计算机控制技术课程设计-自动感应门系统设计

计算机控制技术课程设计课题题目：自动感应门系统设计学生姓名： 学 号 ：学 院 ： 专业年级： 指导教师：目录第一章 绪论11.1 课题的设计背景及意义11.1.1 设计背景11.1.2 设计目的和意义11.2 国内外技术现状与发展21.3 设计内容与技术路线2第二章 系统总体设计42.1 系统测控对象简介42.1.1 结构42.1.2 测控要求42.2 系统整体结构及工作原理52.2.1 结构框图52.2.2 工作原理52.2.3 各主要部件作用5第三章 系统硬件设计63.1 上位计算机选型63.2 控制器选型63.3 检测控制电路设计83.3.1 红外传感器电路和原理8第四章 系统软件设计114.1 总体设计114.1.1 软件功能需求分析114.1.2 软件构架114.1.3 开发工具简介114.2 软件各功能模块设计124.2.1 开关量检测模块12第五章 设计总结185.1 系统设计总结185.2 设计过程总结18参考文献19第一章 绪论1.1 课题的设计背景及意义1.1.1 设计背景随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高，现代社会中智能化建筑越来越多，作 为现代建筑智能化一个重要指标的自动感应门的应用也越来越广泛，在酒店、银行、商场等 现代化建筑中都能看到其声影门的发展历史可以追溯到古埃及，那时候门的主要作用是屏蔽，但这种作用都是被动的， 需要人通过手推拉式，有时候力量重了对门的损伤很大。同时对于人流量大的公共场所，如果都要手推，对人们来说相当不方便。现代社会要求门不仅能够起到安全作用，还能有效地通行、疏散和能够与周围环境协调，随着门的不断发展，自动门作为门的高级形式，它的出现对人类文明是一次重大发展。我国在自动门的应用上起步较晚，从 20 世纪 90 年代才进入中国，前期主要是通过引入国外生产设备和技术进行制造，其主要来源是欧美国家，包括美国、意大利、德国、荷兰和 日本等国家。随着市场需求的不断增大，自动门在我国飞速发展，国内已经有一批具有独立 生产能力的自动门企业，截至 2012 年底，包括国产以及进口产品，中国自动门市场上已经有 80 余个品牌的门机及自动门成套设备，而各种规模的门机生产销售厂商则更以数百计， 主要分布在长三角和珠三角区域，当年的生产规模达到 12.8，金额达到 7.2 亿元。自动感应们的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。但由于我 国自动感应门相关的国家标准的欠缺，导致市面上自动门的档次、质量良莠不齐，鉴于这种 情况的出现，我将比较不同传感器以及不同的计算机控制系统从而设计一款性能优良、价格 适中的自动感应门控制系统，其将具有多种操作模式，能够根据用户的需求进行各种参数的 调节且操作方便，此外还要保障性能稳定可靠，故障率较低以及较低的运营成本。1.1.2 设计目的和意义自动感应门是指门的开关控制通过感应方式来实现。它的特点是当有人或物体靠近时， 门会自动打开。使用自动感应门除了方便人进出外，还可以减少空调能源消耗、降低噪声、 防风、防尘等，并美化了建筑的门面，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及， 它也成为了银行、大型商场、酒店及企事业单位等场所装修必不可少的一项配置。随着现代计算机、自动化及通信技术的发展，建筑行业的自动化程度得到迅速发展，传9统的建筑正在被智能化建筑取代。智能建筑是将建筑物内的设备监控系统、办公自动化系统、 通信系统、多媒体音像等系统组合起来，并通过计算机网络系统统一管理，其包含多个子系统，例如安防系统、电梯管理系统、照明系统等，其中的出入口系统是智能建筑中关键系统， 自动门就是出入口系统自动化产物，它对于智能建筑的发展具有重要的意义，对于自动门的稳定高效性也提出更高的要求。1.2 国内外技术现状与发展目前自动门发展的现状是国外一些大公司的产品性能比较优良功能也较多但其价格也相对偏高，如德国的 BLASL，瑞士的 TORMAX，日本的 National 等，这些公司产品的主要特点是功能繁多，性能可靠，但普遍价格偏高且操作复杂。而国内的产品虽然价格比较合理但 性能上却不能和国外的同类产品相比，他们普遍存在着各种各样的毛病，故障率高。自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国的超级市场的 开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在 1945 年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。到了 1962 年，电气式已开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领城每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机 的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用率低很低，然而伴随着 电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成 为主流。例如：各种用可识别控制的自动专用门，如：感应自动门(红外感应，微波感应， 触摸感应，脚踏感应)、刷卡自动门等。目前自动感应门按开门方式主要分为平移式和旋转式。平移式主要包括机械和电气两个部分。机械部分为自动感应门扇进行轨道、门扇吊具走轮系统、同步皮带和下部导向系统， 电气系统包括主控制器、感应探测器、电动机。