摘  要： 本自動門控制系統(tǒng)采用MSP430單片機作為控制器,，SI-7600作為脈沖分配器,，將直流電信號轉(zhuǎn)變成脈沖信號，然后用分立元件搭建的功率放大電路將脈沖信號放大,，驅(qū)動三相三線式的混合式步進電機（57HS350B）,，帶動自動門工作。用紅外感應(yīng)器HZKT002檢測有無行人通過自動門,，并配合行程開關(guān)控制自動門的開關(guān)動作,。自動門具有手動和自動兩種工作狀態(tài)。開關(guān)門的速度可以根據(jù)需要手動調(diào)節(jié),。

　　關(guān)鍵詞： MSP430,；SI-7600；功率放大電路,；HZKT002,；行程開關(guān)

0 引言

　　隨著社會的發(fā)展，越來越多的公共場所,，如銀行,、商場、賓館,、酒店,、機場等的入口處，采用自動門以方便行人的出入,。目前市場上使用的自動門多采用PLC作為主控制器,，價格較高。

　　本文采用單片機作為控制器實現(xiàn)的步進電機自動門控制系統(tǒng),，物美價廉,，工作效率高，省電,，開關(guān)門的速度可高低調(diào)節(jié),，扭力大，能連續(xù)工作,，不發(fā)燙,，保證自動門的長時間穩(wěn)定工作，性能大大優(yōu)于其他形式的自動門控制系統(tǒng),，具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2],。

　　自動門的重量一般在數(shù)公斤到數(shù)十公斤之間,，要想帶動它們在導(dǎo)軌上靈活工作，需要一個較大功率的步進電機,。本文選用三相三線式混合式步進電機（57HS350B）,，其工作電壓為24 V，電流為5.8 A,，而MSP430單片機的最大灌電流為30 mA,。因為單片機沒有辦法直接控制電機工作，需要驅(qū)動電路,，因此驅(qū)動電路的性能決定了自動門的工作性能,。采用分立元件搭建驅(qū)動電路，帶動自動門工作,。用MSP430單片機作為主控制器,，靜態(tài)工作電流小，適合長時間工作,，搭建驅(qū)動電流,，驅(qū)動步進電機工作，帶動自動門運動,，這是目前自動門控制中較為領(lǐng)先的嘗試,，是本文的創(chuàng)新點,。

1 自動門工作原理

　　基于步進電機的自動門系統(tǒng)由9個部分組成,，各個部分間的連接情況如圖1所示。

　　MSP430單片機是系統(tǒng)的控制器,，也是整個系統(tǒng)的中心模塊,，它接收手動開關(guān)門按鈕、速度調(diào)節(jié)按鈕,、紅外感應(yīng)器HZKT002[3]和行程開關(guān)傳遞過來的信號,，經(jīng)過分析處理后，將具體的動作命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出信號,，傳遞給脈沖分配器,，轉(zhuǎn)換成能控制步進電機工作的脈沖信號，此脈沖信號再輸送給分立元件驅(qū)動電路,，信號經(jīng)放大后,，驅(qū)動57HS350B步進電機做相應(yīng)的作動，帶動平開式自動門在導(dǎo)軌上運動,，自動門導(dǎo)軌的開門和關(guān)門極限位置上裝有行程開關(guān),，自動門運動到極限位置觸碰行程開關(guān)后，行程開關(guān)將相應(yīng)的信號傳遞給MSP430單片機,。

　　自動門分手動和自動兩種工作狀態(tài)：傳感器正常工作時為自動工作狀態(tài),；傳感器失靈時,，可以用手動開關(guān)門按鈕控制自動門的開、關(guān)工作,。

　　紅外感應(yīng)器HZKT002是一個全自動式感應(yīng)器,，感應(yīng)范圍為0.5 m~7 m，可以根據(jù)需要自己調(diào)節(jié)感應(yīng)范圍,。當人體進入感應(yīng)范圍后,，輸出高電平；當人體離開感應(yīng)范圍后輸出低電平,。其工作電流為微安級別,，所以可以直接與單片機相連。

