智能安防系統(tǒng)設計

1、 編號 畢業(yè)論文題 目智能安防系統(tǒng)設計學生姓名學 號院 系 專 業(yè)摘 要近年來隨著社會的不斷進步與發(fā)展，尤其是物聯(lián)網的出現(xiàn)，人們的生活水平日益提高，生活方式也發(fā)生了很大的改變，因此作為社會的基本單元家庭財產的安全問題就顯的尤為重要。這一問題的出現(xiàn)使得智能安防系統(tǒng)與居民的日常生活越來越緊密，如果發(fā)現(xiàn)有陌生人侵入，為了防止和減少危害，保護人身和財產安全，紅外傳感器就能給人們提前警示。隨著“信息時代”的到來，傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其需求越來越迫切，要求也越來越高，但是目前的智能安防系統(tǒng)大多數(shù)存在功能簡單，容易破壞，靈敏度不高等問題，而性能好，使用方便的一般存在價格高的問

2、題。綜合以上的兩種問題，本文采用紅外傳感器，STC89C52單片機和矩陣鍵盤設置密碼來識別是否是陌生人侵入，設計一套家庭智能安防系統(tǒng)，通過單片機控制報警系統(tǒng)，在檢測到有陌生人侵入，單片機通過檢測到該異常情況實現(xiàn)自動報警功能，實現(xiàn)了對家庭的安防作用。關鍵詞：紅外傳感器、液晶顯示、溫度傳感器、蜂鳴器、矩陣鍵盤 AbstractIn recent years, with the progress and development of the society, especially the emergence of the Internet of things, people's living

3、 standard is increasing day by day, life style and great changes have taken place, so as the basic unit of society - in the security problems of family property on the significant particularly important. The emergence of the problem makes the intelligent security systems and residents' daily lif

4、e more and more closely, if it is found that a stranger invasion, in order to prevent and reduce the harm, to protect personal and property safety, infrared sensors can give people early warning. With the coming of the "information age", sensor technology has been significant progress, its

5、 application field is more and more widely, has become more and more urgent demand for it, demand is becoming more and more high, but the most intelligent security systems function is simple, easy to damage, the sensitivity is not high, but performance is good, easy to use commonly exists the proble

6、m of high price. Integrated the above two problems, this article USES the infrared sensor, STC89C52 single-chip microcomputer and matrix keyboard password to identify whether the stranger intrusion, design a set of home intelligent security system, alarm system by single chip microcomputer control,

7、the invasion detected with strangers, microcontroller through detect the abnormal situation to realize automatic alarm function, realizes the security role of family.Keywords：Infrared sensor, LCD display, temperature sensor, buzzer, matrix keyboard目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 研究背景11.2 智能安防系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀11.3

8、 研究的主要內容2第二章 系統(tǒng)設計方案32.1 系統(tǒng)功能需求分析32.1.1 溫度監(jiān)測32.1.2 非法入侵監(jiān)測32.2 功能要求32.2.1 系統(tǒng)總體要求32.2.2 硬件設計要求32.2.3 軟件設計要求32.3 系統(tǒng)的可行性分析4第三章 系統(tǒng)硬件設計53.1 總體設計53.2 主控制器模塊53.2.1 中央處理單元STC89C5253.2.2 晶振電路73.2.3 復位電路73.2.4 程序存儲器選擇電路73.3 顯示模塊83.3.1 液晶顯示JM12864簡介83.3.2 液晶顯示JM12864引腳及功能83.3.3 內部存儲空間93.3.4 液晶顯示JM12864的指令集93.4 時

9、鐘DS1302模塊113.4.1 時鐘DS1302簡介（SPI總線）113.4.2 DS1302引腳及功能113.4.3 內部存儲空間113.4.4 DS1302初始化（一般程序設計流程）123.5 溫度傳感器DS18B20模塊133.5.1 DS18B20簡介（單線總線）133.5.2 DS18B20引腳及功能133.5.3 DS18B20內部結構143.5.4 DS18B20溫度值的轉換153.5.5 DS18B20操作流程153.6 數(shù)據(jù)存儲AT24C02模塊163.6.1 數(shù)據(jù)存儲AT24C02簡介(IIC總線)163.6.2 AT24C02存儲模塊的引腳及功能173.6.3 IIC

