1、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告智能家居防盜系統(tǒng) 姓 名： 石 穎 孫日晟 唐春龍班 級(jí)： 09電信1 學(xué) 號(hào)： 2/23/24 指導(dǎo)老師： 姜 晟 鄧小玲 日期： 2012.05.252012.06.08 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院目錄1 摘要32方案比較與選擇42.1 方案一：采用數(shù)字電路控制42.2 方案二：采用以單片機(jī)為核心的控制方案43主要系統(tǒng)元器件介紹53.1 主控芯片AT89C5253.1.1 AT89C52性能簡介53.1.2 AT89C52引腳簡介說明63.2 LCD1602顯示器63.2.1 接口信號(hào)說明63.2.2 主要技術(shù)參數(shù)73.3 AT24C02串行EEPROM74

2、 系統(tǒng)電路硬件介紹84.1 電路介紹84.1.1電源輸入部分84.1.2復(fù)位部分84.1.3鍵盤輸入部分94.1.4顯示部分94.1.5LED發(fā)光二極管部分94.1.6蜂鳴報(bào)警部分94.1.7EEPROM密碼存儲(chǔ)部分94.1.8程序下載電路104.2 電路流程圖105 電路仿真分析125.1初始化后的界面情況125.2密碼錯(cuò)誤情況125.3密碼正確情況125.4密碼修改情況136 電路板制作、焊接、調(diào)試146.1電路板制作146.2電路板焊接146.3電路板調(diào)試147 課程設(shè)計(jì)心得161、摘 要21世紀(jì)是一個(gè)信息化的社會(huì)，它與人們的生活的關(guān)系也日益緊密。信息化的社會(huì)不僅改變了人們的生活方式，也

3、對(duì)傳統(tǒng)住宅提出了挑戰(zhàn)。人們對(duì)家居的要求早已不只是物理空間，更為追求的是一個(gè)安全，方便，舒適的居家環(huán)境。本設(shè)計(jì)為密碼鎖智能家居防盜系統(tǒng)，采用Atmel的8位單片機(jī)AT89S52為主控芯片，報(bào)警源是惡意輸入錯(cuò)誤密碼三次。硬件部分包括單片機(jī)主控制系統(tǒng)、密碼門禁模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊、程序下載模塊。主控制系統(tǒng)中采用Atmel的8位單片機(jī)AT89S52，該單片機(jī)性能優(yōu)良，能滿足一般的普通應(yīng)用；密碼門禁及報(bào)警系統(tǒng)部分采用了44矩陣鍵盤輸入以及采用EEPROM芯片AT24C02作為掉電后可以存儲(chǔ)密碼，從而保證了系統(tǒng)的安全性與實(shí)用性；程序下載模塊則是利用串口線下載。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，操作

4、簡單，界面清晰，而且報(bào)警精度好，安全指數(shù)高，符合智能家居安防的設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī) 密碼門禁2、方案的比較與選擇 2.1 方案1：數(shù)字電路控制家具安全系統(tǒng)用以雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼控制系統(tǒng)的核心控制，共設(shè)了9個(gè)數(shù)字輸入鍵，還有確認(rèn)鍵和取消鍵等。如果用戶輸入密碼錯(cuò)誤，則電路將報(bào)警；若電路連續(xù)報(bào)警三次，即密碼輸入錯(cuò)誤3次，電路將鎖定鍵盤并長時(shí)間報(bào)警。這樣可以防止他人潛入進(jìn)入家居住宅。單片機(jī)AT89S52密碼輸入蜂鳴報(bào)警（包括指示燈）復(fù)位電路顯示電路程序下載模塊2.2 方案2：AT89S52為核心控制家居安全系統(tǒng)單片機(jī)編程設(shè)計(jì)靈活，借助豐富的IO端口和控制的準(zhǔn)確性，

5、除了能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加密碼修改存儲(chǔ)、蜂鳴、閃爍提示等各種各樣的附加功能。單片機(jī)外接輸入密碼鍵盤，還有1602液晶用于顯示作用。用戶需要開門時(shí)，先按鍵盤開鎖鍵之后按鍵盤的數(shù)字鍵09輸入密碼。密碼輸完后按下確認(rèn)鍵。如果密碼輸入正確則開鎖，不正確則報(bào)警提示并重新輸入密碼。三次錯(cuò)誤時(shí)自動(dòng)蜂鳴報(bào)警。除此之外，還可進(jìn)行修改密碼操作。為了確認(rèn)安全方案甲設(shè)計(jì)簡單且操作容易，但沒有可發(fā)展空間，而且后期修改幾乎是不可能的；方案乙有極大的擴(kuò)展余裕，設(shè)計(jì)靈活，可以自由嵌入各模塊，同時(shí)可以通過修改程序來改變功能。綜上，選擇方案乙。3、主要系統(tǒng)元器件介紹3.1主控芯片AT89S52AT89S52是一個(gè)低功耗