　　系統(tǒng)中,，設(shè)置了速度調(diào)節(jié)按鈕,，可以根據(jù)不同的需求，手動調(diào)節(jié)自動門的運動速度,。

2 步進電機控制脈沖分配電路

　　步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件,，它不能直接接到交直流電源上，必須使用專用的器件,，將直流電源信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號,。典型步進電機控制系統(tǒng)如圖2所示?？刂破骺梢园l(fā)出頻率從幾赫茲到幾十千赫茲不等的脈沖,，且脈沖頻率可以連續(xù)變化。它為環(huán)形分配器提供脈沖序列,。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后,，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進電機驅(qū)動電源的各相輸入端，以驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動,。

　　環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計算機軟件設(shè)計的方法實現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能,，通常稱為軟環(huán)形分配器；另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器,，通常稱為硬環(huán)形分配器,。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進行放大，以達到驅(qū)動步進電機的目的,。本系統(tǒng)采用三相三線式的混合式步進電機（57HS350B）,，由于軟環(huán)形分配器不穩(wěn)定、易受外部干擾,，故本系統(tǒng)采用硬環(huán)形分配器[5],。

　　三相步進電機控制器是針對混合式三相步進電機的控制系統(tǒng)，主要由指令控制模塊，脈沖分配模塊和功率驅(qū)動模塊構(gòu)成,。脈沖分配模塊采用日本三肯公司的集成芯片SI-7600,，該芯片能將輸入的時鐘信號分配成六路脈沖控制后級的功率驅(qū)動模塊產(chǎn)生三相步進電機的工作時序。不僅能通過改變該芯片的時鐘頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速,，還能通過簡單的邏輯信號控制電機的正反轉(zhuǎn)和保持,。該芯片內(nèi)置的死區(qū)生成器可以有效保證同組的兩個功率芯片不會瞬間短路。

　　對SI-7600進行操作時,，需先弄清楚其時序,，圖3為SI-7600的時序圖。

　　圖3所示的時序圖包括讓電機工作在單三拍（2-phase excation）模式和三相六拍（2-3phase excitation）模式,。輸出信號OHA,、OHB、OHC,、OLA,、OLB、OLC六路信號輸送到分立元件功率放大電路,。

3分立元件功率放大電路

　　分立元件功率放大電路由NMOS,、PMOS搭建的3個半橋組成[4]，如圖4所示,。

　　對第一段單三拍上升沿觸發(fā)和反轉(zhuǎn)工作模式下的輸出進行一下分析,，其中輸出的繞阻u，v,，w對應(yīng)三相步進電機的三個繞阻,。在該段時間的各個輸出如表1所示。

　　輸出的順序為u-w-v-u,，正好是步進電機工作在三相單三拍的激勵方式,。改變圖3中時鐘的頻率就可以調(diào)節(jié)步進電機的速度。當正反轉(zhuǎn)信號為高電平時,，電機反轉(zhuǎn)；反之電機正轉(zhuǎn),。

4 結(jié)論

　　本文提出的基于步進電機的平開式自動門系統(tǒng)設(shè)計,，價格低，性能好,，能長時間穩(wěn)定工作,，已經(jīng)做出實物模型，在試用過程中,，反應(yīng)良好,，具有推廣價值。

參考文獻

　　[1] 吳玉香,，毛宗源.空間矢量調(diào)制技術(shù)在自動門控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣傳動,，2003,，33（2）：11-13.

　　[2] 宰文姣.基于單片機的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].西南民族大學學報，2013（1）：26-28.

　　[3] JHA A R.紅外技術(shù)應(yīng)用——光電,、光子器件及傳感器[M].張孝霖,，陳世達，舒郁文,，等,，譯.北京：化學工業(yè)出版社，2004,，8.

　　[4] 宰文姣.無刷直流電機驅(qū)動控制電路的設(shè)計和實現(xiàn)[J].微特電機,，2013（1）：54-56.

　　[5] 宰文姣.步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].煤礦機械，2013（7）：157-158.