10、總線協(xié)議定義173.6.4 AT24C02存儲模塊的讀寫操作183.7 4*4矩陣鍵盤模塊183.7.1 矩陣鍵盤簡介183.7.2 矩陣鍵盤工作原理183.7.3 鍵盤的消抖方法193.8 蜂鳴器模塊193.8.1 蜂鳴器簡介193.8.2 蜂鳴器電路原理圖193.9 紅外傳感器模塊193.9.1 紅外傳感器簡介193.9.2 紅外傳感器原理193.9.3 紅外傳感器特點20第四章 系統(tǒng)軟件設計214.1 時鐘DS1302時序圖214.1.1 單字節(jié)讀操作214.1.2 單字節(jié)寫操作214.1.3 DS1302時序圖224.2 溫度傳感器DS18B20時序圖224.2.1 初始化（復位脈沖+

11、應答脈沖）224.2.2 寫時序（寫0、寫1）224.2.3 讀時序（讀0、讀1）234.3 應用軟件設計流程圖234.3.1 主程序流程圖234.3.2 矩陣鍵盤功能劃分圖254.4 系統(tǒng)主要程序254.4.1 系統(tǒng)主程序25、矩陣鍵盤程序27第五章 系統(tǒng)的調試與實現(xiàn)295.1 下載運行與顯示結果295.2 分步調試步驟32第六章 總結37致 謝38參考文獻39第一章 緒論隨著人們生活水平的不斷提高，特別是物質生活水平的提高，單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人們帶來的方便也是不可否定的。但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好更方便的設施就需要從單片機技術入手

12、，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。1.1 研究背景隨著光電信息技術、微電子技術、微計算機技術與視頻圖像處理技術等的發(fā)展，傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)也正由數(shù)字化、網絡化，而逐步走向智能化，這種智能化是指在不需要人為干預的情況下，系統(tǒng)能自動實現(xiàn)對監(jiān)控畫面中的異常情況進行檢測、識別，在有異常時能及時作出預警或報警。 現(xiàn)在人們越來越重視個人和財產安全，利用系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是智能小區(qū)的基本標準之一，由于現(xiàn)在社會經濟的發(fā)展樓房逐漸取代了平房，所以智能安防報警系統(tǒng)可以極大的減少社會的財產損失?，F(xiàn)已經掌握了煙霧、火、門磁、指紋識別采集技術，在防護方面，對指紋圖像進行處理，構成門禁系統(tǒng)，加強了防護功能。安防系統(tǒng)中報

13、警是一種性價比比較高的裝置，涉及到機器的功能、可靠性以及在使用過程中是否方便、便于編程等一系列的問題，采取單片機智能控制，節(jié)約成本，使產品達到交互式與智能化。1.2 智能安防系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀人類的居住環(huán)境經過幾次革命性的變化，原始人居住在窯洞里，后來漸漸的學會了用自己的雙手，建造可以能遮風擋雨的屋子，進入了21世紀，人類步入了信息時代，智能化住宅就是信息化社會的產物。我國從70年代初期開始研制各種報警器，生產型號多樣、品種較齊全，應用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產品數(shù)量也在不斷增加。隨著企業(yè)和住宅小區(qū)需求的凸現(xiàn)，智能安防當前面臨全新的發(fā)展契機，由于智能安防行

14、業(yè)的特殊性，國家對智能安防產業(yè)的發(fā)展一直都給予政策上的鼓勵 。在國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，將安防規(guī)劃單獨列明，明確指出要“加強公共安全體系建設，適應公共安全形勢變化的新特點，推動建立主動防控與應急處置相結合、傳統(tǒng)方法與現(xiàn)代手段相結合的公共安全體系”?？梢姲卜喇a業(yè)已經受到國家的重視并有相應政策上的支持，這將對安防業(yè)的發(fā)展起到不可估量的推動作用，根據(jù)中國安防行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃(2011-2015)，到“十二五”末期，我國的安防產業(yè)規(guī)模將實現(xiàn)翻一番的總體目標，到2015年，我國安防產業(yè)總產值將達到5000億元，因此我國安防智能化產業(yè)正在面臨巨大的市場機遇，具有廣闊的市場空間。 近些年來，全國各地

15、的平安城市建設如火如荼得展開，建設思路也逐漸向數(shù)字化、網絡化、集成化、智能化的方向發(fā)展。伴隨著人們對建筑安防系統(tǒng)的愈發(fā)重視和建筑業(yè)及建筑智能化行業(yè)的積極發(fā)展，傳統(tǒng)建筑的智能化改造以及新建建筑的智能化投資建設進入了快速發(fā)展的階段，作為建筑智能化的一個重要的子系統(tǒng)，安防智能化市場將迎來巨大的發(fā)展機遇，市場前景非常廣闊，預計到2015年，我國安防智能化市場規(guī)模將達到1，609.6億元。 1.3 研究的主要內容智能安防系統(tǒng)可以簡單理解為圖像的傳輸和存儲、數(shù)據(jù)的存儲和處理準確而選擇性操作的技術系統(tǒng)，就智能化安防系統(tǒng)來說，一個完整的智能安防系統(tǒng)主要包括門禁、報警和監(jiān)控三大部分。本設計主要是三大部分中的報警

