智能门禁系统设计与实现 电气工程专业

1、摘 要门禁系统是属于智能建筑自动化系统中的一种基于安全的系统，它属于现代化安全管理系统。在现代化发展越来越快的今天，建筑物内的一些大型规划区、人员出入口、贵重物品的库房、设备控制中心、电梯口等重要部门的通道口都需要加强安全保密防护措施，基于以上原因，这使智能门禁的研究成为当今的一个热门的课题。本次设计的控制核心是STC89C52，设计基于单片机的智能门禁系统的研究，本次设计从硬件结构和软件结构两个方面进行设计的。硬件部分包括八个电路模块，分别是电源电路、STM32F103C8T6单片机核心电路、拨动开关选择电路、按键电路、LCD1602液晶显示电路、蜂鸣器报警电路、光敏电阻检测光照强度电路、L

2、ED灯电路、红外检测电路。在软件设计中，运用keil编写单片机程序，来完成相应的功能。该系统设计具有结构简单小巧、可读数据直观、功能多样化、设计成本低等优点，拥有非常好的应用前景。关键词：单片机； 红外感应； 电源电路； 液晶电路； 智能门禁系统Abstract Access control system is a kind of automation system in intelligent building security system based on, it belongs to the modern safety management system. With the rapid

3、 development of modernization and today, some large planning area within the building, staff entrance, valuables storage, equipment control center, elevator and other important sectors of the channel mouth the need to strengthen security safety protection measures, based on the above reasons, the re

4、search of intelligent access control has become a hot topic nowadays. The control core of the design of the STC89C52, research and design of intelligent access control system based on MCU, the design from the two aspects of the structure of hardware and software. The hardware part includes eight mod

5、ules, namely the power supply circuit, STM32F103C8T6 microcontroller core circuit, a switch circuit, key circuit, liquid crystal LCD1602 display circuit, buzzer alarm circuit, a photosensitive resistance detection light intensity circuit, LED lamp circuit, infrared detection circuit. In software des

6、ign, using keil MCU programming, to complete the corresponding functions of the system design.The utility model has the advantages of simple structure, small size, readable data, intuitive function, diversified functions, low design cost, and the like, and has a very good application prospectKey wor

7、ds: SCM; infrared induction; power supply circuit; liquid crystal circuit; intelligent access control system目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc483428911 1 绪论 PAGEREF _Toc483428911 h 4 HYPERLINK l _Toc483428912 1.1 课题的提出及意义 PAGEREF _Toc483428912 h 4 HYPERLINK l _Toc483428913 1.2 课题的研究背景和现状 PAGEREF _Toc

8、483428913 h 4 HYPERLINK l _Toc483428914 1.3 研究的内容 PAGEREF _Toc483428914 h 5 HYPERLINK l _Toc483428915 2.系统方案论证 PAGEREF _Toc483428915 h 5 HYPERLINK l _Toc483428916 2.1方案设计 PAGEREF _Toc483428916 h 5 HYPERLINK l _Toc483428918 2.1.1单片机最小系统介绍 PAGEREF _Toc483428918 h 5 HYPERLINK l _Toc483428919 2.1.2单片机的方

9、案选择 PAGEREF _Toc483428919 h 8 HYPERLINK l _Toc483428920 2.1.3振荡、时钟电路部分介绍 PAGEREF _Toc483428920 h 9 HYPERLINK l _Toc483428921 2.1.4复位电路部分介绍 PAGEREF _Toc483428921 h 10 HYPERLINK l _Toc483428922 2.1.5 系统功能 PAGEREF _Toc483428922 h 10 HYPERLINK l _Toc483428923 2.1.6 AVR单片机 PAGEREF _Toc483428923 h 11 HYPE

10、RLINK l _Toc483428924 2.1.7 FPGA PAGEREF _Toc483428924 h 12 HYPERLINK l _Toc483428927 2.1.8 STM32F103C8T6 PAGEREF _Toc483428927 h 12 HYPERLINK l _Toc483428928 2.1.9主控制芯片的确定 PAGEREF _Toc483428928 h 14 HYPERLINK l _Toc483428929 2.2 负载驱动设计 PAGEREF _Toc483428929 h 14 HYPERLINK l _Toc483428930 3 系统硬件电路设计

11、 PAGEREF _Toc483428930 h 15 HYPERLINK l _Toc483428931 3.1 系统总体结构框图 PAGEREF _Toc483428931 h 16 HYPERLINK l _Toc483428932 3.2 模块介绍 PAGEREF _Toc483428932 h 16 HYPERLINK l _Toc483428933 3.2.1中央处理器 PAGEREF _Toc483428933 h 16 HYPERLINK l _Toc483428934 3.2.2人体感应模块 PAGEREF _Toc483428934 h 17 HYPERLINK l _To

12、c483428935 3.2.3 LCD1602显示模块 PAGEREF _Toc483428935 h 20 HYPERLINK l _Toc483428936 3.2.4 光敏电阻模块 PAGEREF _Toc483428936 h 21 HYPERLINK l _Toc483428937 3.2.5 蜂鸣器电路 PAGEREF _Toc483428937 h 22 HYPERLINK l _Toc483428938 3.2.6 LED灯电路 PAGEREF _Toc483428938 h 23 HYPERLINK l _Toc483428939 3.3整体电路原理图 PAGEREF _T

13、oc483428939 h 23 HYPERLINK l _Toc483428940 4软件设计 PAGEREF _Toc483428940 h 24 HYPERLINK l _Toc483428941 4.1 Keil C51 PAGEREF _Toc483428941 h 24 HYPERLINK l _Toc483428942 4.2 程序设计框图 PAGEREF _Toc483428942 h 25 HYPERLINK l _Toc483428943 4.2.1主程序设计 PAGEREF _Toc483428943 h 25 HYPERLINK l _Toc483428944 4.2.

