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基于单片机的智能家居门控制系统设计
作者：余腾伟 童旭
来源：《山东工业技术》2016年第19期
摘 要：智能家居已经逐步进入人们的生活，但是智能家居门控制系统面世的却很少。本论文设计一种基于单片机控制器的智能门系统，该系统安装方便，可以应用于一般居家生活门中。选用STM32单片机作为主控芯片，Power-HD公司的1501MG舵机作为执行机构，通过电机带动连动机构带动家居门的开和关；将HC-SR501热释电红外传感器模块安装在门正上方用于识别人体红外线，利用各种红外传感器将开关门信号和夹手信号传输给主控芯片，利用PWM技术控制驱动电路控制电机动作，实现对来人自动开关门和防夹手的功能。 关键词：智能门；STM32F103ZET6；红外传感器 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.094 1 前言
智能门最先由应用在商用建筑中，商用建筑中功能简单的智能门叫做自动门，具备自动开关、防夹手等简单的功能。随着科学技术的发展，尤其是电子行业的发展，而今自动门早已出现在人们日常生活中，医院、机场、商务楼盘、超市等公共场所中，经常可见其身影。根据不同的客户需求，智能家居门在自动开关门功能的基础上可以添加各种其他功能，比如模式选择功能、防夹手功能、智能语音功能、智能感温感烟、智能识别功能等等。 2 硬件系统设计
本设计由主控芯片、执行机构、传感器部分、电源、显示等部分组成。主控芯片用于接收传感器信号、控制执行机构、逻辑运算和数值计算、驱动外设等功能；执行机构用于控制门的开关动作；传感器识别外界物体，将其他形式的信号转换为电信号传输给主控芯片；电源用于给其他各个部件供给电源；显示部分用于实现人机交互和显示信息。 2.1 主控芯片
选择STM32F103ZET6单片机，此单片机存储容量大，指令周期短；拥有多个ADC、DAC、PWM等多个片内外设，PWM外设驱动舵机，易于开发，价格成本适中，操作简单。和8/16位设备相比，ARM Cortex-M3 32位RISC处理器提供了更高的代码效率。
STM32F103xx微控制器带有一个嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有的ARM工具和软件。 2.2 执行机构
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考虑到步进电机和交流伺服电机不方便安装，减速直流电机需要增加位置传感器，选用舵机作为执行机构，两个舵机利用传动机构推动门，进行门的开关动作。舵机主要由外壳、减速齿轮组、电机、电位器、控制电路等部分组成，属于伺服直流电机的一种。主要用于控制模型的舵面，仿真机器人的关节也多用舵机工作。舵机轻巧，方便安装，输出扭矩较小，控制简单。
2.3 传感器选择
反射式红外线传感器是利用红外线反射的原理，根据反射的强度来判定前方障碍的有无。在距离适中的时候测量精度很高。由于使用的是红外线，所以抗干扰能力很强。反射式红外线传感器还具有电路机构简单，易于操作；体积较小，便于安装；工作稳定，灵敏度高，性能可靠等优点。 3 软件系统设计 3.1 电机驱动模块
STM32F103系列单片机自带PWM外设，可以输出多达14路PWM信号，通过控制寄存器，可以方便的调节PWM波的频率和占空比。当接收到开门或者关门的信号时，通过PWM调节占空比来控制电机执行不同的动作。先对PWM外设初始化，通过判断语句实现开关门动作。
3.2 信号处理模块
送入主控芯片的信号一共有两种，一个是识别人体的热释电红外传感器信号，另一个是防夹手的漫反射红外传感器信号。热释电红外信号用循环扫描方式不断扫描，漫反射红外信号用中断方式可以快速反应夹手信号。 3.3 显示模块
显示模块需要完成彩屏的初始化还有触屏的反馈，需要循环扫描是否有触屏信号，如果有触屏信号，根据触摸位置的不同需要作出不同的处理，处理结果还要显示出来。 4 系统测试 4.1 模型门选择
实际门的标准大小为2100mmX800mm，选取750mmX400mm的模型木板代替实际门。 4.2 测试结果
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开门时PWM波形的占空比会逐渐减小，占空比为5%。关门时PWM波形的占空比会逐渐增加，占空比增加至10%。
由测试结果可知，模型制作的智能门基本可以实现设计的要求，可以完成自动开关门和防夹手的动作。 5 结论
设计了一种可以实现来人时自动开门，人走时关门，关门时有物体放在门沿时触发防夹手功能，迅速开门。在液晶屏上选择不同模式，可以实现延时关门、自动开关门、手动开关门等。舵机带动传动机构使门转动，STM32F103单片机输出50HZ不同占空比的PWM波形给驱动电路，驱动电路带动舵机转动不同角度。防夹手功能由漫反射红外传感器将信号传给单片机，高电平表示有物体在门沿处；程序选择中断形式，可以及时执行开门动作，防止夹手。识别人体功能由热释电红外传感器将信号传给单片机，高电平表示有人进过；程序选择循环扫描形式。TFT彩屏显示用户可以修改的参数和开关门的状态，用户通过触摸来选择不同的模式，实现模式的切换。整个设备安装轻巧，便于调试。 参考文献：
[1]许红敬.再不智能家居就OUT了，智能家居在爆发还是一阵喧哗[J].消费电子，2014（13）：PP36-42.
[2]石建立.家用自动门将开启住宅空间的新体验[J].城市环境设计，2013（Z2）：PP314-315.
[3]焦丽娟.自动门控制算法及控制系统实现[M].南京：南京航空航天大学出版社，2011. [4]陈继红.微机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2011.
作者简介：余腾伟（1981-），女，四川彭州人，博士，副教授，主要研究方向：机械电子。
基于单片机的智能家居门控制系统设计
