基于单片机的学生宿舍防盗报警系统设计.doc

摘 要本设计是以AT89C51为控制中心，实现对宿舍人员进出情况及人数的统计、贵重物品的检测及报警功能。本系统设计并制作了一个主机，多个从机。从机由信号采集单元、信号传输单元、控制单元等组成，完成对宿舍盗情等信息的采集、处理和发送功能。其中盗情检测由热释电红外传感器、光电开关和电磁信号感应技术（电磁型霍尔开关）完成。当防盗探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制报警电路，实现自动报警。主机通过无线传输器件nRF905接受从机信息，实现异地实时监控功能；该系统成本较低，应用于学生宿舍，能较好地完成宿舍内的安防，在异常情况时立即报警。经过测试，本系统完成了题目的各项要求。该系统不仅具有传统防盗控制方法的优点，还具有易于维护和实现非接触、高可靠监测的特点，并且硬件开销成本低，适宜宿舍、普通家庭、寝室、办公场所等。 关键词:AT89C51单片机, nRF905，热释电红外传感器，报警电路目 录第一章 绪论1第二章 任务要求与系统方案的论证22.1 设计任务及要求22.2 总体方案论证22.3 主控单元的选取方案32.4 无线信号传输模块的选取方案32.5 宿舍人员检测模块的选取方案32.6 人员出入检测模块的选取方案52.7 显示模块的选取方案52.8 时间模块的选取方案62.9 键盘的选取方案6第三章 系统硬件设计83.1 主控单元83.1.1 AT89C51单片机的简单概述83.1.2 AT89C51单片机的基本组成功能方块图83.1.3 AT89C51管脚的说明83.1.4最小工作系统原理103.2 电源模块113.3键盘解警电路设计113.4 无线信号传输模块123.4.1 nRF905概述123.4.2 nRF905的特点133.4.3 nRF905的外部管脚接线图143.4.4 无线信号传输模块电路设计143.5宿舍人员检测143.5.1 热释电红外传感器工作原理143.5.2热释电红外传感器内部电路原理153.5.3 热释电红外传感器电路设计163.6 人员出入检测173.6.1 光电开关工作原理173.6.2 人员出入检测电路设计173.7 贵重物品的检测183.8时钟芯片电路183.9 液晶显示电路设计203.9.1 LCD 12864接口时序203.9.2 LCD12864引脚说明213.9.3 液晶显示电路设计223.10 KeilC 51的介绍23第四章系统软件设计244.1 主机程序流程244.2 从机程序流程244.3 时钟读取显示流程设计254.4 按键模块设计264.5 密码模块设计27总结29致谢30参考文献31附 录32附录一 主机系统接口连接示意图32附录二 从机系统接口连接示意图33附录三 Proteus仿真原理图34附录四 设计编程程序35III湖南工业职业技术学院学生毕业设计第一章 绪论 防盗控制可广泛应用于工厂、家庭、汽车等场合。实现无接触、智能化报警是防盗控制系统目前的发展方向。随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。近年来,各高校宿舍,如何有效地对宿舍进行防盗已经成为一个亟待解决的问题。本文介绍了宿舍智能防盗防火报警系统，采用AT89C51为核心单片机控制，集智能化防盗功能宿舍报警系统，可实现自动检测与无线传输报警。防盗检测是指由热释电红外探测与光电开关及电磁信号感应技术（电磁型霍尔开关）构成的探测器实现智能检测。多传感器的应用实现了低误报率，增强了系统可靠性。当防盗探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，从机与主机直接通信，实现人机交互，表现智能化。主机可以与各从机无线通信，能显示当前各监控端的平安信息。并能发送一些安防提醒信息。智能宿舍防盗报警系统主要应用了单片机技术和现代化电子通信技术，具有多项功能。并且防盗报警系统具有性能稳定、能全天候工作、耗电省，安装使用方便等特点。防盗系统监测模块前端传感器有红外线探头，采用热释电技术的红外探头，具有超低误报率、防电磁干扰、功耗小等特点，应用较广；防盗系统的报警模块为声、光报警，形式多样、反应迅速。