14、2子程序设计 PAGEREF _Toc483428944 h 26 HYPERLINK l _Toc483428945 4.2系统源程序 PAGEREF _Toc483428945 h 28 HYPERLINK l _Toc483428946 5 焊接焊接与系统调试 PAGEREF _Toc483428946 h 28 HYPERLINK l _Toc483428947 5.1 电路焊接 PAGEREF _Toc483428947 h 28 HYPERLINK l _Toc483428948 5.2 系统调试 PAGEREF _Toc483428948 h 29 HYPERLINK l _To

15、c483428949 5.2.1硬件调试 PAGEREF _Toc483428949 h 30 HYPERLINK l _Toc483428950 5.2.2单片机的调试方法 PAGEREF _Toc483428950 h 316 HYPERLINK l _Toc483428951 结 论 PAGEREF _Toc483428951 h 32 HYPERLINK l _Toc483428952 参考文献： PAGEREF _Toc483428952 h 32 HYPERLINK l _Toc483428953 致 谢 PAGEREF _Toc483428953 h 351 绪论1.1 课题的提

16、出及意义 随着高科技以及当今信息化社会的发展，人们对门禁系统的要求从当初简单的安全性到如今的智能化，方便化和更高的安全性。智能门禁系统,它的功能是很强大的，它可以控制一些敏感区域像楼内，居住区等这些地方的行为，也能控制人员的出入的，而且它对数据是可以是可以准确记录并且统计管理的。它是一种数字化出入控制系统。最近几年感应卡技术、生物识别技术的智能门禁系统发展飞快，这些技术的发展非常快，已经开始进入成熟期，感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等这些高科技技术越来越多的出现在当今的社会中，它们在安全性，方便性，易管理性等方面和传统门禁相比更有优势。现如今社

17、会，人们对门禁系统各方面性能的要求不断提高，门禁系统的应用范围不断扩大，需求人群不断增多，研发门禁系统已成为当下科技领域的一个热门话题。计算机技术大家会经常使用的，我们的生活中也会出现很多的。在很多地方都是很需要一些我们说的门禁系统的，而且要求也是越来越高的，就像宾馆和写字楼以及智能大厦这种地方是很需要这些智能化的。 智能门禁系统的发展是有很大的意义的，它们既安全又方便，而且还是很容易管理的。大家对这种智能化的要求很高的，就是因为这样，所以会让它的范围变大。所以它的研发也成为当今的一个热门课题。而且我们这次的毕业设计不仅可以提高学校的教学水平，而且也能够让学生越来越喜欢学习的。 本论文的研究让

18、我对门禁系统的发展背景和相关知识有了一定的了解，对STM32系列单片机的性能特点以及单片机的连接方式与使用方法有了一定掌握，而且我也懂得了如何使用一些外围芯片，还让我在编程方法和设计模拟电路等这些方面提高了很多。1.2 课题的研究背景和现状因为大家对安全现在是很关注的，所以在国内和国外出现了很多的电子智能锁。但是因为这些产品只是适合要求保密的箱子和柜子，而且在公共场所那些指纹识别器很容易被破坏，而且那些IC卡很容易损坏，也很容易丢失，以上的这些缺点就使得这类产品的普及和推广受到了限制。考虑到现在的技术水平，那么电子密码锁就很受到大家的欢迎。 电子计算机技术的发展使电子门锁走进我们的视线，其中触

19、式智能IC卡和密码键盘门禁系统受到了人们的重视，并被大规模地投入日常的使用。它用一种方式，即主动控制替代了一些传统安防产品被动的安防模式，而这些传统安防产品包括闭路监控、防盗报警等这些产品。在安全技术领域方面，为了克服机械性密码锁密码量小、构造机械、安全性性能差等缺点，密码锁在人们的改进中有了大大的提升，它的性能以及它的技术都有了很大很大的进步。电子密码锁为主具有防盗报警系统的门禁系统正在逐渐替代传统的机械密码锁。随着以单片机的问世为标志的大规模集成电路技术的不断发展，带有微处理器的智能密码锁也随着这些技术的发展出现了，它的功能比原来的电子密码锁更好更强，它使得管理可以智能化，专家分析系统的功

20、能也是一大特色。它的安全性、可靠性更加出色，因此它的应用领域日益广泛。 科学技术的发展是很快的，那么电子门锁也就发展的越来越快。而之后产生的密码键盘和接触式智能IC卡这些门禁系统也受到了大家的欢迎，人们也很重视它们的。当然它把以前的那种安防模式都改变了，而且被动监视也被主动控制替代了。因为这些原因，所以就构成了这种系统.2.系统方案论证2.1系统功能功能如下：1、检测有没有人的时候主要可以用这种传感器的，假如发现门口有人的时候，液晶屏提示亮并显示欢迎词，夜间探测到有人时开灯，灯用9个高亮LED灯设计，无人时，关灯。2、主人可设定门禁系统工作状态，家里有人和无人两种状态。通过一个拨动开关设置，拨

