李文萱 趙新華

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種帶室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)的自動(dòng)門，為生活提供便利。該系統(tǒng)依據(jù)光電二極管感測(cè)的紅外光束的原理工作，它由兩個(gè)發(fā)射紅外線二極管和兩個(gè)接收光電二極管組成。一套是用于有人進(jìn)來，另一套是用于有人走出房間。門是自動(dòng)打開的，但在沒有電源的情況下試圖強(qiáng)行打開門會(huì)損壞設(shè)備的機(jī)械控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)門；自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；室內(nèi)燈；電子電路設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）02-0047-03

Design and Research of Automatic Door System for Controlled Indoor Lighting

LI Wenxuan，ZHAO Xinhua

（Chuzhou Vocational and Technical College，Chuzhou 239000，China）

Abstract：An automatic door with an indoor lighting control system is designed to provide convenience for life. The system works in accordance with the principle of an infrared beam that is measured by a photodiode. It consists of two emitting infrared diodes and two receiving photodiodes. One is for someone to come in and the other for someone to go out of the room. The door is automatically opened，but the attempt to open the door when there is no power supply will damage the mechanical control system of the device.

Keywords：sliding door；automation；control system；indoor lamp；electronic circuit design

0 前言

本文研究?jī)?nèi)容包括自動(dòng)門控制系統(tǒng)模擬電路和數(shù)字電路。光學(xué)感應(yīng)臺(tái)是位于自動(dòng)門底部的紅外收發(fā)器，在門的相對(duì)側(cè)設(shè)有投影的紅外線接收器。任何人進(jìn)入自動(dòng)門后，投射的光束都會(huì)被阻斷。一旦光線被阻斷，紅外接收器即產(chǎn)生觸發(fā)兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出。單穩(wěn)態(tài)（A）的時(shí)間常數(shù)為20s，單穩(wěn)態(tài)（B）的時(shí)間常數(shù)為10s。兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)的輸出都進(jìn)入一個(gè)異或門的輸入，只允許一個(gè)繼電器處于活動(dòng)狀態(tài)。因此，在不同的方向上啟用電機(jī)定時(shí)，在不同的時(shí)間向電機(jī)提供相反的極性電壓，以通過機(jī)械偏心軸承系統(tǒng)打開和關(guān)閉門。

該系統(tǒng)具有安全性和豪華性，因?yàn)槿绻T的打開和關(guān)閉以及房間燈光的切換都是自動(dòng)完成的，顯得更加舒適和簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)可以在學(xué)校、酒店、銀行、商場(chǎng)，以及各種建筑物的建設(shè)中實(shí)施。

1 系統(tǒng)分析與組成

1.1 工作原理

該系統(tǒng)按照光電二極管感測(cè)的紅外光束的原理工作。它由兩個(gè)發(fā)射紅外線二極管和兩個(gè)接收光電二極管組成。一套用于有人進(jìn)來，另一套用于有人走出房間。光電二極管連接到比較器，當(dāng)光束被人為阻斷時(shí)輸出低電平，光線正常發(fā)射時(shí)輸出高電平。比較器的低輸出用于觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，該振蕩器可以連接到觸發(fā)器、與門、或門、加減計(jì)數(shù)器和顯示器。

如果加減計(jì)數(shù)器的輸出不等于零，則在最后一個(gè)人離開房間時(shí)加減計(jì)數(shù)器的輸出回到零，燈將亮起。比較器的輸出也同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)定時(shí)器，但兩者有不同的時(shí)間常數(shù)。第一個(gè)定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)為5s，而第二個(gè)定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)為10s。當(dāng)定時(shí)器通過阻斷光束被觸發(fā)時(shí)，第一個(gè)定時(shí)器驅(qū)動(dòng)晶體管控制開關(guān)打開自動(dòng)門。此時(shí)，自動(dòng)門在5秒內(nèi)打開。定時(shí)器只有在輸入不是相同的邏輯時(shí)才給出一個(gè)輸出至一個(gè)異或門。當(dāng)定時(shí)器被觸發(fā)時(shí)，輸入到異或門的輸入是相同的邏輯，但是在第一個(gè)5秒之后，第一個(gè)定時(shí)器的輸出是低的，并且第二個(gè)的輸出仍然是高的，因?yàn)樗哂?0秒的時(shí)間常量，所以異或門切換另一個(gè)繼電器去關(guān)閉自動(dòng)門5秒鐘。通過反轉(zhuǎn)電機(jī)電源的極性來關(guān)閉自動(dòng)門。因此可以使用相同的傳感器自動(dòng)打開和關(guān)閉燈光、打開和關(guān)閉自動(dòng)門。

