摘 要：介紹了醫(yī)用自動門的設計方案和特點，對單片機最小模塊紅、外檢測模塊步、進電機驅動模塊門行程檢測模塊和故障檢測模塊進行了詳細的闡述，同時說明了實際應用中的各種情況。

　　0 引言

　　隨著科學技術的迅速發(fā)展和人們生活水平的日益提高，各種自動化系統(tǒng)開始進入人類生活的方方面面。

　　自動門方便、高效，在醫(yī)院和制藥廠房使用自動門不但可以方便緊急病人和藥品的運送，而且自動門相對于傳統(tǒng)手動門具有噪音低、穩(wěn)定性好的特點、但是，在實際生活中，自動門在醫(yī)院和制藥行業(yè)并不普及，在當前這個數(shù)字化#信息化的時代里，生產適用于醫(yī)院和制藥行業(yè)的醫(yī)用自動門勢在必行。因此，本文設計出一種基于單片機的平開式醫(yī)用自動門。

　　1 系統(tǒng)模塊介紹

　　按照設計的基本要求，系統(tǒng)共分為8大模塊，即單片機最小系統(tǒng)模塊#紅外檢測模塊#步進電機驅動模塊、門行程檢測模塊和故障檢測模塊，如圖1所示。

　　1.1 單片機最小系統(tǒng)模塊

　　單片微型計算機是嵌入式微控制器，簡稱單片機，常用縮寫MCU表示。單片機最早是被用在工業(yè)控制領域，后來隨著現(xiàn)代化技術的提高，逐漸擴展到各個領域。目前國內外使用較多的是以51內核擴展出的單片機，即單片機。

　　AT89C51單片機是51系列單片機中一款高性能、低功耗、低成本的微控制器，片上資源豐富，而且浪費少、穩(wěn)定性好，符合本設計的要求 ，故在此采用AT89C51單片機作為本設計的微控制器。

　　由AT89C51單片機及其外圍電路組成的單片機最小系統(tǒng)是醫(yī)用自動門主控系統(tǒng)的核心部分。單片機最小系統(tǒng)由AT89C51和少量外圍電路組成（電源供電電路、復位電路、晶體振蕩電路）。此電路的主要功能可實現(xiàn)對紅外熱釋電傳感器信號的接收及處理、對步進電機的控制、對門行程的檢測以及故障的檢測等，它是信號處理、傳送的核心電路。

　　本電路主要由復位電路和晶振電路組成。復位電路的功能是為系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。晶振電路的功能是為系統(tǒng)工作提供時鐘信號。單片機最小系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。

　　1.2 紅外檢測模塊

　　熱釋電紅外傳感器是指利用熱電元件的熱釋電效應探測人體的紅外傳感器$紅外感應器的反應速度雖然比微波感應器慢，但它相對比較安全$因此，本設計采用熱釋電紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器自身的接收靈敏度較低，檢測距離僅為2m左右，必須配有優(yōu)良的光學透鏡，本設計采用的是菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡可以將周圍的紅外能量聚集到傳感器的窗口，以提高傳感器的接收靈敏度，擴大監(jiān)視范圍，可以和熱釋電紅外傳感器配套使用。

　　BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關$其不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配，也能和其他多種傳感器進行匹配。紅外檢測電路是由熱釋電紅外傳感器和BISS0001組成的。

　　其主要功能是實現(xiàn)對人等移動物體的檢測，然后將獲得的信號告知主控芯片（即AT89C51單片機）是否有物體要經過自動門。

　　紅外檢測模塊電路原理圖如圖3所示。

　　1.3 步進電機驅動模塊

　　步進電機是數(shù)字控制電機，可以將電脈沖轉換成角位移或線位移$當步進驅動器接收到一個脈沖信號時，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的度。

　　步進電機的總轉動角度由輸入的脈沖數(shù)決定，而轉速由脈沖信號的頻率決定?；诓竭M電機的這些特點，可以達到準確定位和調速的目的。步進電機成本低、接線簡單#維修容易，而且由于步進電機能被脈沖控制，采用單片機進行控制會有很好的效果。所以，本設計選用步進電機作為醫(yī)用自動門的驅動設備。

　　步進電機驅動電路用來實現(xiàn)對步進電機工作狀態(tài)的控制。其中，驅動電路的穩(wěn)定性、抗干擾能力以及帶負載能力將直接影響到本設計的功能。

　　步進電機驅動模塊電路原理圖如圖4所示。

　　1.4 門行程檢測模塊

　　對于門行程檢測電路我們采用紅外對管來實現(xiàn)，這種方法完全可以滿足本設計的要求，而且比較節(jié)約成本。紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或紅外

　　線發(fā)射管與紅外接收管，或紅外線發(fā)射管與紅外線接收頭配合在一起使用時的總稱。

　　紅外線發(fā)射管是指通電后可以發(fā)射紅外線的一種LED，在本設計中作為門行程檢測電路的紅外線發(fā)射器使用。

　　光敏接收管屬于光敏三極管，與普通半導體三極管相似，同樣具有單向導電性，工作時需加上反向電壓。但與普通半導體三極管不同的地方是，為適應光電

　　轉換的要求，它的基區(qū)面積較大，發(fā)射區(qū)面積較小，入射光主要被基區(qū)吸收，具有光敏特征。當有光照射時，會形成光電流，光敏三極管處于導通狀態(tài)；當無光照射時，會形成暗電流，此時光敏三極管處于截止狀態(tài)。