21、上去，液晶显示有人：Somebody！，拨下来液晶显示没人：Nobody！有人时，客人按下门铃，蜂鸣器鸣叫提示，无人时，客人按下门铃，无任何反应。3、门外人员逗留时间超过2分钟则发出报警信息。4、这个设计的单片机核心电路是由三个电路组成的，包括按键复位电路和晶振电路以及电复位电路。基于系统的这个功能，我们设计了如下图的系统框图 图2-1系统设计框图2.2 硬件选取的分析及论述2.2.1单片机的选取方案一：Philips这个公司，它推出了P89C51RX2这种系列的单片机，它的内核是MCS-51单片机CPU，它的指令系统和硬件资源以及引脚排列还有封装形式都与MCS-51单片机保持兼容，其最大的特

22、点是扩展片内存储器的种类和容量，这种单片机的程序存储器容量是很大的，最大为64KB，而它的片内RAM存储器容量也是很大的，是512-1024B，内部设置了可编程计数器阵列PCA，而且与Intel 89C51FX系列内置可编程计数器阵列兼容，此外，片内还设一样监视计时器WDT，七个中断源，四个中断优先级，每个机器周期采用6时钟时，振荡频率可达20兆赫兹，采用12时钟模式时振荡频率可达33兆赫兹。方案二:宏晶公司，它推出了一款单片机，这种单片机是基于8051芯片为内核的增强型单片机-STC89C52，它是一种8位微控制器，它的功率消耗是比较低的，而且它也具有高性能的CMOS，它也具有系统可编程Fl

23、ash 存储器，这种存储器是四个字节的。机器周期有6时钟的，也有12时钟的，在我们选择机器周期的时候我们可以根据自己的需求来选择机器周期，这里尤其对ISP引导程序强调一下，尤其是内部进行了固化的程序，可通过PC的RS-232串口直接与单片机的串行口相连，如果我们想对单片机内的Flash程序存储器进行编程，我们也不需要用专门的编程软件，我们可以直接使用STC-ISP下载软件来进行编程。这个芯片具有很多标准的功能： 它的RAM是256个字节，它的I/O 口线是32位的，而且它的Flash是四个字节的，而且它的监视定时器（WDT）内部也有设置的，可以降低EMI的措施， 电可擦除只读存储器占四字节和复

24、位电路，它的 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank 定时器/计数器是16位的，数量是3个，它的并行口是8位的，数量是4个，还有一个4位的并行口，以及两种时钟运行模式：6时钟模式和12时钟模式，振荡频率最高达80MHz。此外， STC89C52 这种单片机它具有静态逻辑操作，而且它还具有2种选择节电模式，这两种节电模式包括空闲模式和掉电保护模式。我们可以知道，当其中一种模式即空闲模式的单片机的运算器不再进行工作的时候，这种单片机内部的随机存取存储器、定时器/计数器、串口以及中断在运算器不工作的时候还是可以继续工作的。对于掉电保护模式单片机随机存取存储器数据不会丢

25、失，由于振荡器且不能正常工作，此时，单片机的所有工作都会被进行停止的，如果单片机想继续进行工作的话，那我们就必须要等待下次中断的到来，当然我们也可以通过硬件复位来让单片机继续工作。综上所述，虽然两者的性能都比较相似，而且两者的特点都比较相同，由于系统本身它还是相对比较简单的，所以它所需要的运算性能也不是很复杂的，因为在设计成本上，STC89C52单片机比P89C51RX2系列的单片机要便宜许多，所以我们这次的设计选用成本相对比较低的STC89C52单片机。2.2.2 显示模块设计的选取数码管我们采用的显示方法是数码管动态显示方法，它是一种封装形成的器件，这种器件是用很多个 HYPERLINK

26、/item/ t /item/LED%E6%95%B0%E7%A0%81%E7%AE%A1/_blank 发光二极管组成的，LED数码管它是很便宜的，而且对于数字的显示是在合适不过的了,其采用动态扫描方法，这种方法的好处就是它可以让我们在使用单片机端口线的时候用的数量比较少。这种 HYPERLINK /item/ t /item/LED%E6%95%B0%E7%A0%81%E7%AE%A1/_blank 数码管的组成其实还是比较简单的，它包括发光二极管还有小数点部分的那些发光二极管，发光二极管的数量是七个，共有12个引脚除了8个发光二极管的引脚外还有段引脚和位引脚以及电源和地部分。采用间断性扫

27、描方式，这样便可以使得硬件功率消耗较少、硬件成本不高、对于整个硬件系统设计体积占的也不是很大。（2）LCD1602液晶采用LCD的液晶显示,他根据两位置平行的液晶板的电压变化来控制内部材料排列变化，从而达到透光和遮光显示成像。这种液晶的硬件制作是很简单的，单片机的接口是直接可以连接在它的硬件上的，它有很多的优点的，它的硬件功能消耗是比较低的，而且用它显示的内容是可以很丰富的，LCD1602这种液晶的功能强大之处也在于它能够让32个字符一起显示出来，对于我们来说，它的主要原理其实不是很复杂的，它是通过电流刺激液晶分子，然后这样的话就会出现相应的画面。LCD的色彩要考虑到环境光源以及液晶显示器的属