16、部分，主要是通過身份識別，輸入正確的密碼，才能進入，防止陌生人的侵入。系統(tǒng)硬件設計中包括鍵盤模塊、顯示模塊、報警模塊，系統(tǒng)軟件設計介紹了系統(tǒng)軟件的總體架構，各組成部分的程序設計，包括在室內主人輸入密碼后可以修改顯示的時間、星期、溫度值的程序，利用單片機的知識和各種功能芯片完成本次設計。第二章 系統(tǒng)設計方案2.1 系統(tǒng)功能需求分析本次設計的智能安防系統(tǒng)主要功能是防止陌生人侵入，從而保護人身和財產安全，減少損失，為用戶提供良好的生活環(huán)境。下面具體針對智能安防系統(tǒng)來介紹系統(tǒng)的功能。2.1.1 溫度監(jiān)測溫度是人體對周圍環(huán)境最敏感的要素之一，溫度傳感器在用戶的設置下會自動的采集室內溫度信息，并將采集到的

17、信息送到顯示模塊顯示，如果溫度值超過30攝氏度時，蜂鳴器就會自動報警，從而實現(xiàn)室內溫度的控制，保證舒適的居住環(huán)境。2.1.2 非法入侵監(jiān)測為了提高居住人員的生命財產安全，將紅外傳感器安裝在門、窗、車庫、花園等隱蔽的地方，實時監(jiān)測非法入侵情況的發(fā)生，當監(jiān)測到非法入侵事件時，傳感器信號被發(fā)送到管理中心，管理中心將啟動報警系統(tǒng)，直到有人按下開關就停止報警，保障家庭財產不受損失。2.2 功能要求2.2.1 系統(tǒng)總體要求(1) 要求該系統(tǒng)在不影響人們正常生活的情況下正常使用，在有人和無人的情況下都能正常使用。 (2) 系統(tǒng)要求在險情出現(xiàn)時，自動實現(xiàn)報警直到有人按掉報警開關就停止報警。 (3) 要求系統(tǒng)靈

18、敏度高，監(jiān)測能力強。2.2.2 硬件設計要求 (1) 小型化：為了保證設備外觀漂亮，應盡量保證節(jié)點的體積小型化。 (2) 低功耗：由于設備需要長期在無人值守的情況下工作，所以要使用低功耗的器件以節(jié)約能源延長使用壽命。 (3) 可靠性：為了保障各監(jiān)測節(jié)點能夠正常工作，必須提高硬件的可靠性。 (4) 可擴展性：當有新的監(jiān)測對象引入該系統(tǒng)時，不同類型的傳感器模塊的信號形式與大小可能制約系統(tǒng)的兼容性，系統(tǒng)的硬件設計必須具有較高的可擴展性。2.2.3 軟件設計要求 (1) 模塊化結構：保證軟件設計的各部分采用模塊化結構設計，任何一個模塊的更新和改進都不會影響到其他模塊 (2) 嚴格遵守各總線的通信協(xié)議2

19、.3 系統(tǒng)的可行性分析智能安防系統(tǒng)是通過一定的手段對被控制的場合環(huán)境進行看管，異常情況發(fā)生就自動報警，它是檢測系統(tǒng)與報警系統(tǒng)的緊密結合，在智能系統(tǒng)中安全防范有著非常重要的意義，直接決定了該系統(tǒng)的智能水平?；谥悄軋缶到y(tǒng)是一種廉價的，可靠的安防報警方式，通過單片機的控制和蜂鳴器報警完成整個報警過程，所以本系統(tǒng)的初步設計方案理論上可行，而且設計的可擴展性前景可觀。第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 總體設計智能安防系統(tǒng)總體設計的控制器采用單片機STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，時鐘芯片DS1302實現(xiàn)實時時間的變化，用液晶顯示器JM12864實現(xiàn)溫度和時間的顯示，數(shù)據(jù)存儲AT24C02來存

20、儲開門和修改時間的密碼，紅外傳感器和蜂鳴器實現(xiàn)報警檢測，矩陣鍵盤實現(xiàn)密碼的設置，硬件系統(tǒng)共由8個模塊組成，以實現(xiàn)智能安防系統(tǒng)的設計，如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)整體框圖3.2 主控制器模塊單片機最小系統(tǒng)包括單片機（STC89C52）、晶振電路、復位電路、工作電源電路、程序存儲器選擇電路五個部分。3.2.1 中央處理單元STC89C52STC89C52 是一種帶8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Eras-able Read Only Memory），低電