其最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和们内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在，给控制器一个信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人们通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电之后 可以实现无人看管，同时由于节约能源等的优点，现已成为学校、公司等人流密集地疏导人流、 控制输入的首选1.3 设计内容与技术路线平移式自动感应门控制系统由计算机、传感器、输入装置、输出装置、驱动电路、电动 机、减速器和其他装置组成，如下图所示。技术路线如下所示：图 1-1 自动感应门控制系统组成示意图在玻璃门上安装红外传感器，利用红外传感器的光源发射红外线，当有人接近时，红外线照射在人体并反射到传感器的接受元件上，产生的开门触点信号经输入装置传给计算机， 计算机接受开关信号进行判断，通过输出装置发出控制信号驱动电动机正向运行，通过执行装置将门开启；当人离开后由计算机做出判断，通知电动机做的反向运动，将门关闭。第二章 系统总体设计2.1 系统测控对象简介2.1.1 结构本次设计中是以某营业厅的自动门作为例子，完成以数据采集卡为计算机系统的自动门 机械零部件的设计制造，设计对象是按照正常进出门宽为 4.2m 高度为 3.2m 的尺寸进行初步设计，这种规格的尺寸适用于人流量较小的场所。表 2-1 设计规格2.1.2 测控要求图 2-1 自动门示意图要求自动感应门可以随着人的进出自动打开或关闭自动门扇，并有一定的停留时间，保 证有效的开合，对此，自动感应门控制采用以下设计方案：1）在营业厅自动门正上方内外各自装一个红外检测开关，检测进出情况。2）计算机系统采用数据采集卡，接收红外传感器发出的信号。3）活动门框装设限位开关，设置活动门开关的最大位置。 控制系统控制要求如下：1）当检测到人欲进出时，红外检测开关检测出存在人类要进入或出去的状况，从而产生输 出信号。2）数据采集卡接受到信号后，启动直流电机，将门打开。3）门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关定做，产生输出信号，自动门停止动作。2.2 系统整体结构及工作原理2.2.1 结构框图如图 2-2 所示。控制系统通过上述信号的变换与控制，实现了门的自动感应，还可以减少空调能源消耗、降低噪声、防风、防尘等，并美化了建筑的门面。2.2.2 工作原理图 2-2 自动感应门控制系统组成示意图在玻璃门上安装红外传感器，利用红外传感器的光源发射红外线，当有人接近时，红外线照射在人体并反射到传感器的接受元件上，产生的开门触点信号经输入装置传给计算机， 计算机接受开关信号进行判断，通过输出装置发出控制信号驱动电动机正向运行，通过执行装置将门开启；当人离开后由计算机做出判断，通知电动机做的反向运动，将门关闭。2.2.3 各主要部件作用1、计算机控制系统：本设计采用数据采集系统，它是整个计算机控制系统的核心。系统会对控制对象进行大量参数的巡回检测、处理、分析、记录以及参数的超限报警。对大量参数的立即和实时分析， 可以实现对生产过程进行各种趋势分析过程参数经测量变送器、过程输入通道，定时的被送入计算机，由计算机对来自现场的数据进行分析和处理后，根据一定的控制规律或管理方法进行计算，然后通过显示器或打印机输出操作指导信息供操作人员参考。2、触点信号：其红外发射管发射出一束红外感应光，然后在检测区内形成辐射面，这辐射面就是检测 区。然而此光线会反射，当存在目标进入这一区域时，红外线就会接受管检测并且发出一个 反映红光变化的电信号。第三章 系统硬件设计3.1 上位计算机选型上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕用于显示音频信号变化。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。合适的上位机可以提高程序运行的效率以达到最佳效果。本系统中，上位计算机型选择联想天逸 510 Pro，下面对其配置进行简单介绍。最高搭载全新第六代智能英特尔酷睿 i58 代系列-8400，性能卓越；选用 1T 固态硬盘，容量足够大， 能够迅速响应，答复增强系统速度；DDR4 全新一代内存芯片，贷款频率提升至 2133MHz， 提供更流畅的运行体验；显卡配备为 NVIDIA GeForce GT 730 独立显卡，支持 4K 输出、3DMARD11 跑分高达 6500 分；最大支持 32GB DDR4 内存，有效提升系统性能；具备 4 个 USB3.1 接口。3.2 控制器选型为了满足 IBM-PC 机及其兼容机用于数据采集与控制的需要， 国内外许多厂商生产了各种各样的数据采集板卡(或 I/0 板卡)这类板卡均参照 IBM-PC 机的总线技术标准设计和生产，用户只要把这类板卡插入 IBM-PC 机主板上相应的 I/0 扩展槽中，就可以迅速方便地构成一个数据采集与处理系统，从而大大节省了硬件的研制时间和投资，又可以充分利用IBM PC 机的软硬件资源，还可以使用户集中精力对数据采集与处理中的理论和方法进行研究、进行系统设计以及程序的编制等。接下来我将对不同的数据采集卡进行分析、比较，并研究各种数据采集卡的用途，从而 选出最符合本课题的型号。表 3-1 数据采集卡的种类和用途下图所示为研华 PCI 1713 模拟量输入卡。该板卡具有 32 路单端或 16 路差分模拟量输入，或组合输入方式，12 位 A/D 转换分辨率，A/D 转换器的采样速率可达 100kHz,每个输入通道的增益可编程，卡上有 4K 采样 FIFO 缓冲器，2500VDC 隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。图 3-1 研华 PCI 1713 模拟量输入卡下图所示为研华 PCI- 1720U 模拟量输出卡。该板卡具有四路 12 位 D/A 输出通道， 多种输出范围。由于能够在输出和 PCI 总线之间提供 2500VDC 的隔离保护，