28、性来进行调校，而且液晶显示器有一个小小的缺点就是它的可视角度是很狭窄的，如果我们想调整到那个最适合最好的观看角度，这个就是一件不太容易做到的事。综述比较以上两种方案：在结构上方案二就比方案一结构简单的多，显示的数据更加的丰富，方便用户读取，所以而选择方案二LCD液晶显示。2.2.3按键模块设计的选取方案一：采用普通按键开关。按钮利用推动传动机制，根据通或断来实现电路转换。普通按键开关有两种触点方式分别是动触点与静触点。按钮开关结构比较简单，而且在电子电器中应用十分广泛。在自动控制电路中比较常见，如果我们想要控制继电器和电磁启动器以及接触器等这些元件的话，我们只需要用手来操作，这样就可以发出信号

29、来实现一些控制了。方案二：采用自锁按键，这是一种司空见惯的开关按钮。在自锁开关按下，此时电路实现导通状态并保持不变，称为自锁，自锁开关再次按下，弹簧弹开电路实现断路状态。由于系统需要进行设定有人和无人两种模式的切换，并且要求程序简单易于实现和操作，并且需要单独对其进行指示工作的控制操作，所以切换模式的开关采用方案一的普通按键开关。3 系统硬件电路设计这个设计是由很多电路组成的，其中包括电源电路、STM32F103C8T6单片机核心电路、拨动开关选择电路、按键电路、LCD1602液晶显示电路、蜂鸣器报警电路、光敏电阻检测光照强度电路、LED灯电路、红外检测电路。鉴于模块电路具有很多优点的特点，所

30、以将所有电路都用模块进行连接，这样的做法是可以带来很多好处的。以下开始介绍几个模块电路。3.1 STM32F103C8T6单片机核心电路 图3-1 STM32F103C8T6单片机核心电路STM32F103C8T6具有1s响应的双12位ADC，4兆位/秒的异步首发传输器以及18兆位/秒的串行外设几口，18MHz的输入输出端口。同时在待机模式下为2A，STM32内部集成了复位电路以及调压器。3.1.1 STM32微控制器的基本配置内核:STM32这种系列的单片机它采用的CPUCortex-M3是32位的，它的工作频率是可以达到很高的，72MHz是它的最高的工作频率，1.25DMIPS/MHz，而

31、且M3cpu的功能也是很强大的，它包括单周期乘法和硬件除法等这些功能，并且M3cpu的能耗相对较低，可以长时间负载运行。2、存储器:它采用的集成化Flash存储器的容量还是比较大的，最小的是32KB，当然也可以达到512KB，当然，它也具有SRAM存储器，这种存储器的容量最高可以达到64KB。3、时钟、复位和电源管理:能过提供2.0v-3.6V左右的电源供电以及I/0端口供电，微处理器内部具有4-16MHz的晶振和RC振荡电路，可以用来做时钟校准。4、低功耗:STM32拥有的模式都是功能消耗比较低的，这种不同的模式有三种，第一种为休眠模式，休眠模式下唤醒速度最快，第二种为停止模式，其能耗和唤醒

32、速度较为均衡，第三种为待机模式，在待机模式下，能耗最低。当低功耗模式，在我们需要开启的时候，我们想要对RTC和备份寄存器进行供电的时候，是可以通过VBAT来进行供电的，以保证数据不会丢失。5、DMA控制器：DMA控制器可以支持的外设有串行外设接口，以及各类定时器，数模转换器，模数转换器，通用异步收发传输器以及IIC串行总线等。6、3个12位的us级的16通道数模转换器，2个额外12位的数模转换器，同时集成了温度传感器，并且该数模转换器具有双采样能力，数模转换可测量值最大为6V，并且可以保持采样数据。7、快速I/0端口:由于选型差异，可以采用的有26，37，51，80，和112的I/O端口，这些

33、I/0端口并不能接收模拟信号，只能接收5V以为的数字信号，并且这些I/0端口都具有独立连接外部中断的能力，大大拓展了适用范围。8、这种微控制器它的定时器是16位的，而且它有四个，它的其中的2个定时器是拥有高级控制定时器的，这种高级控制定时器是6通道的，它可以进行6通道PWM输出，这是最多可以实现的。2个Watchdog定时器，其中一个为独立watchdog定时器，另一个看门狗为窗口定时器。它也具有倒计数器，它是24位的，数量是一个，这4个定时器中有2个定时器的功能也是比较强大的，它可以驱动DAC模块，这4个定时器上，每个定时器都拥有4相互独立的计数器以满足其功能和使用。9、最多多达13个通信接