21、壓，高性能的CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000 次，與工業(yè)標準的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，STC的STC89C52是一種高效微控制器，STC89 單片機為嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。STC89C52單片機存儲器結構采用的是哈佛型結構，程序存儲器（ROM）和數(shù)據(jù)存儲器（RAM）是分開的，有各自的尋址系統(tǒng)和控制信號，分別用不同的指令操作，ROM用來存放編寫的程序和常用表格，RAM用來存放程序運行的數(shù)據(jù)和結果。STC89C

22、52提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/0口線，看門狗（WDT），兩個16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，支持兩種節(jié)電工作模式，空閑方式：停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式：保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。STC89C52單片機的引腳如圖3-2所示。 圖3-2 STC89C52單片機的引腳P0-P3口均是并行I/O口，其中的P0口和P2口除了可以進行數(shù)據(jù)的輸入、輸出外，通常還用來構建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線，P

23、0口為真正的雙向口，P1-P3口為準雙向口，其中P3口還有第二功能，為5個中斷源（兩個定時器、兩個外部中斷、串行口）的引腳接口。3.2.2 晶振電路晶振有兩種，6 MHZ和12MHZ，本設計采用12MHZ，如圖3-3所示。圖3-3 晶振電路3.2.3 復位電路復位是單片機非常重要的工作狀態(tài)，任何單片機系統(tǒng)都是由復位狀態(tài)進入正常工作狀態(tài)。復位操作的條件是加兩個機器周期以上的高電平，復位后CPU的狀態(tài)如下：PC的值為0000H，除SP的值為07H，一般的特殊功能寄存器的有效位都為0，P0-P3口鎖存器的值為FFH，是為作為輸入口而準備的。復位電路有兩種方式，上電復位和按鍵復位，本設計采用按鍵復位，

24、如圖3-4所示。圖3-4 復位電路3.2.4 程序存儲器選擇電路當EA=1時，CPU從芯片的內部的ROM中取指令運行，但超過4KB范圍的程序，也從外部擴展的ROM中取得；EA=0時，只從外部擴展的ROM取指令運行。3.3 顯示模塊3.3.1 液晶顯示JM12864簡介JM12864液晶顯示模塊，可以顯示芯片內給定的8×4行，16×16點陣的漢字和圖形，還可以顯示自定義的漢字與圖形，利用該模塊靈活的接口方式和簡單，方便的操作指令，可構成人機交互圖形界面。3.3.2 液晶顯示JM12864引腳及功能(1) 液晶顯示JM12864引腳如圖3-5所示。 圖3-5 液晶顯示JM128

25、64引腳(2) 管腳功能描述如下（共20個引腳）：  1號、VSS 模塊的電源地 ；2號、VDD 模塊的電源正端 3號、V0 LCD驅動電壓輸入端  4號、RS(CS) 并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號，串行的片選信號；高電平選擇數(shù)據(jù)存儲器，低電平選擇指令存儲器 5號 、R/W(SID) 并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口 ，高電平讀操作，低電平寫操作 6 號、E(CLK) 并行的使能信號；串行的同步時鐘 ，高低，配合W進 行寫數(shù)據(jù)或指令 ，高電平時配合R進行讀數(shù)據(jù)或指令 7

26、-14號（DB0DB7）數(shù)據(jù)線0-7 15 號、PSB  并/串行接口選擇：H-并行；L-串行  16和18號是 NC空腳  17號、 RET 復位，低電平有效 19號、 LED_A 背光源正極（LED+5V）；20號、 LED_K 背光源負極 （LED-OV）3.3.3 內部存儲空間液晶顯示JM12864內部存儲空間有三種存儲方式：(1) 字型產生ROM（CGROM）字型產生ROM（CGROM）提供8192個常用字符，此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制，屏幕顯示開DDR

27、AM 的內容就顯示在屏幕上。(2) 字型產生RAM(CGRAM)，允許用戶自定義字型產生RAM提供圖象定義(造字)功能，可以提供四組16×16點的自定義圖象空間，使用者可以將內部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣的通過DDRAM顯示在屏幕中。(3) 顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM） 模塊內部顯示數(shù)據(jù)RAM提供64×2個位元組的空間，最多可控制4行16字（64個字）的中文字型顯示，當寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H0006H的編碼中（其代碼分別是000

28、0、0002、0004、0006共4個）將選擇CGRAM的自定義字型，02H7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型。 字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H9FH，字符顯示的RAM的地址與32（8*4）個字符顯示區(qū)域有著一一對應的關系，其對應關系如表3.1所示，共32個字節(jié)的RAM緩沖區(qū)。表3.1 DDRAM與顯示位置對應表80H 81H 82H 83H 84H 85H 86H 87H 90H 91H 92H 93H 94H 95H 96H 97H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH 98H 99H 9AH 9BH 9CH 9DH 9EH 9FH 3.3.4 液晶顯示

