2024年7月3日发(作者：亚克力厨房柜门效果图)
Ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ Ａｒｅｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
基于步进电机的自动门系统设计
宰文姣
（四川师范大学工学院，四川成都６１０１０１）
摘 要：本自动门控制系统采用ＭＳＰ４３０单片机作为控制器，ＳＩ一７６００作为脉冲分配器，将直流
电信号转变成脉冲信号，然后用分立元件搭建的功率放大电路将脉冲信号放大，驱动三相三线式的
混合式步进电机（５７ＨＳ３５０Ｂ），带动自动门工作。用红外感应器ＨＺＫＴ００２检测有无行人通过自动门，并
配合行程开关控制自动门的开关动作。自动门具有手动和自动两种工作状态。开关门的速度可以根
据需要手动调节。
关键词：ＭＳＰ４３０；ＳＩ一７６００：功率放大电路；ＨＺＫＴ００２；行程开关
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—７７２０（２０１５）０３—００３０—０２
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｔｅｐ ｍｏｔｏｒ
Ｚａｉ Ｗｅｎｊｉａｏ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ＵＳｅＳ ＭＳＰ４３０ ｍｉｃｍｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＳＩ一７６００ ａｓ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ，ｔｈａｔ
ｃｈａｎｇｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎｔｏ ｐｕｌｓｅ ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｂｕｉｌｔ ａｍｐｌｉ￣ｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｂｏｕｔ ｐｕｌｓｅ
ｓｉｇｎａｌ ａｍｐｌｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ｄｒｉｖｉｎｇ ｈｙｂｒｉｄ ｓｔｅｐ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｔｈｒｅｅ ｗｉｒｅ ｓｔｅｐｐｅｒ ｍｏｔｏｒ（５７ＨＳ３５０Ｂ），ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｏｒ ｏｆ ｗｏｒｋ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ
ｓｅｎｓｏｒ ｔｔＺＫＴ００２ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｎｏ ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓ ｂｙ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｏｒｓ．ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈ ｔｒａｖｅｌ ｓｗｉｔｃｈ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｏ ｒ ，