34、口:它的全双工通用异步/同步串行收发模块的数量是5个，其中具有一个ISO7816接口、一个调控接口、一个为LIN接口、一个为IrDA兼容接口)。为了满足我们所需要的通信需求，它是具有3个18兆的SPI接口和IIS接口复用和安全数字输入输出卡以及IIC串行接口，当然还有一个USB 接口。3.1.2系统作用（1）电源供电方案VDD ，它的电压最低是2.0V，最高是3.6V，这样的话外部电源就可以接在VDD引脚上，这样也可以给输入输出端口进行供电，而且对调压器的运行也进行了一定的保障。VSSA和VDDA也会输入一个外部模拟电压，这个电压是会给模数转换和复位电路进行使用的，它的电压最低是2.0V，最高

35、是3.6V，而且这个电压的范围是在VDD范围之内的，VSSA和VDDA它是可以接在VSS和VDD这两个引脚上的。VBAT的正常工作电压最低1.8V，最高是3.6V，当然如果VDD没什么作用的话，从外部也是可以获得VBAT的电压的，其中外部电压来源为外部寄存器。（2）时钟电路我们可以选择内部时钟或外部时钟来做我系统时钟，但是如果复位电路启动，就会选择内部时钟作为系统时钟。在这段时间内，控制器无法使用并且软件中断管理将失效，无法正常进行中断管理。在特殊情况下，我们是不能够让PLL时钟的中断管理进行禁止的。当我们在启动的时候，我们一定会进行这一项工作，即系统时钟的选择，而且在复位的时候，我们选择的C

36、PU时钟也是会选择内部8MHz的晶振的。当然这个时候我们也会选择一个外部的4-16MHz的时钟被监视，这样的话，我们才能够知道是不是能够成功。在这个过程中，控制器是会被禁止的，而且接下来软件中断管理也是随着会被禁止的。在这个时候，如果我们需要的话，像遇到一个间接使用的晶振失败的这种情况，PLL时钟的中断管理在这个时候是完全可以使用的。当我们想要配置AHB频率的时候，我们可以使用多个预比较器，这些预比较器是包括高速APB(PB2)和低速APB(APB1)的，高速APB可以达到的最高的频率为72MHz，而低速APB可以达到的最高的频率为36MHz。时钟电路连接单片机的5,6引脚。 图3- 2 ST

37、M32F内部时钟电路（3）复位电路设备的上电复位(POR)和掉电复位(PDR)电路是很完整的。这条电路对于整个设备来说作用都是很大的，用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。设备也可以保持在复位模式，特别是当设备的VDD在低于一个指定的复位电路电压时，我们不需要外接复位电路。为了检测VDD，设备具有一个嵌入式电压探测器，这个电压探测器可以运行一部分指令，将设备内的VDD和在电压探测器内设定的VPVD进行一次大小判断，当VDD和设定值有差异时，便可以执行中断指令。设备会通过中断指令得到一个报警信号，同时MCU会复位，上电复位和掉电复位电路是持续有效的，可以保障在系统启动和掉电压时

38、能够正常工作。图3-3 按键复位（4）低功耗模式STM32F103xx单片机具有3种不同的低功耗运行模式，通过3种不同的低功耗运行模式可以达到最大能效比。比如唤醒速度优先的休眠模式，在休眠模式下，停止处理器计算，但存储器并不断电，可以随时唤醒CPU继续进行休眠前的工作;如果当前需要功耗和性能达到一定程度上的平衡时，我们可以采用停止模式，在停止模式下，存储器和寄存器内的信息不会释放，一定程度上保留数据。但是cpu停止运行，内部振荡电路停止运行，采用停止模式时，只能通过外部信号来唤醒。当我们需要对能耗要求最低时，我们可以采用第三种低功耗模式，也就是待机模式，在待机模式下，除了一小部分备用存储器，其

39、余外部设备均关闭，寄存器内的信号也将释放，这时，整个微处理器的功耗最低，当设备从休眠模式唤醒时，我们只能通过外部引脚输入信号来唤醒，在第二种低功耗模式和第三种低功耗模式中，系统内部时钟并不会停止。 表3-1 低功耗模式3.2人体感应模块图3-6人体感应模块热释电红外传感器，这种传感器可以通过检测人或动物发射的红外线来让电信号输出的，这个传感器为了抑制温度变化而产生的一些影响，它运用了双灵敏元互补的方法来解决这个问题。1、上面描述的这些特性指标其实它们的测定都是有条件的，它们规定了这些源极电阻R2的值，这个电阻的阻值是47K，但是为了用户的方便，当使用传感器的时候，用户也可以根据自己的需要来调整

40、电阻值的。2、如果我们想要得到最好的光学设计，那么灵敏元的位置和视场的大小程度我们是必须要注意到的。3、我们要用峰一峰值定标来测量那些电压信号，而其中的两个灵敏元的电压的输出信号的峰一峰值也可以分别用平衡度B中的EA和EB两个来表示的。4、我们一定要认真仔细的看说明书，不能不看，然后在使用传感器，这样的话我们就不会接错管脚了。热释电传感器的基本知识热释电效应和压电效应的情况是很相同的，这种现象它是指受了温度变化影响的情况下，晶体表面也会发生变化的。这种热释电传感器非常容易受到温度变化的影响，它对温度变化的影响是非常敏感的。它既可以由压电晶体元件组成，也可以由陶瓷氧化物组成，当电极在在元件两个表