29、JM12864的指令集模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴充指令，基本指令有11條，擴充指令有7條不做要求，本設計用到基本指令中的三條，分別是：第一條清除顯示，第二條顯示狀態(tài)開關，第三條功能設定，其中忙檢測BF標志提供內部工作情況，BF=1表示模塊在進行內部操作，此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)，BF=0時，模塊為準備狀態(tài)，隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。下圖為基本指令表以及三條指令的說明，如表3.2所示。表3.2 基本指令表 (1) 清除顯示功能：清除顯示屏幕，把DDRAM位地址計數(shù)器調整為“00H” (2) 顯示狀態(tài) 開/關 功能：D=1，整體顯示ON；C=1，游標ON；B=1，游標位置ON

30、(3) 功能設定 功能：DL=1（必須設為1），RE=1，擴充指令集動作；RE=0，基本指令集動作 3.4 時鐘DS1302模塊3.4.1 時鐘DS1302簡介（SPI總線）DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。3.4.2 DS1302引腳及功能(1) DS1302引腳如

31、圖3-6所示。 圖3-6 DS1302引腳(2) 管腳功能描述如下：  X1、X2 32.768KHz 晶振管腳  GND 接地  RST 復位腳  I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 SCLK 串行時鐘  Vcc1、Vcc2 電源供電管腳 3.4.3 內部存儲空間DS1302的所有功能都是通過對其內部地址進行操作實現(xiàn)的，其內部存儲空間分為2部分：80H91H為功能控制單元，C0HFDH為普通存儲單元。所有單元地址中最低位為0表示將對其進行寫數(shù)據(jù)操作，最低位為1表示將對其進

32、行讀數(shù)據(jù)操作。(1) 特殊存儲單元（80H91H），存放DS1302的時間相關的數(shù)據(jù)，用戶不能用來存放自己的數(shù)據(jù)，如表3.3所示。表3.3 特殊存儲單元寄存器名命令字節(jié)范 圍位內容讀寫D7D6D5D4D3D2D1D0秒81H80H0059CH秒的十位秒的個位分83H82H00590分的十位分的個位時85H84H0112或002312/240A/PHR小時個位日87H86H013100日的十位日的個位月89H88H01120000/1月的個位星期8BH8AH010700000星期幾年8DH8CH0099年的十位年的個位 注意：1 秒寄存器的CH位：置1，時鐘停振，進入低功耗態(tài)；置0時鐘工作2 小

33、時寄存器的D7位：置1，12小時制（D5置1表示上午，置0表示下午）；置0，24小時制（此時D5、D4組成小時的十位）。(2) 普通存儲單元（C0HFDH），是提供給用戶的存儲空間，如表3.4所示。表3.4 普通存儲單元寄存器名命令字節(jié)范圍 位內容讀寫 D7D6D5D4D3D2D1D0寫保護8FH8EH00H80H WP0涓流充電91H90H- TCSDSRS時鐘突發(fā)BFHBEH-RAM突發(fā)FFHFEH-RAM0C1HC0H00HFFHRAM數(shù)據(jù) 00HFFHRAM30FDHFCH00HFFH注意：1 WP：寫保護位：置為1時，寫保護；置為0時，未寫保護。2 TCS：1010時慢充電；DS為0

34、1，選一個二極管，為10，選2個二極管；11或00，禁止充電。3.4.4 DS1302初始化（一般程序設計流程）(1) 注意對DS1302的讀寫操作必須在RST為1時才允許操作。(2) 確認對DS1302是讀操作還是寫操作：寫操作時必須關閉寫保護寄存器的寫 保護位（0x00），讀操作時跟此寄存器無關。(3) 確認是否需要對備用電池充電操作。(4) 確定采用單字節(jié)操作還是突發(fā)模式操作： 單字節(jié)讀寫操作： a 寫操作：先寫地址（RW=0，允許寫數(shù)據(jù)的單元地址），然后寫數(shù)據(jù) b 讀操作：先寫地址（RW=1，允許讀數(shù)據(jù)的單元地址），然后讀數(shù)據(jù) 突發(fā)模式讀寫操作： 時間/日歷特殊寄存器必須一次讀寫8個寄

