交车车门夹住乘客,致使乘客受伤的事件。公交车门看似简单,却与乘客安全息息相关。目前国内的公交车车门都没有安装防夹功能,只是在一些公路客车上安装有带防夹功能的车门。据记者调查结果显示,大部分的乘客都希望公交车采用具有防夹功能的车门。近年来,国内客车车门技术虽然有了一定的提高,但是与国外的先进技术还是有着很大的差距。目前城市公交车停靠站点多,乘客上下频繁,车门开关的频率也随之增加。而且公交车车门的开关完全靠驾驶员或售票员手动操作开关门,这不但增加了司乘人员的劳动强度,也因为这些操作不当而造成了夹客或忘记关门等事件的发生。并且也时常发生个别公交车驾驶员素质不高加上经济利益驱动等原因,使得一些公交车没有把车停稳就开启车门,或起步时车门没有及时关闭,而使乘客被甩出车外,造成严重的事故。因此很有必要对车门进行控制,用以增加车门的安全性。1.2 车门控制研究状况随着人性化技术的在公交车上的应用越来越成熟和乘客对舒适性要求的逐渐提高,车门控制系统已经成为了发展趋势。从公交车车门控制系统的发展过程来看,最初的简单控制系统,只是通过电磁阀控制气缸的运动来实现车门的开关,并没有融入安全技术。随后,安全技术融入了车门控制系统,首先是带防夹功能的系统的应用,从 20世纪 80 年代开始,车门控制主要通过 ECU(电子控制单元)来实现控制车门的安全动作,90 年代在成熟的 ETS(Electronics control system)开发了车门模块控制系统(modular control system) ,功能更加强大,从而使车门控制系统在安全性、操作舒适性方面有了突破发展。近几年,一些学者展开了一些车门控制的相关研究,翦权斌(2005)基于 CAN 总线的电动汽车主控制器和车门控制系统的研制与开发。 首先,本文介绍了主控制器和车门控制系统的设计原则、系统结构,详细阐述了主控制器和车门控制系统的软、硬件贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 2 页 设计与开发过程,详细论述了主控制器和车门控制系统的各个模块的硬件结构,并且叙述了控制系统的软件设计开发流程。石磊(2008)基于 CAN 总线的车门控制系统的研制工作,采用模块化设计思想,首先进行了车门控制系统的总体方案设计,并完成了各节点的任务分配,之后分别设计与实现了门锁模块、车窗模块、后视镜模块、中央控制模块,最后用 CAN 总线将各个具有独立功能的模块连接成一体,构成了基于 CAN 总线技术的车门控制系统 [1]。李史欢(2009)设计了一个基于 LIN 总线的车门控制系统,将驾驶侧车门控制模块作为 LIN 主节点,其它 3 门作为 LIN 从节点,给出了 4 门的硬件电路原理图;分析了软件设计流程图。 1.3 课题的功能概述本次设计的公交车车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,当公交车车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。1.4 课题研究的方案本设计采用 80C51 单片机为核心控制芯片;直流电机采用 H 桥驱动;单片机的一个引脚分别产生两种占空比不同的 PWM(脉冲宽度调制)波形作为驱动信号,实现不同的转速和制动;另外由另一个引脚产生转向控制信号;在门的中间及两边位置设置磁开关,作为中断信号产生源,来判断电机是否应该转换速度或停止;有无人进出用红外线来探测,有人士则产生中断,执行开门动作;转速测量采用在电机的转轴上设置一个带有相差 180 度且位于同一半径上的两小孔的圆盘,用红外线照射转动的圆孔,光透过小孔被光敏三极管接收,从而产生脉冲经整形电路后送到单片机内部定时计数测出频率。贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 3 页 第 2 章 系统硬件设计2.1 系统硬件总体逻辑设计数字控制伺服系统的结构如下图 2.1 所示。它由计算机控制器、PWM 功率驱动接口、传感器接口和电机本体四部分组成。计算机的作用是:完成位置信号的设置,根据传感器接口给出的绝对零位脉冲和电流反馈控制,产生 PWM 脉宽调制信号,最后由 PWM功率开关借口对电动机进行最终的功率驱动。在这个系统中,由于反馈控制是通过软件实现的,故可以根据负载的性质改变系统的参数,求得最佳匹配。信号滤波也可以通过软件实现,更有可能通过计算机补偿技术使传感器精度得以补偿提高。计算机控制在可靠性、小型化、联网群控制等方面的优点都是经典模拟伺服系统无法比拟的。PWM三/三三三三三三三三三三三三三三三三三三三三CPU,ROM,RAM,三三三三三三三三三三三I/O,A/D)三三三三三三三三三三三三三三三三三三三图 2.1 数字控制伺服系统2.2 80C51 的内部结构及工作原理80C51 是在 80C31 的基础上,片内又集成有 4K ROM,作为程序存储器,是一个程序不超过 4K 字节的小系统。ROM 内的程序是公司制作芯片时,代为用户烧制的,出厂的 80C51 都是含有特殊用途的单片机。所以 80C51 适合于应用在程序已定,且批量大的单片机产品中。80C51 是 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中最基本的产品,它采用 INTEL 公司可靠的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机,属于标准的 MCS-51 的 HCMOS 产品。