41、面做成的时候。传感器中的场效应管之所以要进行阻抗变换的目的也是因为它的输出阻抗非常高。但是如果空气中的离子与热释电效应的电荷Q结合的话，那么这些电荷就会消失。按照这样说的话，如果环境温度保持不变的话，那么传感器是不会有任何输出的。但是如果检测区有人体进入的话，因为环境温度和人体温度是不同的，是有差别的，这个时候就会产生温度差，也会有温度差会输出；但是如果检测区检测不到人体有任何动作的话，那么温度也不会有任何变化的，那么这个时候传感器的输出也是不会有的。我们人体发射的的红外线，它可以通过菲泥尔滤光片增强后，然后都会聚集到红外感应源上。热释电元件通常都是这些红外感应源的主要元件，这些元件会接收到红

42、外辐射，那么当这些红外辐射的温度发生一些变化时，一些电荷就会失去平衡的，失去平衡的这些电荷就会向外释放这些电荷，这个时候如果后续电路检测到这些电荷的话，那么报警信号就会响起。红外模块使用的时候需要注意的事情：1、人体感应器模块，它是一种敏感度很高的器件，而且它对电源的要求是非常高的，要想对应使用相应的电源，那么很好的稳压滤波是一定要具备的。这种模块在接负载和不接负载的时候会有两种情况发生，当它不接负载的时候是可以正常工作的，但是如果它接上接上负载的话，那么就不能很好的工作。出现这样的现象有两种原因的，一个原因是负载是比较耗电的，但是电容容量又很小，那么当负载工作的时候，电压就会产生波动的，那么

43、这样的话这个模块就会出现错误的，另一种原因就是如果负载带电工作的话，这个时候会有一定的干扰产生的。当人体感应器模块工作的时候，提供环境一定不能被阳光或者强光直接照射，如果有强大的射频干扰出现在模块的工作环境中，这个时候我们要采取一些屏蔽措施来解决这个问题的。当然我们也可以通过关闭门窗以及阻止对流这些措施来解决遇到强烈气流干扰的这些问题的。而那些发热电器和物体，还有那些容易被风吹动的杂物一定尽量不要对着感应区。密封的盒子里可以装配人体感应器模块，如果不是密封的情况下，那么就会一直有信号输出。而镜片必须要和探头有一定的聚焦距离，我们可以对这些进行调整的，调整的范围是2030mm。5、当探测区域一旦

44、检测到有人体进入时，那么就会把人体红外辐射聚焦起来，而且这些辐射也会被热释电元接收到的，但是通常情况下这两片热释电元，它们所接收到的热量是很不同的，而且这种情况下还是不能互相抵消的，所以可以通过经信号处理，然后报警的。6、菲泥尔滤光片因为有不同的焦距，所以它们的各种功能和特性也是不同的，那么它们产生的监控视场也是不同的，这样产生的视场越多，那么就会产生越严密的控制。分别介绍被动式热释电红外探头的优点和缺点：它的优点是它的隐蔽性非常好，因为这样，所以它自己是不会发生各种不同类型的辐射的，而且它很实用，成本不太高，它的功耗也是比较小的。缺点是：1、如果不同的热源或者光源影到它，那么就会对它造成一定

45、的影响的。2、因为人体的红外辐射是很容易被一些东西挡住的，而且被动红外的穿透力也是相对比较差的，所以探头不是很容易接收到它们的。3、射频这种辐射是很容易影响到它的。4、如果环境和人体的温度差别不是很大的话，它的探测以及灵敏度会很明显的下降的，而且短时失灵这种情况也是会出现的。安装的要求：1、红外线热释电传感器距离离地面的距离应为22.2米。2、红外线热释电传感器由于受温度变化比较明显，那么像冰箱火炉这些物体就应该远离它。3、红外线热释电传感器和被探测的人体，这两种互相距离应该很近，不应该间隔像家具和窗帘这些物体。4、为了不影响测量结果，阳光直射的地方是不能对着红外线热释电传感器的，否则的话会因

46、为一些热气流而对结果造成一定的影响的。为了避免这些影响，所以这个时候最好可以把窗帘拉上。5、如果要在天花板和墙上安装探测器的话，一定要考虑坚固等这种安全问题，而且不能让探测器有一点点的摇动。如果为了完成阻抗变换，那么就需要在热释电红外传感器引入场效应管。当然它们会输出电荷信号，我们在使用的时候是不可以直接使用的，那么这个时候我们也可以把它们由电阻的形式转化为电压的形式。所以为了完成阻抗变换，我们需要引入N沟道结型场效应管，这个时候场效应管也应该用共漏的形式来接。干涉滤光片和传感探测元以及场效应管匹配器这三部分，它们组成了热释电红外传感器。由于一些特殊的需要，我们要把这些高热电材料在设计时要设计

47、得有一定的厚度，并且让它们成为薄片。这个模块是与单片机的PA2口相接的。3.3光敏电阻检测模块图3-7光敏电阻模块光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器，当用特定波长的光照射这种电阻的时候，这种电阻的阻值会很快的减小。它的工作原理是光照产生的载流子参与导电，当有外加电场对它们进行作用的时候，那么这些载流子就会进行漂移运动的，这个时候在电源的正极会有很多的电子聚集，在电源的负极会有很多空穴聚集，就是因为这些原因，所以 HYPERLINK /item/%E5%85%89%E6%95%8F%E7%94%B5%E9%98%BB%E5%99%A8 t /_blank 光敏电阻器的阻值会很

