单片机课程设计报告-智能家居安全系统

1、单片机课程设计报告智能家居防盗系统姓 名：石 颖孙日晟唐春龙班 级：09 电信 1 学 号：2/23/24 指导老师：姜 晟 邓小玲日期：2022.05.252022.06.08 华南农业高校工程学院目录1 摘要. 32 方案比较与挑选 . 2.1 方案一：采纳数字电路掌握 . 2.2 方案二：采纳以单片机为核心的掌握方案. 43 主要系统元器件介绍. 53.1 主控芯片 AT89C52 . 3.1.1 AT89C52性能简介 . 3.1.2 AT89C52引脚简介说明 . 3.2 LCD1602 显示器 . 3.2.1 接口信号说明 . 63.2.2 主要技术参数 . 73.3 AT24C0

2、2串行 EEPROM . 4 系统电路硬件介绍 . 84.1 电路介绍 . 4.1.1 电源输入部分 . 4.1.2 复位部分 . 4.1.3 键盘输入部分 . 4.1.4 显示部分 . 4.1.5LED 发光二极管部分 . 4.1.6 蜂鸣报警部分 . 4.1.7EEPROM 密码储备部分 . 4.1.8 程序下载电路 . 10 4.2 电路流程图 . 10 5 电路仿真分析 . 125.1 初始化后的界面情形 . 12 5.2 密码错误情形 . 12 5.3 密码正确情形 . 12 5.4 密码修改情形 . 13 6 电路板制作、焊接、调试 . 14 6.1 电路板制作 . 14 6.2

3、电路板焊接 . 14 6.3 电路板调试 . 14 7 课程设计心得 . 1、摘 要21世纪是一个信息化的社会, 它与人们的生活的关系也日益紧密；信息化的社会不仅转变了人们的生活方式,也对传统住宅提出了挑战； 人们对家居的要求早已不只是物理空间,更为追求的是一个安全,便利,舒服的居家环境；本设计为密码锁智能家居防盗系统,采纳Atmel的8位单片机 AT89S52为主控芯片,报警源是恶意输入错误密码三次；硬件部分包括单片机主掌握系统、密码门禁模块、数据储备模块、报警模块、程序下载模块；主掌握系统中采纳 Atmel 的8位单片机 AT89S52,该单片机性能优良,能满意 一般的一般应用；密码门禁及

4、报警系统部分采纳了 4 4矩阵键盘输入以及采纳 EEPROM 芯片 AT24C02作为掉电后可以储备密码,从而保证了系统的安全性与有用 性；程序下载模块就是利用串口线下载；本设计的特点是技术成熟,性能稳固,操作简洁,界面清楚,而且报警精度 好,安全指数高,符合智能家居安防的设计目的；关键词： AT89S52单片机 密码门禁2、方案的比较与挑选 2.1 方案 1：数字电路掌握家具安全系统用以双 JK 触发器构成的数字规律电路作为密码掌握系统的核心掌握,共设 了 9 个数字输入键, 仍有确认键和取消键等； 假如用户输入密码错误, 就电路将 报警；如电路连续报警三次, 即密码输入错误 3 次,电路将

5、锁定键盘并长时间报 警；这样可以防止他人潜入进入家居住宅；2.2 方案 2：AT89S52为核心掌握家居安全系统复位电路 密码输入 单片机 AT89S52 显示电路 蜂鸣报警（包括指示灯）程序下载模块单片机编程设计敏捷,借助丰富的IO 端口和掌握的精确性,除了能实现基本的密码锁功能, 仍能添加密码修改储备、 蜂鸣、闪耀提示等各种各样的附加功 能；单片机外接输入密码键盘,仍有 1602 液晶用于显示作用；用户需要开门时,先按键盘开锁键之后按键盘的数字键 09 输入密码；密 码输完后按下确认键； 假如密码输入正确就开锁, 不正确就报警提示并重新输入 密码；三次错误时自动蜂鸣报警；除此之外,仍可进行

6、修改密码操作；为了确认 安全方案甲设计简洁且操作简洁, 但没有可进展空间, 而且后期修改几乎是不行 能的；方案乙有极大的扩展余裕,设计敏捷,可以自由嵌入各模块,同时可以通 过修改程序来转变功能；综上,挑选方案乙；3、主要系统元器件介绍3.1 主控芯片 AT89S52 AT89S52 是一个低功耗, 高性能 CMOS 8 位单片机, 具有 8K 在系统可编程 Flash 储备器；使用 Atmel 公司高密度非易失性储备器技术制造,与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容；片上 Flash 答应程序储备器在系统可编程,亦适于常规编程器；在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 泛应