6、，高性能CMOS 8位單片機(jī)，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。3.1.1 AT89S52性能簡介圖3-1 AT89S52芯片引腳圖（DIP封裝）AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷

7、結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其主要功能特性：兼容MCS-51指令系統(tǒng) 1000次擦寫周期32個(gè)可編程I/O口 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率0-33MHz六個(gè)中斷源 看門狗定時(shí)器低功耗空閑和掉電模式 掉電標(biāo)識(shí)符 全雙工UART串行通道 3級(jí)加密程序存儲(chǔ)器雙數(shù)據(jù)指針 掉電后中斷可喚醒

8、3.1.2 AT89S52引腳簡介說明VCC：電源電壓GND：地P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。P1 口、P2 口和P3 口：都是具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，它們的輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在

9、此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 LCD1602顯示器1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RS，R/W，EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V。3.2.1 接口信號(hào)說明表3-1、1602型LCD的接口信號(hào)說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data

10、I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3V0液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極3.2.2 主要技術(shù)參數(shù)表3-2為 1602型LCD的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量芯片工作電壓工作電流模塊最佳工作電壓字符尺寸16X2個(gè)字符4.55.5V2.0mA（5.0V）5.0V2.95X4.35(WXH)mm讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=L，E=H 輸出：D0-D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)

11、：輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：無寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0-D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0-D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無3.3 AT24C02串行EEPROMEEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器-一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)芯片。 EEPROM 可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。一般用在即插即用。它是可用戶更改的只讀存儲(chǔ)器（ROM），其可通過高于普通電壓的作用來擦除和重編程（重寫）。不像EPR

12、OM芯片，EEPROM不需從計(jì)算機(jī)中取出即可修改。AT24CXX是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，典型的型號(hào)有AT24C01A/02/04/08/16等5種，它們的存儲(chǔ)容量分別是1024/2048/4096/8192/16384位；也就是128/256/512/1024/2048字節(jié)；使用電壓級(jí)別有5V，2.7V,2.5V,1.8V。AT24C02是一個(gè)CMOS標(biāo)準(zhǔn)的EEPROM存儲(chǔ)器，是AT24CXX系列（AT24C01/02/04/08/16）成員之一，這些EEPROM存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是功耗小、成本低、電源范圍寬，靜態(tài)電源電流約30uA110uA，具有標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，

13、是應(yīng)用廣泛的小容量存儲(chǔ)器之一。圖3-2 AT24C02芯片引腳邏輯上圖是AT24C02的引腳圖，這個(gè)芯片是一個(gè)8腳芯片，內(nèi)部存儲(chǔ)器有256字節(jié)。引腳功能介紹如下：A0（引腳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（引腳2）：器件地址的A1位。A2（引腳3）：器件地址的A2位。GND（引腳4）：地線。SDA（引腳5）：數(shù)據(jù)總線引腳。SCL（引腳6）：時(shí)鐘總線引腳。TEST（引腳7）：測(cè)試引腳，Vcc（引腳8）：電源線引腳。4、電路硬件介紹4.1 電路介紹本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、矩陣鍵盤、液晶顯示器和密碼存儲(chǔ)等部分組成。其中矩陣鍵

14、盤用于輸入數(shù)字密碼和修改密碼等功能的實(shí)現(xiàn)。由用戶通過連接單片機(jī)的矩陣鍵盤輸入密碼，后經(jīng)過單片機(jī)對(duì)用戶輸入的密碼與自己保存的密碼進(jìn)行對(duì)比，從而判斷密碼是否正確，若錯(cuò)誤就報(bào)警。超過3次就長報(bào)警。單片機(jī)AT89S52密碼輸入蜂鳴報(bào)警（包括指示燈）復(fù)位電路顯示電路程序下載模塊4.1.1電源輸入部分 密碼鎖主要控制部分電源需要用5V直流電源供電，其電路如圖4-3所示。里面與一個(gè)常閉常開的電路開關(guān)連接。4.1.2 復(fù)位部分 單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)復(fù)位，可以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片

15、機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。4.1.3鍵盤輸入部分 本設(shè)計(jì)采用的是矩陣式按鍵鍵盤，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵盤，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，密碼鎖的密碼由鍵盤輸入完成，與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)省很多I/O口。本設(shè)計(jì)中使用的這個(gè)4*4鍵盤不但能完成密碼的輸入還能作特別功能鍵使用，比如修改密碼后退功能等。鍵盤的每個(gè)按鍵功能可以在程序設(shè)計(jì)中設(shè)置 。4.1.4