35、存器 RAM普通寄存器可一次讀寫131個寄存器 a 寫操作：先寫地址（0xBE（特殊）/0xFE（普通），然后寫多個數(shù)據(jù) （8個（特殊）/131（普通） b 讀操作：先寫地址（0xBF（特殊）/0xFF（普通），然后讀多個數(shù)據(jù)（8 個（特殊）/131（普通）(5) 讀寫操作完畢（寫操作完成后必須打開寫保護寄存器的寫保護位（0x80）3.5 溫度傳感器DS18B20模塊3.5.1 DS18B20簡介（單線總線）DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點，因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單和容易操作的優(yōu)點，在一根通信線，就可以掛很多這

36、樣的數(shù)字溫度計，十分方便。3.5.2 DS18B20引腳及功能 (1) DS18B20引腳如圖3-7所示。 圖3-7 DS18B20引腳(2) 管腳功能描述如下：  GND電壓地，外接電源地引腳 DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 VDD電源電壓，外接電源輸入引腳 NC空引腳不需連接3.5.3 DS18B20內部結構DS18B20共有三種形態(tài)的存儲器分別為：ROM 只讀存儲器（8個字節(jié)）、RAM 數(shù)據(jù)暫存器（9個字節(jié)）、EEPROM 非易失性存儲器（3個字節(jié)）。(1) DS18B20內部結構如圖3-8所示。圖3-8 DS18B20內部結構(2) ROM 只讀存儲器： 用于存放DS18B20的ID

37、編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是 28H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗），DS18B20共8個字節(jié)（64位）ROM，數(shù)據(jù)在出產時設置不由用戶更改。(3) RAM 數(shù)據(jù)暫存器：用于內部計算和數(shù)據(jù)的存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。(4) EEPROM 非易失性存儲器：用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和用戶配置寄存器，DS18B20共3個字節(jié)的EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。3.5.4 DS18B20溫度值的轉換DS18B20可完成對溫度的測量，以12位轉化為例，

38、用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。這12位轉化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位。如下所示。(1) 如果測得的溫度大于0，前5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度，如下所示。+25.06250000 0001 1001 00010191h(2) 如果溫度小于0，前5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度，如下所示。-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh3.5.5 DS18B20操作流程若要讀出當前的溫度數(shù)據(jù)我們需

39、要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復位、跳過ROM指令（0xCC）、執(zhí)行溫度轉換存儲器操作指令（0x44）、等待800uS溫度轉換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復位、跳過ROM指令（0xCC）、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令（0xBE），讀數(shù)據(jù)（最多為9個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2個字節(jié)即可）。讀當前的溫度是主機（單片機）控制DS18B20完成的，只有完成復位、發(fā)送ROM指令、發(fā)送RAM指令這三步，才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示

40、復位成功。DS18B20操作流程圖如圖3-9所示。圖3-9 DS18B20操作流程圖(1) 控制器發(fā)送復位信號：首先我們必須對DS18B20芯片進行復位，復位就是由控制器（單片機）給DS18B20單總線至少480us的低電平信號。(2) DS18B20回復存在脈沖應答：在復位電平結束之后，控制器應該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在1560us后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60240us的低電平信號，至此，通信雙方已經達成了基本的協(xié)議。 (3) 控制器發(fā)送ROM指令：ROM指令共有5條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM指令為8位長度，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的ID號來區(qū)別。

41、(4) 控制器發(fā)送存儲器操作指令：操作指令為8位，共6條，存儲器操作指令的功能是命令DS18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關鍵。(5) 執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，要依存儲器操作指令而定。3.6 數(shù)據(jù)存儲AT24C02模塊3.6.1 數(shù)據(jù)存儲AT24C02簡介(IIC總線)AT24C02提供2k位的串行電可擦寫可編程只讀存儲器（EEPROM），組織形式為256字×8位字長，采用IIC總線接口，僅使用兩根連線（數(shù)據(jù)線、時鐘線）便可以實現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳輸。3.6.2 AT24C02存儲模塊的引腳及功能(1) AT24C02引腳如圖3-10所示。 圖3-10 AT24C02

42、引腳(2) 管腳功能描述如下：  A0、A1、A2 芯片的引腳地址和頁面選擇輸入 VCC、GND芯片的供電引腳 SCL IIC總線接口的串行時鐘線 SDAIIC總線接口的串行數(shù)據(jù)線 WP 寫保護引腳3.6.3 IIC 總線協(xié)議定義(1) 只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送（時鐘線與數(shù)據(jù)線都為高電平時為 空閑信號）。 (2) 在數(shù)據(jù)傳送過程中，當時鐘線為高電平時數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL 時鐘線是低電平時才能改變。(3) 起始信號： 時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平由高低的跳變（開始傳送數(shù)據(jù)）(4) 停止信號： 時鐘線保持高