7、用；Flash,使得 AT89S52 在众多嵌入式掌握应用系统中得到广3.1.1 AT89S52 性能简介图 3-1 AT89S52 芯片引脚图（ DIP 封装）AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash , 256 字节 RAM, 32 位 I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个 16 位 定时器 / 计数器,一个 6 向量 2 级中断结构,全双工串行口,片内晶振准时钟电路；另外,AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作,支持 2 种软件可挑选节电模式；闲暇模式下,CPU 停止工作,答应 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断连续工 作；掉电爱护方式下,RAM内

8、容被储存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止；其主要功能特性：兼容 MCS-51指令系统 1000 次擦写周期32 个可编程 I/O 口 8K 字节在系统可编程 Flash 储备器3 个 16 位可编程定时 / 计数器 时钟频率 0-33MHz 六个中断源 看门狗定时器低功耗闲暇和掉电模式 掉电标识符全双工 UART串行通道 3 级加密程序储备器双数据指针 掉电后中断可唤醒3.1.2 AT89S52 引脚简介说明VCC：电源电压 GND：地 P0 口： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口；P1 口、 P2 口和 P3 口：都是具有内部上拉电阻的 驱动

9、4 个 TTL 规律电平；8 位双向 I/O 口,它们的输出缓冲器能RST：复位输入；当振荡器工作时,RST引脚显现两个机器周期以上高电平将是单片机复位；ALE/PROG：当拜访外部程序储备器或数据储备器时,脉冲用于锁存地址的低 8 位字节；ALE（地址锁存答应）输出PSEN：程序储存答应（PSEN）输出是外部程序储备器的读选通信号,当AT89S52由外部程序储备器取指令（或数据）时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当拜访外部数据储备器,将跳过两次 PSEN信号；EA/VPP：外部拜访答应,欲使 CPU仅拜访外部程序储备器（地址为 0000H-FFFFH ）,EA 端必

10、需保持低电平（接地）；XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端；XTAL2 ：振荡器反相放大器的输出端；3.2 LCD1602 显示器1602 型 LCD 显示模块具有体积小,功耗低,显示内容丰富等特点；1602 型 LCD 可以显示 2 行 16 个字符,有 8 位数据总线 D0-D7 和 RS,R/W ,EN 三个掌握端口,工作电压为5V ；3.2.1 接口信号说明表 3-1 、1602 型 LCD的接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1 VSS 电源地9 D2 Data I/O 2 VDD 电源正极10 D3 Data I/O 3 V0 液晶显示偏压信号11 D4 D

11、ata I/O 4 RS 数据 / 命令挑选端 （H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 读写挑选端（ H/L）13 D6 Data I/O 6 E 使能信号14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正极8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源负极3.2.2 主要技术参数显示容量表 3-2 为 1602型 LCD的主要技术参数字符尺寸芯片工作模块正确电压工作电流工作电压16X2 个字符4.5 5.5V 2.0mA（5.0V ）5.0V 2.95X4.35WXHmm 读状态：输入：RS=L,RW=L,E=H 输出： D0-D7=状态字读数据

12、：输入：RS=H,RW=H,E=H 输出：无写指令：输入：RS=L,RW=L,D0-D7=指令码, E=高脉冲输出： D0-D7=数据写数据：输入：RS=H,RW=L,D0-D7=数据, E=高脉冲输出：无3.3 AT24C02 串行 EEPROM EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,电可擦可编程只读储备器 - 一种掉电后数据不丢失的储备芯片；有信息,重新编程；一般用在即插即用； EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已它是可用户更换的只读储备器（ROM）,其可通过高于一般电压的作用来擦除和重编程（重写）；不

13、像 EPROM芯片, EEPROM不需从运算机中取出即可修改；AT24CXX是美国 ATMEL公司的低功耗CMOS串行 EEPROM,典型的型号有AT24C01A/02/04/08/16 等 5 种,它们的储备容量分别是 1024/2048/4096/8192/16384 位；也就是 128/256/512/1024/2048 字节；使用电压级别有 5V,2.7V,2.5V,1.8V；AT24C02是一个 CMOS标准的 EEPROM储备器,是 AT24CXX系列（ AT24C01/02/04/08/16）成员之一,这些 EEPROM储备器的特点是功耗小、成本低、电源范畴宽,静态电源电流约 3

14、0uA110uA,具有标准的 I 2C总线接口,是应用广泛的小容量储备器之一；图 3-2 AT24C02 芯片引脚规律上图是 AT24C02的引脚图, 这个芯片是一个8 脚芯片, 内部储备器有256 字节； 引脚功能介绍如下：A0（引脚 1）：器件地址的A0 位,是器件地址的最低位,器件地址排列是A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W ；A1（引脚 2）：器件地址的 A1 位；A2（引脚 3）：器件地址的 A2 位；GND（引脚 4）：地线；SDA（引脚 5）：数据总线引脚；SCL（引脚 6）：时钟总线引脚；TEST（引脚 7）：测试引脚,Vcc（引脚 8）：电源线引脚；4、电路硬件