16、 顯示部分 本設(shè)計(jì)的顯示部分由液晶顯示器LCD1602取代普通的數(shù)碼管來完成，可以提高密碼鎖的密碼顯示效果能力，令用戶更加明白顯示內(nèi)容。當(dāng)需要對(duì)家居住宅進(jìn)行開鎖時(shí)，按下鍵盤上的數(shù)字鍵09輸入密碼，每按下一個(gè)數(shù)字鍵后在顯示器上顯示一個(gè)“*”，輸入多少位就顯示多少個(gè)“*”。當(dāng)密碼輸入完成時(shí)，按下確認(rèn)鍵，如果輸入的密碼正確的話， LCD子顯示“Right！”，家居被打開；如果密碼不正確，LCD顯示屏?xí)@示“First error!”，同理第二次錯(cuò)就是“Second error!”,第三次顯示“Third error!”，并質(zhì)疑“Are you Host？”。通過LCD顯示屏，可以清楚的判斷出密碼鎖所

17、處的狀態(tài) 。其顯示部分引腳接口如下圖所示：4.1.5發(fā)光二極管部分LED發(fā)光二極管有紅燈、黃燈和綠燈，紅燈負(fù)責(zé)報(bào)警，包括輸入錯(cuò)誤密碼和感應(yīng)到有人闖進(jìn)住宅。當(dāng)密碼正確時(shí)，綠燈才會(huì)閃亮，隨后黃燈亮表示門鎖開啟，10S之后，黃燈關(guān)閉。電路如下：4.1.6蜂鳴報(bào)警部分此電路可以發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警，引起家居住宅主人的注意。如下圖所示：4.1.7EEPROM密碼存儲(chǔ)部分當(dāng)密碼修改之后，可以存儲(chǔ)到此芯片，掉電后不會(huì)丟失。4.1.8 程序下載電路通過下載電路，可以把需要應(yīng)用的程序載入到單片機(jī)芯片AT89S52之中進(jìn)行調(diào)試。4.2電路流程圖開始初始化外部存儲(chǔ)密碼載入鍵盤掃描鍵功能程序結(jié)束關(guān)閉程序系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序

18、、初始化程序、LCD顯示程序、鍵盤掃描程序、鍵功能程序、密碼設(shè)置程序和延時(shí)程序等組成。如圖所示為主程序流程圖，開始接上電源，程序進(jìn)行初始化設(shè)置，然后在鍵盤上輸入密碼，此系統(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描，然后啟動(dòng)程序，進(jìn)行保護(hù)，再次在鍵盤上輸入密碼，系統(tǒng)進(jìn)行掃描，如和之前一樣，則執(zhí)行程序，如不是，則執(zhí)行另一種程序，最后結(jié)束。5、電路仿真分析5.1 初始化后的界面情況5.2 密碼正確情況歡迎語5.3 密碼錯(cuò)誤情況第一次輸入錯(cuò)誤第二次輸入錯(cuò)誤第三次輸入錯(cuò)誤5.4 密碼修改情況6.電路板的制作、焊接、調(diào)試6.1電路板制作在制作電路板之前，先畫好PCB電路圖。注意點(diǎn)有三個(gè)：1、元件的封裝。注意焊盤的大小和焊盤之間的距離

19、。2、注意線寬大小，本設(shè)計(jì)把線寬調(diào)至0.8mm。3、布局和布線。注意盡量少飛線和單層PCB板布線。電路板制作有以下5步：(1)打印電路圖：先設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，后在油性紙面上進(jìn)行PCB電路圖的打印，將圖紙打印好之后后，注意不要刮落到碳粉。(2)過塑：把打印的PCB圖緊緊貼到電路板上，并且用膠紙來黏好。之后把電路板放到過塑機(jī)上進(jìn)行過塑，約2040次。若印得不太理想，但是基本脈絡(luò)都在，則可以使用油性筆進(jìn)行線路修補(bǔ)。(3)腐蝕：把過塑好的電路板放到鹽酸與雙氧水的混合物上面進(jìn)行腐蝕。腐蝕過后，電路板要用清水清洗。(4)用洗板水把碳粉清理干凈，此時(shí)可以看到清晰的銅線線路。(5)對(duì)焊盤中間進(jìn)行鉆孔，鉆孔之后就是最終完成的電路板。6.2電路板焊接電路板制作好后，便可以進(jìn)行焊接了。