48、快的下降。而且光敏电阻模块对环境光强是最敏感的，就是因为它的这个特点，所以人们常常用这些电阻来检测周围环境的亮度和光强。当然如果模块在无光条件或者光强达不到的情况下，这个时候我们设定阈值时，DO口输出高电平，但是当外界环境光强超过设定阈值时，这个时候的情况恰恰相反，是会输出模块低电平的。这个模块是与单片机的PA0口相接的。3.4 LCD1602显示模块图3-8LCD1602显示模块 这个系统它选用的液晶屏是LCD1602液晶屏，这种液晶也可以叫做1602字符型液晶，它是一种点阵型液晶模块，能够用来显示数字符号字母等这些，而且它的组成其实不是很复杂，包括它多个个5X7或者5X11等点阵字符位。我

49、们可以用一个点阵字符位来显示每一个字符，而且不仅它们的每行之间存在间隔的，它的每位之间也是有一定点距间隔的，就是因为这样，那么这样的形式就会有它们的作用，这就是字符间距和行间距的作用。但是也因为这样，它也不能更好的显示出一些图形来。 表3-2 1602液晶16脚接口功能 LCD1602液晶屏它的工作电压是3.3V或者5V,我们是可以对它们的对比度进行调节的，它的内部含有复位电路，功能是很强大的，而且它也能够提供各种控制命令，就像清屏和字符闪烁以及显示移位这些命令都是可以提供的。它的特征是它经常会用在袖珍式仪表以及一些功耗小的系统中，而且它的功耗小，显示的内容很丰富，体积也不是很大，优点还是很多

50、的。1602液晶模块是很强大的，它可以将160个多种的点阵字符图形存储在内部的字符发生存储器（CGROM)。我们可以看到阿拉伯数字，常用的符号以及英文字母的大小写都会出现在这些字符中，不过这些字符都是会有各自与之对应的固定的代码的，就像假如英文字母“A”，01000001B（41H）是与之对应的代码，当点阵字符图形被模块显示出来，字母“A”就可以出现在我们面前。因为ASCII码是可以被1602识别的，所以我们在试验的过程中是可以用ASCII码来直接赋值的，当然在单片机编程中遇到需要赋值的情况下既可以用字符型常量，也可以用字符型变量，如A。这个模块是分别与单片机的PB5、PB6、PB7、PB8、

51、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14、PB15口相接的。3.5 蜂鸣器电路图3-9蜂鸣器电路像蜂鸣器这种电子讯响器，它的结构是一体化的，我们主要使用直流电压对它们进行供电的。在日常生活中，我们是经常可以看见蜂鸣器的运用的我们会经常在电话机和定时器以及计算机当然还有报警器这些电子产品中见到蜂鸣器的使用的。蜂鸣器驱动电路是比较复杂的，它是由三极管、蜂鸣器、限流电阻这三个部分来构成了主要结构的。如果我们想要蜂鸣器发出声音的话，那么我们就可以在蜂鸣器两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器），这样的话，蜂鸣器就可以发出声音了。蜂鸣器的主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压

52、、工作频率、工作电流、驱动方式（直流/方波）等。蜂鸣器中的三极管的功能是很强大的，它的Q1是可以当做开关使用的，当三极管的基极是低电平的时候，这个时候三极管是可以饱和导通，而且这个时候蜂鸣器是可以发出声音的；相反，当基极是高电平的时候，三极管就会关闭的，这个时候蜂鸣就不会在发出声音了。还要注意到一个特殊的电阻，那就是限流电阻，它的作用是很强大的，它可以保护电路的，它可以在电路中的电流突然增大时，控制流入电路中的电流，使其达到一个平稳的状态，不会因为电流的突然增大而使电路元件受到损坏。蜂鸣器发出声音从而达到提醒和预警的作用，是声音预警功能中重要的元件。这个模块是与单片机的PA4口相接的。三极管，

53、它是一种半导体器件，能够控制电流。它可以把微弱的信号放大，放大成的电信号幅度值是很大的， 它也能够做无触点开关。而晶体三极管的作用就是放大电流，它也属于半导体基本元器件，而电子电路的核心元件就是晶体三极管。它的接法可以用共发射极接法的，基极电流会随着基极电压变化的，如果基极电压有微小的变化时，那么基极电流IB也会随着变化的，而且集电极电流IC是会被基极电流IB控制的，这个时候集电极电流IC也会发生变化的，集电极电流IC会随着基极电流IB的变大而变大也越大。通常情况下，基极电流的变化是比较小的，三极管的放大倍数是可以用IC的变化量与IB变化量的比值来表示的。如果要放大电流驱动蜂鸣器和马达，我们必