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｏｒ ｗｉｔｈ ｍａｎｕａｌ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｅ．Ｔｈｅ ｄｏｏｒ ｓｗｉｔｃｈ ｓｐｅｅｄ ｃａｌｌ ｂｅ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｍａｎｕａｌｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＭＳＰ４３０；ＳＩ ７６００；ＨＺＫＴ００２；ｓｗｉｔｃｈ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
０引言
随着社会的发展，越来越多的公共场所，如银行、商
场、宾馆、酒店、机场等的入口处，采用自动门以方便行
人的出入。目前市场上使用的自动门多采用ＰＩ Ｃ作为主
控制器，价格较高。
本文采用单片机作为控制器实现的步进电机自动
动门的工作性能。采用分立元件搭建驱动电路，带动自
动门工作。用ＭＳＰ４３０单片机作为主控制器，静态工作电
流小，适合长时间工作，搭建驱动电流，驱动步进电机
作，带动自动门运动，这是目前自动门控制中较为领先
的尝试，是本文的创新点。
１自动门工作原理
基于步进电机的自动门系统由９个部分组成，各个
部分间的连接情况如图Ｉ所示。
ｌ手动开关门１
门控制系统，物美价廉，工作效率高，省电，开关门的速
度可高低调节，扭力大，能连续工作，不发烫，保证自动
门的长时间稳定工作，性能大大优于其他形式的自动门
控制系统，具有广阔的应用前景【ｌｈ 。
自动门的重量一般在数公斤到数十公斤之间，要想
带动它们在导轨上灵活工作，需要一个较大功率的步进
电机。本文选用三相三线式混合式步进电机（５７ＨＳ３５０Ｂ），
其工作电压为２４ Ｖ，电流为５．８ Ａ，而ＭＳＰ４３０单片机的
最大灌电流为３０ ｍＡ。因为单片机没有办法直接控制电
ｌ 按钮 卜＼
匿 幅
节 卜—一——＿１蔷
图１ 自动门工作结构图
ＭＳＰ４３０单片机是系统的控制器，也是整个系统的
中心模块，它接收手动开关门按钮、速度调节按钮、红外
机工作，需要驱动电路，因此驱动电路的性能决定了自
３Ｏ
《微型机与应用》２０１５年第３４卷第５期
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感应器ＨＺＫＴｏ０２ｆ３Ｊ和行程开关传递过来的信号，经过分
和保持。该芯片内置的死区生成器可以有效保证同组的
析处理后，将具体的动作命令转换成相应的输出信号， 两个功率芯片不会瞬间短路。
传递给脉冲分配器，转换成能控制步进电机工作的脉冲 对ＳＩ一７６００进行操作时，需先弄清楚其时序，图３
信号，此脉冲信号再输送给分立元件驱动电路，信号经
为ＳＩ一７６００的时序图。
放大后，驱动５７ＨＳ３５０Ｂ步进电机做相应的作动，带动平
上升沿触发 上升沿， 上升沿触发
开式自动门在导轨上运动，自动门导轨的开门和关门极
下降沿触发
限位置上装有行程开关，自动门运动到极限位置触碰行
反转 正转
程开关后，行程开关将相应的信号传递给ＭＳＰ４３０单片机。
ｎｎｎｎ门ｎｎ门 口ｎｎｎ 九ｎｎｎ ｎｎ门ｎｎ几ｎｎ几ｎ ｎｎｎｎ几ｎｎ兀几几几Ｉ
自动门分手动和自动两种工作状态：传感器正常工
作时为自动工作状态；传感器失灵时，可以用手动开关
门按钮控制自动门的开、关工作。
１ ｒ＿］ 厂］ｒ ］广］ 广］厂一 —］广一
红外感应器ＨＺＫＴＯ０２是一个全自动式感应器，感应
—］广一 Ｉ ｎ． 广］Ｉ ］广］ 广——］
厂＿－］广 ＿ｒ— —乙厂 ］ｒ］广 ————］ １
范围为０．５ ｍ一７ ｍ，可以根据需要自己调节感应范围。
厂］一 ｎ Ｉ Ｉ几 ｒ］ 广 ］ 厂
］厂］ 门 几 厂］广］ 广——］
当人体进入感应范围后，输出高电平；当人体离开感应
ｒ＿、 １ 门 门 ｒ Ｉｒ１ ｒ＿——］
范围后输出低电平。其工作电流为微安级别，所以可以
图３ ＳＩ一７６００时序图
直接与单片机相连。
图３所示的时序图包括让电机工作在单三拍（２一
系统中，设置了速度调节按钮，可以根据不同的需
ｐｈａｓｅ ｅｘｃａｔｉｏｒｔ）模式和三相六拍（２—３ｐｈａｓｅ ｅｘｃ￣ａｔｉｏｎ）模
求，手动调节自动门的运动速度。
式。输出信号ＯＨＡ、ＯＨＢ、０ＨＣ、ＯＬＡ、ＯＬＢ、ＯＬＣ六路信