　　門行程檢測電路圖如圖5所示。

　　1.5 故障檢測模塊

　　在本設計中，故障檢測電路由3部分組成：電機溫度檢測電路、電機轉速檢測電路、報警顯示電路。下面分別介紹這3部分電路。

　　1.5.1電機溫度檢測電路

　　DS18B20是一款數(shù)字式的溫度傳感器，測溫范圍-55～+125℃，支持單總線連接方式，它在使用過程中不需要任何外圍元件，非常利于設計。

　　由于步進電機在正常工作情況下電機外表溫度在80～90℃左右。因此，在本設計中檢測溫度的傳感器采用DS18B20就完全可以滿足設計要求。

　　當傳感器檢測到的溫度高于100℃的時候就說明步進電機工作異常。

　　此時，AT89C51會停止系統(tǒng)的工作并通過顯示電路和報警電路提示自動門的工作異常狀態(tài)。

　　電機溫度檢測電路原理圖如圖6所示。

　　1.5.2電機轉速檢測電路

　　對于電機轉速檢測我們采用霍爾元件來實現(xiàn)測速功能，通過在電機轉子上安裝磁鋼（一般會在轉子的旋轉體上均勻安裝4—8個磁鋼，本設計使用4個磁鋼，旋轉時每當磁鋼經過霍爾元件，霍爾元件就發(fā)出一個信號，2個脈沖的間隔時間就是周期，由周期可以換算出轉速。

　　本設計使用了4個磁鋼，也就是說當電機旋轉一圈時，可以從霍爾元件得到4個脈沖信號，這樣算出的速度需要除以4才是電機真正的旋轉速度。采用4個磁鋼而不直接使用1個磁鋼的目的是為了減少檢測帶來的誤差。

　　電機轉速檢測也是為了保障系統(tǒng)工作異常時的人身安全，當系統(tǒng)檢測到電機轉速異常時，AT89C51也會停止系統(tǒng)的工作并通過顯示電路和報警電路提示自動門的工作異常狀態(tài)。

　　電機轉速檢測電路原理圖如圖7所示。

　　1.5.3報警顯示電路

　　為了減少設計的復雜度，報警顯示采用LED和蜂鳴器來實現(xiàn)，系統(tǒng)正常工作時綠色LED點亮；當系統(tǒng)工作異常時，紅色LED點亮，綠色LED熄滅，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲。紅色LED-1點亮代表電機過熱、紅色LED-2點亮代表電機轉速異常、紅色LED-3點亮代表以上兩者均工作異常報警。

　　報警顯示電路原理圖如圖8所示。

　　2 工作原理介紹

　　2.1 醫(yī)用自動門的電路控制原理

　　醫(yī)用自動門的電路控制原理圖如圖9所示。

　　2.2 實際應用

　?。?）來人時自動開門。當有人靠近門時，與周圍溫度形成溫度差，安裝在門上側的熱釋電傳感器探測到有人，從而將檢測信號傳遞給單片機最小系統(tǒng)，由單片機啟動電動機帶動傳動鏈開門。

　?。?）無人時關門延遲$當人走過醫(yī)用自動門后，熱釋電紅外傳感器不會再探測到溫度差，這時，延遲1s，再啟動電動機帶動傳動鏈關門。

　　（3）關門時來人，立即開門。當醫(yī)用自動門關門時，再次來人，熱釋電紅外傳感器會探測到有人，馬上將信號傳遞給單片機最小系統(tǒng)，立即停止自動門關門，并且啟動電動機帶動傳動鏈開門。

　?。?）當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，進入故障處理程序。

　　3 設計特點

　?。?）本設計利用AT89C51芯片和BISS0001芯片，再輔之以部分外圍電路實現(xiàn)對自動門的控制，性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高，靈活性好。

　?。?）本文所設計的醫(yī)用自動門高效、低噪音、連續(xù)使用不過熱，可以很好地適用于醫(yī)院、制藥廠等特殊的場所。

　?。?）安裝了紅外對射（安全光線），使得自動門在關閉途中，如果碰到人#物體或其他事物阻隔了紅外對射，門就會立刻返回重新自動敞開。

　?。?） 步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性，在急救病人的緊急情況下可以及時開啟，進出更為迅速，而且可以有效地防止夾人事件的發(fā)生。

　?。?）使用步進電機，使得速度可在相當寬的范圍內平滑調節(jié)，低速下仍能保證獲得較大轉矩。這個特點方便了對醫(yī)用自動門運行速度的控制。

　　4 結語

　　當今世界是科技的世界，要想不被淘汰，就要不斷創(chuàng)新。隨著時代的發(fā)展，高效#便利#成本低的智能儀器越來越受歡迎，而智能儀器的核心部件就是單片機。本文設計的醫(yī)用自動門就是以單片機為核心，以傳感器為檢測入口，符合時代發(fā)展的潮流，可以滿足醫(yī)院和制藥行業(yè)的相關需求，應用前景廣闊。