54、须选择合适的三极管，它也具有合适的放大倍数，当然三级管放大的优点是很多的，它很容易实现，也很容易控制，而且成本是比较低的。3.6 LED灯电路图3-10LED灯电路LED灯在当今社会的研发已经越来越成熟。LED灯被广泛的运用在各个照明领域。相对于普通白炽灯而言，它有很多优点的，它可以让我们使用很长时间的，而且它也不会伤害到我们的眼睛，它的功率消耗的也是很低的，所以对环境的保护也起到了一定的作用的，并且因为它的电流是很小的，它发出了的热度也是很少的，就因为这些原因，使用它是很安全的。所以本次设计就是利用了LED的这些特性，进行夜间照明。这个模块是与单片机的PA5口相接的。软件设计4.1 Keil

55、 C51Keil C51 这个软件提供的数据库也是很丰富的。在你写完代码时，你会发现编译后的代码距离比较近，很密集，我们是很容易理解的。而且你也可以感受到用keil C51这个软件生成飞目标代码的效率是非常高的。而且你也会慢慢发现这个高级语言的优势在开发大型软件的时候会很好的体现出来的。现在目前使用的Keil的版本是V7版本，这个编译器是很优秀的，它的功能也很强大的。 如果想要安装Keil C51的话，那么对系统的要求是相对比较低的，我们可以用一般的windows系统就好的。其实只有根据软件安装过程的顺序与提示一步一步的安装，过程也是很快很简单方便的。 在Vision2编译环境下，我们是可以用

56、Keil C51软件来编写我们的程序的。而且这种软件开发平台的功能非常强大的，它具有项目管理和源代码编辑等这些主要功能，大部分的开发者还是很喜欢用这种软件的。下面是界面图 ：图4-1KEIL运行界面4.2 程序设计框图软件在系统的设计中扮演着的必不可少的重要角色。硬件设计过程中我们将系统的硬件划分为几个模块，软件就是辅助这些模块实现各自的功能。我们将软件设计划分为多个模块。首先设计一个主程序，再分别编写设计各个模块的子程序。子程序的设计涵盖有光敏电阻感应模块及人感模块中需要设置的程序的设计、报警电路的程序的设计等。4.2.1主程序设计主程序设计如图4-2所示。开始后将硬件系统初始化，排除掉在还

57、未通电时硬件中残留有其它的随机信号的干扰。初始化之后，通过拨动开关电路设定是否有人在家。如果设定有人在家时，通过红外检测电路检测门外，当有客人按下门铃的时候，这个时候门铃会响起来，也就是蜂鸣器会发出声音，这样的话主人就可以知道有客人来了。如果设定无人在家，检测门外，判断是否检测到被动红外线（有人停留）两分钟以上，检测到蜂鸣器发出警报。检测是否在夜间，在夜间时有人，开灯；无人时，关灯。图4-2主程序设计框图4.2.2子程序设计门外检测的设定，主要检测红外线和光线。初始化后，热释电红外线传感器感应人体，光敏电阻判断光线。人体感应模块是利用红外传感器来对人体进行感应的。当热释电的红外感应探头感应到附

58、近有人时，自动进行计时，判断来人是否停留超过两分钟，超过两分钟后，系统进入声音报警的环节。图4-3为人体感应模块子程序框图。图4-3 人体感应模块子程序框图检测门外是否有光线，主要是判断夜间和白天，以便完成夜间照明的功能。如果没有光线或者光线较暗（在夜间），则运行LED灯进行照明。图4-4为光敏电阻电路子程序框图。图4-4光敏电阻电路子程序框图5 焊接焊接与系统调试5.1 电路焊接该系统为实验系统，没有将电路板实际装在到插座中，所以PCB图相对较大。该控制系统是使用在220V市电中，当家庭用电电流较大时可能会使受到干扰而不能正常工作，所以PCB板采用双面铺铜并且与插座有良好的接地，以确保智能插

59、座不会在家用电器正常使用时突然断电。我们所使用的智能插座控制系统PCB图，这是我们使用Altium Designer这个软件设计来完成的。 大家都知道传统的焊接方法是手工焊接，在如今发达的时代，虽然大量的电子产品的设计与生产几乎很少会用到这种传统的方法了，但是假如我们需要对电子产品进行维修和调试的过程中，我们仍然不能避免的会用到手工焊接这种传统的焊接方法。如果焊接的好，那么维修的效果也好，如果焊接的不好，那么维修的效果也不好。其实对于我们来说，手工焊接的技巧性很强，它可以提高我们的实践性能力，所以当我们在了解了这种方法的时候，我们一定要勤加练习，多多实践，这样我们的焊接能力才会提高，而且焊接质

60、量也会变好。我们要掌握正确的手工焊接握电烙铁的方法,有三种方法，分别是正握、反握及握笔式。如果我们要焊接元器件或者是维修电路板的时候，这个时候用握笔式是最好的，因为这样很方便的。手工焊接通常分为四个步骤进行：准备焊接:首先我们要把被焊元件处的积尘和油污打扫干净,然后将被焊元器件旁边的一些元器件尽量轻轻的往周围挪一挪，我们把电烙铁头触碰到触到被焊元器件的那些焊锡处,这样可以防止烙铁头在焊接过程中，把其他的元器件烫坏或者烧坏。注意如果要焊接新的元器件时,我们需要在元器件的引线上镀上锡，这样可以很方便的。加热焊接:首先在电烙铁头涂上适量的焊锡和松香，然后将电烙铁头去轻轻接触被焊元器件，时间大约就是几