43、電平期間，數(shù)據(jù)線電平由低高的跳變（結束傳送數(shù)據(jù)）(5) 起始信號和停止信號類型圖如圖3-11所示。圖3-11 起始信號和停止信號3.6.4 AT24C02存儲模塊的讀寫操作讀寫操作要嚴格按照時序圖的要求進行操作，高位在前，低位在后；上升沿數(shù)據(jù)寫入，下降沿數(shù)據(jù)讀出。(1) 讀操作 讀字節(jié)操作： 分為：立即/當前地址讀多字節(jié)操作、選擇/隨機地址讀多字節(jié)操作 讀頁操作： 順序/連續(xù)地址讀操作(2) 寫操作： 字節(jié)寫操作（順序：地址信息存儲單元的字節(jié)地址數(shù)據(jù)） 頁寫操作（AT24C02：8字節(jié)，字節(jié)多于8個會自動覆蓋前面所寫入的單元）在寫操作完成后，需要一定的延時來完成內部寫周期，也可以進行忙檢測，否

44、則操作就會失敗3.7 4*4矩陣鍵盤模塊3.7.1 矩陣鍵盤簡介4*4的矩陣式鍵盤由4根行線和4根列線交叉構成，按鍵位于行列的交叉點上，就構成了16個按鍵。如圖是16個按鍵的矩陣式鍵盤，分別定義為0-9的數(shù)字鍵與其他的功能鍵。如圖3-12所示。圖3-12 矩陣式鍵盤3.7.2 矩陣鍵盤工作原理采用行掃描法，判斷鍵盤中是哪個按鍵按下，先將某一條行線置為低電平，然后檢測列線的狀態(tài)，只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下，最后讀取鍵盤的值，確定是16個按鍵中的某個按鍵被按下。3.7.3 鍵盤的消抖方法機械式按鍵按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常有

45、一定時間的機械抖動，抖動時間與觸點材料的機械特性有關，一般為5-10ms，然后才能穩(wěn)定下來，消除抖動有兩種方法：(1) 硬件消抖：通常用穩(wěn)態(tài)電路或濾波電路(2) 軟件消抖：一般采用軟件延時，延時時間為10ms3.8 蜂鳴器模塊3.8.1 蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。在單片機應用的設計上，很多方案都會用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警。3.8.2 蜂鳴器電路原理圖蜂鳴器驅動電路一般有4個部分：一個三極管、一個蜂鳴器、一個續(xù)流二極管和一個電源濾波電

46、容。如圖3-13所示。 圖3-13 蜂鳴器驅動電路3.9 紅外傳感器模塊3.9.1 紅外傳感器簡介紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質的測量系統(tǒng)，紅外傳感技術已經在現(xiàn)代科技、國防和工農業(yè)等領域獲得了廣泛的應用。本設計采用的是人體紅外傳感器， 一般用在企業(yè)、賓館、商場、庫房等敏感區(qū)域、安全區(qū)域和報警系統(tǒng)中，不但適用于防盜報警場所，也適于對人體傷害極為嚴重的高壓電及X射線、射線工業(yè)無損檢測。3.9.2 紅外傳感器原理 (1) 實物圖：紅外傳感器一般有3個部分：接地引腳、接電源引腳和一個控制引腳。如圖3-14所示。圖3-14 紅外傳感器(2) 工作原理：一旦有人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分

47、鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，由于兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是就輸出檢測信號。 3.9.3 紅外傳感器特點(1) 人體紅外線傳感器的功耗很小，能長期可靠工作，同時由于其不發(fā)射任何類型的輻射信號，不易被常規(guī)手段偵測到，所以在安全監(jiān)控領域得到大量使用。(2) 人體紅外線傳感器容易受各種熱源、光源、射頻輻射的干擾，其穿透力也差。(3) 人體的紅外輻射容易被各種物體遮擋，并且當環(huán)境溫度和人體溫度接近時， 探測靈敏度會明顯下降。(4) 全自動感應，當有人進入其感應范圍則輸入高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1 時鐘DS1

48、302時序圖4.1.1 單字節(jié)讀操作圖4-1 單字節(jié)讀操作(1) 數(shù)據(jù)輸入：經過8個時鐘周期的控制字節(jié)的輸入，一個字節(jié)的輸入將在下8 個時鐘周期的上升沿完成，數(shù)據(jù)傳輸從字節(jié)最低位開始。(2) 數(shù)據(jù)輸出：經過8個時鐘周期的控制讀指令的輸入，控制指令串行輸入后，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)將在下個8個時鐘周期的下降沿被輸出，注意第一位輸出是在最后一位控制指令所在脈沖的下降沿被輸出，要求RST保持位高電平。4.1.2 單字節(jié)寫操作圖4-2 單字節(jié)寫操作(1) CE必須在高電平時，才能對DS1302讀/寫操作(2) 低位在前，高位在后，一個SCLK周期傳遞一位(3) 上升沿輸入，下降沿輸出(4) 先寫地址（RW=0