它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征,它继承和扩展了 MCS-48 单片机的体系结构和指令系统 [2]。贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 4 页 80C51 内置中央处理单元、128 字节内部数据存储器 RAM、32 个双向输入/输出(I/O)口、2 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。此外,80C51 还可工作于低功耗模式,可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下,保存 RAM 数据,时钟振荡停止,同时停止芯片内其它功能。8051 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。主要功能特性:· 标准 MCS-51 内核和指令系统 · 4kB 内部 ROM(外部可扩展至 64kB) · 32 个可编程双向 I/O 口 · 128x8bit 内部 RAM(可扩充 64kB 外存) · 2 个 16 位可编程定时/计数器 · 时钟频率 0-16MHz · 5 个中断源 · 5.0V 工作电压 · 可编程全双工串行通信口 · 2 层优先级中断结构 · 电源空闲和掉电模式 · 快速脉冲编程 · 2 层程序加密位 · PDIP 和 PLCC 封装形式 · 兼容 TTL 和 CMOS 逻辑电平引脚功能介绍:MCS-51 是标准的 40 引脚,双列直插式集成电路芯片,引脚分布请参照单片机引脚图:XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD 10P3.1/TXD 1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD 17P3.6/WR 16P3.5/T1 15贵州大学科技学院毕业论文(设计) 第 5 页 图 2.2 80C51 引脚图P0.0~P0.7 P0 口 8 位双向口线(在引脚的 39~32 号端子) 。 P1.0~P1.7 P1 口 8 位双向口线(在引脚的 1~8 号端子) 。 P2.0~P2.7 P2 口 8 位双向口线(在引脚的 21~28 号端子) 。 P3.0~P3.7 P2 口 8 位双向口线(在引脚的 10~17 号端子) 。这 4 个 I/O 口具有不完全相同的功能,P0 口有三个功能:1.外部扩展存储器时,当作数据总线(如图 2.2 中的 D0~D7 为数据总线接口)2、外部扩展存储器时,当作地址总线(如图 2.2 中的 A0~A7 为地址总线接口)3、不扩展时,可做一般的 I/O 使用,但内部没有上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1 口只做 I/O 口使用:其内部有上拉电阻。P2 口有两个功能:1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用2、做一般 I/O 口使用,其内部有上拉电阻;P3 口有两个功能:除了作为 I/O 使用外(其内部有上拉电阻) ,还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。有内部 EPROM 的单片机芯片,为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源,这些信号也是由信号引脚的形式提供的,即:编程脉冲:30 脚(ALE/PROG)编程电压(25V):31 脚(EA/Vpp) 。在介绍这四个 I/O 口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么呢?他起什么作用呢?当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果 P0 口如果作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。P0 端口总线 I/O 端口,双向,三态,数据地址分时复用,该端口除用于数据的输入/输出外,在 8031 单片机外接程序存储器时,还分时地输出/输入地址/指令。由Po 端口输出的信号无锁存,输入的信息有读端口引脚和读端口锁存器之分。单片机在对端口 P0—P3 的输入操作上,有如下约定:为此,80C31 单片机在对端口 P0-P3 的输入操作上,有如下约定:凡属于读-修改-写方式的指令,从锁存器读入信号,其它指令则从端口引脚线上读入信号。P0 端口是 80C31 单片机的总线口,分时出现数据 D7—D0、低 8 位地址 A7—AO,以及三态,用来接口存储器、外部电路与外部设备。P0 端口是使用最广泛的 I/O 端口。单片机复位后,各个端口已自动地被写入了 1,此时,可直接作输入操作。如果在
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