２步进电机控制脉冲分配电路
号输送到分立元件功率放大电路。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位
３分立元件功率放大电路
移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，必须使
分立元件功率放大电路由ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ搭建的３个
用专用的器件，将直流电源信号转换成电脉冲信号。典
半桥组成［４１，如图４所示。
型步进电机控制系统如图２所示。控制器可以发出频率
从几赫兹到几十千赫兹不等的脉冲，且脉冲频率可以连
续变化。它为环形分配器提供脉冲序列。环形分配器的
主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律
分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源
的各相输入端，以驱动步进电机的转动。
图２步进电机控制系统
图４半桥功率放大电路
环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设
计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称为软环形
对第一段单三拍上升沿触发和反转工作模式下的
分配器；另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称为
输出进行一下分析，其中输出的绕阻／／，， ，们对应三相
硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输
步进电机的三个绕阻。在该段时间的各个输出如表１所示。
出信号进行放大，以达到驱动步进电机的目的。本系统
表１ 真值表
采用三相三线式的混合式步进电机（５７ＨＳ３５０Ｂ），由于软
环形分配器不稳定、易受外部干扰。故本系统采用硬环
形分配器【 。
三相步进电机控制器是针对混合式三相步进电机
的控制系统，主要由指令控制模块。脉冲分配模块和功
率驱动模块构成。脉冲分配模块采用日本三肯公司的集
成芯片ＳＩ一７６００，该芯片能将输入的时钟信号分配成六
路脉冲控制后级的功率驱动模块产生三相步进电机的
输出的顺序为 一 一＇／３一 ，正好是步进电机工作在三
工作时序。不仅能通过改变该芯片的时钟频率来控制电
相单三拍的激励方式。改变图３中时钟的频率就可以调
机的转速，还能通过简单的逻辑信号控制电机的正反转
（下转第３４页）
《微型机与应用》２０１５年第３４卷第５期
欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ ３１
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流小、功耗低、体积小、字迹清晰、美观、方便、使用寿命
长、无电磁辐射等优点。从图３中可看出其与ＡＴ８９Ｓ５１
的Ｐ０口相连，其ＤＯ～Ｄ７为８位双向数据线， 皤为地电
源，ＶＤＤ接５ Ｖ正向电源， ＥＥ为液晶显示器对比度调整
端，接正向电源时对比度最弱，而接地电源时对比度最
高。该引脚通过一只１ ｋｎ的电位器来调整其对比度。
空闲，若不空闲则等待其空闲，当液晶空闲时，执行嵌套
ｓｗｉｔｃｈ／ｃａｓｅ语句。由于要显示三个数字，所以设定了一个
变量ｉ，当ｉ＿０时显示百位，当ｉ＝１时显示十位，当 ２
时显示个位。显示数字时可选择查表法。先建立三个表，
每一位对应一个表。以下为显示十位的例子。
ｃａｓｅ １：
ＲＳ为寄存器选择引脚，ＲＳ为高电平时选用数据寄存
器：ＲＳ为低电平时选用指令寄存器。ＲＷ为可读写信号
引脚，ＲＷ高电平时为读操作；ＲＷ低电平时为写操作。
当ＲＳ和ＲＷ共同为低电平时则写入指令或者显示地
｛
ＰＡ＝ＴＡＢＬＥ２［ｓｂｉ ２十ｔ】；
ｔ＋＋：
｝ｂｒｅａｋ；