電源部分使用12V DC，電源是線性電源類型，包含降壓變壓器，濾波電容器和電壓調(diào)節(jié)器等。

對(duì)于電路，我們需要一個(gè)7812電壓調(diào)節(jié)器，如圖1所示，它提供+12V所需的輸出。電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)高于其所需的輸出電壓，如果電壓低于該電壓，則其所需的輸出電壓將在沒有被調(diào)節(jié)的情況下傳遞出去。例如，對(duì)于7812，如果未調(diào)節(jié)的輸入電壓大于12V，則它將被調(diào)節(jié)到12V，但如果它小于12V，例如9V，將輸出未調(diào)節(jié)的9V。

1.2 設(shè)計(jì)分析

如果7812的未調(diào)節(jié)輸入大于所需輸出的4倍，即12+4=16，則電壓調(diào)節(jié)器IC開始變熱并且將被損壞。因此，我們需要7812的輸入約為16V。

由于二極管下降0.6V，并且我們有4個(gè)整流二極管形成全波橋，因此電壓降將為0.6×4=2.4V。

對(duì)于峰值電壓16+2.4=18.4V。

對(duì)于有效電壓=。

因此，采用了優(yōu)選值為15V的變壓器，即220V/15V變壓器。假設(shè)紋波電壓為15%：

然而，采用3300μF的優(yōu)選值。

為了減少剩余的紋波，使用了補(bǔ)償電容器C2，并采用了4065μF的電容。

2 傳感器控制

每當(dāng)傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入房間時(shí)，單穩(wěn)態(tài)階段就會(huì)產(chǎn)生一次時(shí)鐘脈沖。單穩(wěn)態(tài)電路由比較器的輸出端觸發(fā)，該比較器檢測(cè)光束的中斷并將其時(shí)鐘發(fā)送到計(jì)數(shù)器的輸入端。下面的圖2顯示了單穩(wěn)態(tài)電路。

由于計(jì)算單穩(wěn)態(tài)時(shí)間的公式是T=1.1RC，單穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間是10秒（以便快速觸發(fā)計(jì)數(shù)器）。假設(shè)C=100μF，則T=10秒。

對(duì)于R使用100KΩ的優(yōu)選值。為了去激活第二個(gè)傳感器，10秒單穩(wěn)態(tài)作為或門的輸入以及傳感器的輸出，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)時(shí)不管傳感器的輸出如何，或門的輸出總是很高，因?yàn)閱畏€(wěn)態(tài)輸出的輸出是高的，那么第二個(gè)傳感器在10秒鐘內(nèi)不動(dòng)作，允許有人通過而不影響加減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，圖3顯示了電路圖。

3 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)非常重要。測(cè)試和實(shí)施過程涉及使用的一些設(shè)備，如數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器和示波器。數(shù)字萬用表主要測(cè)量電壓、電阻、連續(xù)性、電流、頻率、溫度和晶體管hFE（三極管的電流放大倍數(shù)）。在電路板上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的過程需要測(cè)量參數(shù)，如電壓、連續(xù)性、元件的電阻值以及某些情況下的頻率測(cè)量。數(shù)字萬用表用于檢查系統(tǒng)各個(gè)階段的各種壓降，最重要的是紅外接收器階段，以幫助檢查比較器電路中的參考電壓。此外，數(shù)字萬用表用于故障排除的焊接和耦合。示波器用于監(jiān)測(cè)振蕩器的行為，還用于檢查每個(gè)級(jí)的輸入和輸出電壓的準(zhǔn)確度。在某些情況下，在輸入設(shè)計(jì)系統(tǒng)部分產(chǎn)生真實(shí)信號(hào)之前，應(yīng)使用信號(hào)發(fā)生器來測(cè)試信號(hào)流。測(cè)試過程還使用示波器檢查振蕩器產(chǎn)生的結(jié)果，如圖4所示。發(fā)射器以555定時(shí)器輸出電壓的波形脈沖并發(fā)出紅外（LED）信號(hào)，這導(dǎo)致從低狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高狀態(tài)。

4 結(jié) 論

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能運(yùn)行取決于通過門進(jìn)入的人的存在以及人體離門的距離。此外，本系統(tǒng)的操作取決于電路板焊接質(zhì)量以及電路板上元件的位置。所有組件都焊接在一個(gè)電路板上，使故障排除更容易。本文所闡述的帶室內(nèi)燈光控制的自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及模擬和數(shù)字電子學(xué)的研究，在定時(shí)器和邏輯控制電路上進(jìn)行了大量的工作，還有有關(guān)于繼電器和光電器件（如光電二極管，光電池等）的研究。希望在后續(xù)自動(dòng)門功能研發(fā)上能夠起到一定參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹楓，包強(qiáng)進(jìn)，李樂樂.淺談PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的重要性和發(fā)展意義 [J/OL].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究：1-3.https：//doi.org/10.16534/j.cnki.cn13-9000/g.001.

[2] 段莉，鄧文亮，朱亞紅.基于PLC控制的自動(dòng)門系統(tǒng) [J].智能機(jī)器人，2017（1）：53-54+58.

[3] 陳芳.基于PLC的自動(dòng)門窗系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，35（4）：7-10.

[4] 張春林.自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（1）：165-166.