基于单片机的故障检测自动保护智能防夹自动门设计及LCD状态显示系统_电路方案

基于单片机的故障检测自动保护智能防夹自动门设计及LCD状态显示系统

1. 系统功能概述

本系统是一款基于单片机的智能自动门控制与保护系统，旨在实现自动门的安全、高效与智能化运行。系统以AT89C52单片机为核心控制器，结合红外传感器、电流检测模块、LCD显示屏、蜂鸣器报警模块和电机驱动电路等功能模块，实现自动门的开关控制、状态显示、故障检测与防夹保护等功能。

系统的主要功能如下：

自动检测与控制：通过红外传感器检测是否有人靠近，自动控制门的开启与关闭。
LCD状态显示：使用LCD1602显示屏实时显示自动门的工作状态，如“开门中”、“关门中”、“门已关闭”、“故障”等。
电流检测保护：在门运行过程中，实时检测电机电流变化。当检测到电流过大时，系统判定为卡阻或机械故障，立即停止电机运行，并发出蜂鸣器报警。
防夹功能：在关门过程中若检测到门遇阻（电流急剧上升或红外检测有人），系统立即停止关门并反向开启。
手动与自动模式切换：用户可通过按键选择手动控制或自动控制模式。手动模式下通过按键开关门，自动模式下由红外传感器自动完成开关操作。
安全停顿机制：门靠墙完全关闭后，系统进入3秒停顿状态，确保机械动作稳定并避免误触发。

本系统广泛应用于写字楼、商场、医院等场所的自动门安全控制中，具有响应速度快、可靠性高、安全防护强等优点。

点击链接下载资料：https://download.csdn.net/download/m0_51061483/92081432

2. 系统电路设计

系统的硬件电路以AT89C52单片机为核心控制单元，通过对外围传感器与驱动模块的协同控制，实现智能防夹、状态显示与报警等功能。整个电路由主控单元、传感器单元、电机驱动单元、电流检测单元、显示单元、报警单元与电源电路等部分构成。

2.1 主控单元——AT89C52单片机

主控单元采用AT89C52单片机，它具有丰富的I/O接口资源和稳定的定时中断机制。单片机通过对输入信号的采集和输出控制信号的逻辑判断，实现系统的整体协调。

在本系统中，单片机承担以下任务：

接收红外传感器信号，判断是否有人靠近；
读取电流检测模块的模拟量输入，判断电机负载状态；
控制电机驱动芯片的正反转，实现开关门动作；
控制LCD1602显示门的状态信息；
控制蜂鸣器和LED指示灯执行报警提示。

单片机的P1口主要用于LCD显示数据传输，P2口连接电机驱动控制端，P3口用于传感器与报警模块信号输入输出。主控程序通过中断机制实时响应外部事件，保证系统的实时性和稳定性。

2.2 红外传感器模块

红外传感器用于检测是否有人靠近自动门。传感器通常由红外发射管和红外接收管组成，通过红外反射信号判断目标是否存在。

当检测到有人靠近时，红外模块输出低电平信号，单片机接收信号后控制电机正转，实现开门操作。当检测信号消失后，单片机延时3秒后控制电机反转，执行关门动作。

为了避免环境光干扰，系统采用调制红外信号方式，提高检测的可靠性和抗干扰性。

2.3 电机驱动模块

电机驱动模块采用L298N双H桥驱动芯片，可实现直流电机的正反转控制。L298N的输入端与单片机P2口相连，通过高低电平控制输出端的方向，实现门的开合动作。

在自动门运行过程中，单片机根据不同的检测信号动态调整驱动输出：

当检测到有人靠近时，输出正转信号，驱动电机打开门；
当无人时，延时一段时间后输出反转信号，驱动电机关闭门；
当检测到电流异常或遇阻时，立即关闭驱动输出，防止损坏电机。