15、介绍4.1 电路介绍本设计主要由单片机、矩阵键盘、 液晶显示器和密码储备等部分组成；其中矩阵键盘用于输入数字密码和修改密码等功能的实现；由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码,后经过单片机对用户输入的密码与自己储存的密码进行对比,从而判定密码是否正确,如错误就报警；超过 3 次就长报警；复位电路密码输入 单片机AT89S52 显示电路蜂鸣报警（包括指示灯）程序下载模块4.1.1 电源输入部分密码锁主要掌握部分电源需要用5V 直流电源供电,其电路如图4-3 所示；里面与一个常闭常开的电路开关连接；4.1.2 复位部分单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态,并从这个

16、状态开头工作；单片机在启动时复位,可以使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开头工作；89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的；当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳固后,假如RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期 24 个振荡周期 以上,就 CPU 就可以响应并将系统复位；单片机系统的复 位方式有：手动按钮复位和上电复位；本设计采纳按键复位；4.1.3 键盘输入部分本设计采纳的是矩阵式按键键盘,它由行线和列线组成,也称行列式键盘,按键位于行列的交叉点上,密码锁的密码由键盘输入完成,与独立式按键键盘相比,要节约许多 I/O口；本设计中使用

17、的这个 4*4 键盘不但能完成密码的输入仍能作特殊功能键使用,比如修改密码后退功能等；键盘的每个按键功能可以在程序设计中设置；4.1.4 显示部分本设计的显示部分由液晶显示器 LCD1602取代一般的数码管来完成,可以提高密码锁的密码显示成效才能,令用户更加明白显示内容；当需要对家居住宅进行开锁时,按下键盘上的数字键 09 输入密码,每按下一个数字键后在显示器上显示一个“*” ,输入多少位就显示多少个“* ” ；当密码输入完成时,按下确认键,假如输入的密码正确的话,LCD 子显示“Right ！” ,家居被打开； 假如密码不正确, LCD 显示屏会显示 “ First error. ”,同理其

18、次次错就是 “ Second error.” ,第三次显示“Third error.” ,并质疑“Are you Host？” ；通过 LCD 显示屏,可以清楚的判定出密码锁所处的状态；其显示部分引脚接口如下图所示：4.1.5 发光二极管部分 LED 发光二极管有红灯、黄灯和绿灯,红灯负责报警,包括输入错误密码和感应到有 人闯进住宅；当密码正确时,绿灯才会闪亮,随后黄灯亮表示门锁开启,10S 之后,黄灯关 闭；电路如下：4.1.6 蜂鸣报警部分 此电路可以发出蜂鸣声报警,引起家居住宅主人的留意；如下图所示：4.1.7EEPROM密码储备部分 当密码修改之后,可以储备到此芯片,掉电后不会丢失；4

19、.1.8 程序下载电路通过下载电路,可以把需要应用的程序载入到单片机芯片AT89S52之中进行调试；4.2 电路流程图系统软件设计由主程序、初始化程序、LCD 显开头示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序和延时程序等组成；如下列图为主程序流 初始化程图,开头接上电源,程 序进行初始化设置,然后在键盘上输入密码,此系 统进行键盘扫描,然后启外部储备密码载入动程序,进行爱护,再次在键盘上输入密码,系统 进行扫描, 如和之前一样,键盘扫描就执行程序,如不是,就执行另一种程序,最终结束；键功能程序关闭程序终止5、电路仿真分析5.1 初始化后的界面情形5.2 密码正确情形欢迎语5.3 密码错误情

20、形 第一次输入错误其次次输入错误第三次输入错误5.4 密码修改情形6. 电路板的制作、焊接、调试6.1 电路板制作在制作电路板之前,先画好 PCB电路图；留意点有三个：1、元件的封装；留意焊盘的大小和焊盘之间的距离；2、留意线宽大小,本设计把线宽调至 0.8mm；3、布局和布线；注意尽量少飞线和单层 PCB板布线；电路板制作有以下 5 步：1 打印电路图：先设置相关的参数,后在油性纸面上进行 打印好之后后,留意不要刮落到碳粉；PCB电路图的打印,将图纸2 过塑：把打印的 PCB图紧紧贴到电路板上,并且用胶纸来黏好；之后把电路板放到 过塑机上进行过塑,约 2040 次；如印得不太抱负,但是基本脉络都在,就可以使用油性笔 进行线路修补；3 腐蚀：把过塑好的电路板放到盐酸与双氧水的混合物上面进行腐蚀；腐蚀过后,电 路板要用清水清洗；4 用洗板水把碳粉清理洁净,此时可以看到清楚的铜线线路；5 对焊盘中