49、，允許寫數(shù)據(jù)的單元地址），然后寫數(shù)據(jù)(5) 先寫地址（RW=1，允許讀數(shù)據(jù)的單元地址），然后讀數(shù)據(jù)4.1.3 DS1302時序圖圖4-3 DS1302時序圖注意：(1) R/W：1可以讀；0可以寫(2) R/C：1普通存儲器；0特殊寄存器4.2 溫度傳感器DS18B20時序圖4.2.1 初始化（復位脈沖+應答脈沖）主機發(fā)送復位脈沖，從機回復應答脈沖，應答脈沖可以讓主機知道從機設備正在一線總線上并且已經準備好了，可以接收或發(fā)送數(shù)據(jù)了。如圖4-4所示：圖4-4 初始化4.2.2 寫時序（寫0、寫1）寫時序有兩種，一是寫位函數(shù)，每次寫1位數(shù)據(jù)；二是寫字節(jié)函數(shù)，每次寫8位數(shù)據(jù)，即1字節(jié)數(shù)據(jù)，寫的時候是

50、低位在前，高位在后。如圖4-5所示。圖4-5 寫時序4.2.3 讀時序（讀0、讀1）讀時序有兩種，一是位讀出函數(shù)，每次讀1位數(shù)據(jù)；二是讀字節(jié)函數(shù)，每次讀8位數(shù)據(jù)，即1字節(jié)數(shù)據(jù)，讀的時候是低位在前，高位在后。如圖4-6所示。圖4-6 讀時序4.3 應用軟件設計流程圖4.3.1 主程序流程圖主程序流程圖如圖4-7所示。圖4-7 主程序流程圖4.3.2 矩陣鍵盤功能劃分圖1234567890¤Sav圖4-8 矩陣鍵盤功能劃分圖各功能介紹：(1) “”的功能：開啟報警功能，當有陌生人侵入，LCD12864顯示會出現(xiàn)“”標志符號，就會報警，直到有人把按鍵按下，停止報警，“”標志符號就不顯示；當

51、顯示有“”，修改時間輸入三次錯誤密碼時，會自動報警，直到按下“”鍵就停止報警。(2) “¤”的功能：當前時間顯示介面、修改時間顯示介面或設置開門密碼和修改時間密碼的功能切換。(3) “Sav”的功能：保存修改的當前時間、設置開門密碼和修改時間密碼。(4) “”的功能：在修改時間顯示介面、設置開門密碼和修改時間密碼界面中光標右移功能。4.4 系統(tǒng)主要程序 系統(tǒng)主程序 #include<reg52.h>#include <intrins.h> /包含nop_()延時函數(shù)的頭文件#include<key.h>#include<definition.

52、h> /自定義變量的頭文件#include<ds1302.h>#include<ds18b20.h>#include<calendar.h> /判斷平年或閏年、星期幾的函數(shù)頭文件#include<at24c02.h>#include<lcd12864.h>sbit hwx=P32; /紅外傳感器的控制引腳sbit p10=P10; /小燈的控制引腳，第一個LCD燈int js=0,js10s=0; /計時，計時10sint ss=0; /控制蜂鳴器，在溫度小于30度和大于30度時蜂鳴器報警只執(zhí)行一次main()TMOD=0x11

53、; /兩個定時器TL0=176;TH0=60; /定時器1賦初值TL1=176;TH1=60; /定時器2賦初值ET1=1;ET0=1;TR0=1;TR1=0;EA=1;sy=0; /控制音樂符號變量sd=0;jmqh=1; /界面切換變量gsqh=1; /修改時間值的兩位個十切換變量kzgb=0; /控制光標在第二三個界面時按其他鍵，光標不會跟著走bl=1; /輸入三次錯誤密碼的機會限制變量while(1) lcd12864(); /調用lcd12864顯示時間if(hwx=0) /紅外傳感器的控制引腳等于0時，有陌生人侵入，報警 BeepIO=0 ; /蜂鳴器開 else BeepIO=1 ; /蜂鳴器關 if(BeepIO=0) /蜂鳴器開 if(js%10<5) p10=0; /第一個LCD燈亮 elsep10=1; /第一個LCD燈滅 if(wendu_z>=30) /溫度值大于30度，蜂鳴器開 BeepIO=!BeepIO; /蜂鳴器取反ss=1; /控制蜂鳴器，蜂鳴器報警只執(zhí)行一次 void int0() interrupt 1 /定時器1，報警和