电机驱动模块外部配有续流二极管和电源滤波电容，确保驱动过程稳定无干扰。

2.4 电流检测模块

电流检测模块采用ACS712电流传感器，用于实时监测电机工作电流。传感器输出与电流成比例的模拟电压信号，送入单片机的ADC接口进行采样。

当电机运行时，若检测电流超过设定阈值，系统判定为机械卡阻或防夹事件，立即执行以下动作：

关闭电机驱动输出；
触发蜂鸣器报警；
点亮红色LED警示灯；
在LCD上显示“故障”提示信息。

电流检测不仅实现防夹功能，还能用于判断电机是否空载或超载，有助于系统自诊断与维护。

2.5 显示模块——LCD1602

LCD1602液晶模块用于实时显示自动门的运行状态信息。显示内容包括：

当前模式（自动/手动）；
门的状态（开门中、关门中、已关闭、故障）；
实时电流值（可选显示）。

LCD的RS、RW、E信号分别连接单片机的P3.0、P3.1和P3.2口，数据线连接P1口。系统初始化时，LCD被设置为8位并行显示模式，便于高效更新状态信息。

2.6 报警与指示模块

报警与指示模块包括蜂鸣器与LED灯，用于在发生异常时提醒工作人员。蜂鸣器由单片机P3.5口控制，当电流过高或检测到防夹事件时发出报警声。

LED模块采用双色LED，其中绿色代表“正常运行”，红色代表“故障”。当门处于正常工作状态时亮绿灯，发生异常时红灯闪烁。

2.7 电源电路

系统采用12V直流供电，通过稳压芯片7805提供单片机与传感器所需的5V电源。电源部分设计了滤波电容与防反接二极管，保证系统的长期稳定运行。

3. 系统程序设计

程序设计是实现自动门智能控制的核心部分，系统采用模块化编程思想，主程序负责总体调度，各功能模块分别完成传感器检测、状态判断、电机控制、显示刷新与报警处理等任务。

3.1 主程序设计

主程序实现系统的初始化、模式切换与主循环逻辑控制。系统上电后，初始化LCD、定时器、中断与I/O端口，默认进入自动模式。主循环根据红外传感器与电流检测结果动态执行开门、关门、报警等操作。

核心程序框架如下：

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "delay.h"

sbit IR = P3^0;       // 红外传感器输入
sbit FAN = P2^0;      // 电机正转控制
sbit REV = P2^1;      // 电机反转控制
sbit BUZZ = P3^5;     // 蜂鸣器
bit mode = 0;         // 模式标志：0自动，1手动

void main() {
    LCD_Init();
    LCD_ShowString(0,0,"Smart Door Sys");
    LCD_ShowString(0,1,"Mode: AUTO");

    while(1) {
        if(mode == 0) {     // 自动模式
            if(IR == 0) {   // 检测到有人
                OpenDoor();
            } else {
                Delay_ms(3000);
                CloseDoor();
            }
        }
    }
}

该框架简明描述了系统的自动控制逻辑，通过红外信号输入判断开关门动作。

3.2 电机控制模块

电机控制函数通过控制L298N的输入端实现正反转。当执行开门操作时，电机正转；执行关门操作时，电机反转；若检测到异常，则立即停止输出。

void OpenDoor() {
    FAN = 1;
    REV = 0;
    LCD_ShowString(0,1,"Door: Opening ");
}

void CloseDoor() {
    FAN = 0;
    REV = 1;
    LCD_ShowString(0,1,"Door: Closing ");
}

系统在开门或关门过程中持续检测电流值与红外信号，若检测到阻挡或异常情况，则触发防夹逻辑。

3.3 电流检测与防夹保护模块

电流检测模块通过ADC采样电流信号，实时判断是否出现阻挡。若电流超过设定阈值，则认为门被阻挡，执行反向动作并报警。

void CheckCurrent() {
    unsigned int current = Read_ADC();
    if(current > 500) {  // 电流阈值判断
        StopMotor();
        BUZZ = 1;
        LCD_ShowString(0,1,"Fault: Overload");
        Delay_ms(2000);
        BUZZ = 0;
        ReverseDoor();   // 防夹反向开启
    }
}

3.4 模式切换与按键处理模块

用户可通过按键切换自动与手动模式。在手动模式下，通过“开门”和“关门”按键直接控制电机动作。

void Key_Scan() {
    if(KEY_MODE == 0) {
        mode = ~mode;
        LCD_ShowString(0,1, mode ? "Mode: MANUAL" : "Mode: AUTO");
    }
}

3.5 显示与报警控制模块

显示模块定期刷新LCD内容，保持状态实时更新；报警模块在检测到异常时执行提示与LED闪烁。

void Alarm() {
    BUZZ = 1;
    LED_RED = 1;
    Delay_ms(500);
    BUZZ = 0;
    LED_RED = 0;
}

4. 系统总结

本设计通过硬件与软件的协同实现，构建了一个具有自动检测、故障保护、防夹安全与状态显示功能的智能自动门控制系统。系统以51单片机为核心，利用红外传感器实现环境感知，通过电流检测完成机械安全防护，结合LCD1602提供清晰的运行状态反馈。

整个系统结构清晰、逻辑严谨，能够在复杂环境下稳定运行，具有较高的实用价值和安全性。特别是防夹与电流检测机制的引入，使得系统在保障用户安全的同时延长了机械寿命，是一种典型的嵌入式安全控制系统设计方案。

基于单片机的故障检测自动保护智能防夹自动门设计及LCD状态显示系统

基于单片机的故障检测自动保护智能防夹自动门设计及LCD状态显示系统

1. 系统功能概述

2. 系统电路设计

2.1 主控单元——AT89C52单片机

2.2 红外传感器模块

2.3 电机驱动模块

2.4 电流检测模块

2.5 显示模块——LCD1602

2.6 报警与指示模块

2.7 电源电路

3. 系统程序设计

3.1 主程序设计

3.2 电机控制模块

3.3 电流检测与防夹保护模块

3.4 模式切换与按键处理模块

3.5 显示与报警控制模块

4. 系统总结

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