址：当ＲＳ为低电平、ＲＷ为高电平时为读忙信号：当ＲＳ
为高电平、ＲＷ为低电平时为写人数据。Ｅ为使能端，当Ｅ
显示完成后．进行适当的延时以保证显示的稳定
性。
由高电平跳变为低电平时，ＬＣＤ液晶模块开始执行命令。
３结论
在本次设计中，通过使用Ｐｒｏｔｅｕｓ绘制电路图，用Ｃ
语言编写程序，程序运行完毕后，电压表的显示屏上就
可以显示出电流数值来。调节电位器，显示数值就会发
生变化。电压表的最小显示值是０ ｍＡ，最大显示值是
２００ ｍＡ，这与设计目的一致，ｌ Ｓ内大约可以测量２次
电压值。
参考文献
［１】柳金龙．浅谈数字电压表的特点［Ｊ】．中国计量，２００４（８）：
４３－４４．
２电流表软件设计
本电流表的主程序流程包括：系统初始化、中断处
理程序、数值转换程序、显示处理程序。较关键的是数据
采集部分和显示部分。
２．１数据采集部分
本部分程序设计的思想如下：首先由ＡＤＣ０８０９采集
数据，采集完成后单片机通过中断将数据读入，然后将
所得十六进制数转换成十进制数，将此十进制数的百、
十、个位分别取出，在预先设置好的表中查出其所对应
的显示指令并显示出来。以下为数值转换的主代码Ｉ５ｊ。
ｃｏｄｅｓ＝ＰＯＲＴ；
ｃｏｄｅｓ１＝（ｃｏｄｅｓ＆Ｏｘｆ０）＞＞４；
ｃｏｄｅｓＯ＝ｃｏｄｅｓ＆０ｘ０ｆ：
ｃｏｄｅ
［２］王韬．３位半积分式Ａ／Ｄ转换ＤＣ电压表【Ｊ］．电子设计
程：电子世界，２００２（２）：４４—４５．
／／将中断值赋予ｃｏｄｅｓ
／／取出ｃｏｄｅｓ的高４位
／／取出ｃｏｄｅｓ的低４位
［３］周润景，张丽娜．刘映群．ＰＲＯＴＥＵＳ入门使用教程ｆＭ】．北
京：机械工业出版社．２００７．
ｄ＝ｃｏｄｅｓｌ １６＋ｃｏｄｅｓＯ； ／／将ｃｏｄｅｓ转化为十进制数
【４］马俊，刘晓林．智能键盘字符输入及ＬＣＤ显示系统设计【Ｊ Ｊ．
电子设计工程，２００９，１７（１）：６６—６８．
ｂａｉ＝ｃｏｄｅ
ｄ／１００：
ｓｈｉ＝ｃｏｄｅ
／／将ｃｏｄｅ ｄ的百位取出
ｄ／１０％１０； ／／将ｃｏｄｅ—ｄ的十位取出
／／将ｃｏｄｅ＿ｄ的个位取出
【５】马忠梅，籍顺心，张凯，等．单片机的Ｃ语言应用程序
计（第３版）［Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００３．
（收稿１３期：２０１４—０９一ｌ２）
ｇｅ＝ｅｏｄｅ
ｄ％１０：
＿
２．２数值显示程序
这部分程序首先要将单位ｍＡ显示出来，因为这单
位是不变的。要把测得的数值在液晶屏上显示出来时．
此处调用一个ｇｅｔｃｈａｒ函数。在这个函数中，用了一个ｄｏ
｛１ｗｈｉｌｅ语句。在此语句的一开头首先测试液晶模块是否
（上接第３１页）
作者简介：
张玲丽（１９８０一），女，硕士研究生，讲师，主要研究方
通信技术。
【３】ＪＨＡ Ａ Ｒ．红外技术应用——光电、光子器件及传感器［ｎ１．
张孝霖，陈世达，舒郁文，等，译．北京：化学工业出版
社，２００４，８．
［４］宰文姣．无刷直流电机驱动控制电路的没计和实现［Ｊ１．
微特电机，２０１３（１）：５４—５６．
节步进电机的速度。当正反转信号为高电平时，电机反
转；反之电机正转。
４结论
本文提出的基于步进电机的平开式自动门系统设
计，价格低，性能好，能长时间稳定工作，已经做出实物
【５１宰文姣．步进电机驱动控制系统的设计与实现【Ｊ１．煤矿
机械，２０１３（７）：１５７—１５８．
模型，在试用过程中，反应良好，具有推广价值。
参考文献
ｆ１］吴玉香，毛宗源．空间矢量调制技术在自动门控制系统
中的应用【Ｊ］．电气传动，２００３，３３（２）：ｌ１—１３．
【２】宰文姣．基于单片机的自动门控制系统的设计与实现【Ｊ】．
西南民族大学学报，２０１３（１）：２６—２８．
（收稿１３期：２０ｌ４—０８—０８）
作者简介：
宰文姣（１９７９一），女，工学硕士，讲师，主要研究方向：智
能控制、电机调速等。
《微型机与应用》２０１５年第３４卷第５期
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