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。用紅外感應器HZKT002檢測有無行人通過自動門，并配合行程開關控制自動門的開關動作。自動門具有手動和自動兩種工作狀態(tài)。開關門的速度可以根據(jù)需要手動調(diào)節(jié)。

　　關鍵詞： MSP430；SI-7600；功率放大電路；HZKT002；行程開關

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，它接收手動開關門按鈕、速度調(diào)節(jié)按鈕、紅外感應器HZKT002[3]和行程開關傳遞過來的信號，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步進電機做相應的作動，帶動平開式自動門在導軌上運動，自動門導軌的開門和關門極限位置上裝有行程開關，自動門運動到極限位置觸碰行程開關后，行程開關將相應的信號傳遞給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，可以用手動開關門按鈕控制自動門的開、關工作。

　　紅外感應器HZKT002是一個全自動式感應器，感應范圍為0.5 m~7 m，可以根據(jù)需要自己調(diào)節(jié)感應范圍。當人體進入感應范圍后，輸出高電平；當人體離開感應范圍后輸出低電平。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。控制器可以發(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)制技術在自動門控制系統(tǒng)中的應用[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.紅外技術應用——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)的設計與實現(xiàn)[J].煤礦機械，2013（7）：157-158.