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基于单片机的新型电动栏杆设计

  摘要:本论文是基于AT89C52单片机而设计的新型电动栏杆。该系统主要包括感应模块、控制模块、电机驱动模块、报警模块等。通过光电传感器来检测是否有车辆通过栏杆,经过识别后自动栏杆做出反应来判断是否升起或者降落。该电路结构简单、可靠性高、功能强且成本较低。
  关键词:步进电机 光电传感器
  中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0110-01
  随着现代社会的发展,自动控制栏杆的运用范围是越来越广泛。由于社会公共交通运输等问题的增多,人们普遍盼望一种省时省力、节约资源的自动栏杆出现。自动控制栏杆主要用于铁路道口、公路收费站、停车场及门卫等地方,通过控制器来控制步进电机运转,从而带动栏杆上升和下降,借此实现对过往车辆的拦挡和放行。
  1 方案的选择与论证
  本设计由硬件部分和软件部分两大部分组成。硬件系统采用STC89C52单片机作为中央处理器,采用了多路电源供电,结合步进电机驱动电路,达到过往车辆数量检测,并结合数码管显示等功能。而软件系统则采用模块化设计,包括车辆数量记录模块,距离电机驱动模块、数码管显示模块等。
  1.1 电机驱动模块
  电机驱动模块中所使用的是步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在步进电机运转非超载的情况下,步进电机的转速、停止的位置只取决于输入脉冲信号的频率和脉冲数,而且不受负载变化的影响,当步进电机驱动器接收到了一个脉冲信号,它就会驱动步进电机按预先设定的方向转动一个固定的角度,此角度被称为“步距角”,步进电机的旋转是以固定的角度一步一步逐渐运行的。我们可以通过控制脉冲产生个数来控制角位移量,从而可以达到准确定位位移大小的目的。当红外传感器检测到车辆通过时,单片机就会产生脉冲控制步进电机转动固定的角度,从而实现电动栏杆的起降。
  1.2 过往车辆检测模块
  对于过往车辆的检测则采用红外蔽障传感器,这是一种集发射与接收于一体的一体化光电传感器,检测距离是在一定范围内可以调节的,能够满足我们设计的要求。而且这种传感器易于安装,价格便宜,使用方便,应用范围广,可以广泛用于机器人蔽障,流水线计件等众多场合。
  1.3 显示模块
  采用四位LED七段数码管。数码管具有:低损耗、低能耗、寿命长、低压、对外界耐老化,环境要求很低。
  1.4 系统各模块最终方案
  根据以上分析,结合器件和设备等因素,确定了如下方案。
  (1)采用STC89C52单片机作为中央控制器,分别对步进电机驱动、车辆检测、数码管液晶显示进行控制。采用单片机编程来实现,方法简单易行,利用红外传感器作为发射和接收装置。当车辆通过时,光电传感器没有接收到发射端持续发射的信号,就会产生一个高电平输入到单片机。在单片机内部采用不断寻址,单片机采用查询方式,一旦接收到高电平,则单片机就会产生脉冲输出,同时控制电机的转动,以便使栏杆抬升,使行人或者车辆能够通过。该系统容易操纵,且简单实用。
  (2)显示采用数码管。数码管是一类通过显示屏对其不同管脚输入相对的电流,使其发亮,从而显示出数字。它能够显示时间、日期、温度等所有可以用数字来表达的参数。而且价格便宜,使用简单,应用十分广泛。
  2 硬件的设计与实现
  2.1 系统硬件模块
  系统总体可以分为:电源模块电路,中央控制芯片,红外传感器检测电路,步进电机驱动电路,显示电路等部分。系统总体方框如图1所示。
  2.2 步进电机驱动电路
  步进电机驱动采用ULN2003A,这是一种高耐压、大电流复合晶体管阵列,由七个硅NPN复合晶体管组合而成。
  2.3 红外传感器检测电路
  红外传感器检测电路是用来检测过往车辆的状态及数量的,该电路采用E18-D80NK红外避障传感器,这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节,3~80cm可调。这种传感器有3根管脚,红色正极,黄色信号,黑色负极,当传感器被障碍物挡住时,就会在信号端输出一个高电平,并输出到单片机对应的引脚。
  3 软件的设计与实现
  系统的软件设计采用C语言,基于模块化思想,在编写过程中,通过主程序调用各模块子程序,使主程序比较简单,可读性强,结构清晰,层次明确。
  4 结论
  该设计操作简易,设计的移植性好,具有精度高,智能化,可靠性高,实际应用性强和价格低等优点。
  参考文献
  [1]邓兴成.单片机原理与实践指导[M].机械工业出版社,2009,6.
  [2]谭浩强.C程序设计教程[M].北京:高等教育出版社,2008,4.
  [3]于卫.模拟电子技术实验及综合实训教程[M].武汉:华中科技大学出版社,2008.


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