当系统监测模块检查到入侵信号报警模块能将被盗状态以声音和指示灯方式传输到十几米甚至几十米的范围。防盗系统的通知模块能在有盗情时通知管理中心，达到及时报警的目的，使人们能对现场进行高灵敏度监听。第二章 任务要求与系统方案的论证2.1 设计任务及要求 （1）实现人体检测与声光报警功能。（3）用键盘输入密码完成报警系统的解警等工作状况。（4）实现异地监控。（5）能反映宿舍内人员的进出情况及人数的记录。（6）宿舍无人时提示锁门。 (7) 能记录最近几天的宿舍安防情况。 (8) 实现网络控制，可在监控平台监控多个宿舍。（9）能检测本宿舍贵重物品的进出情况。2.2 总体方案论证 根据题目要求的需要，本系统设计规划成三个主要模块：一个主机模块，两个从机模块(以两个从机模拟多个从机)。主机模块主要由无线接收模块、液晶显示模块、声光报警模块、键盘解警模块和电源模块等构成；从机模块主要由无线发射模块，各种检测模块和电源模块等构成。硬件部分就应该包括以下几部，如图2.1所示。图2.1系统总体结构图2.3 主控单元的选取方案 在该系统的两个组成部分中，都存在着MCU的选取问题，MCU的性能及其成本决定着整个系统的性能和成本。在异地监控站部分，MCU主要是对红外报警器进时监控、记录宿舍内的安防情况以及当警报发生时通过输入特定密码以达到解警行实的目的，因此可以有二种主控单元的选择方案。 方案一：选用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA作为新一代的可编程器件使得其应用较为灵活，功能从简单到复杂都可以实现，但是在该系统中，若使用FPGA则会提高系统的成本，同时由于增加的FPGA,也会给电路的维修工作带来不可必要的麻烦。 方案二：选用AT89C51单片机。AT89C51单片机具有体积小、驱动能力强、可靠性高、低功耗、处理中断能力强等特点，5V低电压供电，功耗较低；16位微处理器芯片能保证任务快速准确的执行；AT89C51具有丰富的功能模块资源：RAM、ROM空间大，AT89C51单片机自身支持/转换，功能强大，该芯片内置了在线仿真、编程接口，可方便地实现在线调试，同时简化了外围电路，极大地提高了开发效率。 综上，将AT89C51单片机作为主控单元的最终选取方案。2.4 无线信号传输模块的选取方案 在该系统中无线信号传输模块主要完成对报警信号的采集以及完成报警信号的无线发送，因此有以下两种方案可供选择:方案一：采用挪威Nordic公司生产的nRF905无线发射与接收模块。nRF905工作在433/868/915MHz 3个ISM频道，传输距离1000米左右，对于该系统来说，正合适对整个宿舍楼进行检测。虽然其成本高，但其器件得到充分利用。方案二：采用PT2262/PT2272无线发射与接收模块。PT2262/PT2272工作于315MHz，传输距离比nRF905要近，但该系统是对整个宿舍楼进行远距离监控，其传输距离不足。因此选用nRF905作为该系统的无线发射与接收模块。2.5 宿舍人员检测模块的选取方案热释电红外传感器（人体红外感应模块）是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。它目前正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构；开启监视器或自动门铃上的应用；结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动.红外发射接收有两种方式，可以采用主动和被动方式。主动方式需要红外接收源和相应的接收、检测设备，红外线的发、收光路，或对准，或依靠反射方式进行。为了加大监控距离，要求发射功率较大，接收灵敏度较高。主动方式最大的缺点是把运动着的生物体和运动着的非生物体区分开来，只要将红外线束或红外光路遮挡，就会触发误报。如果有物体坠落遮挡，都会导致误报。 被动式红外传感技术是利用红外敏感元件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，对被监控的对象实施监控。它能可靠地将运动着的生物体（人）和飘落的物体加以区别。同时，它还具有监控范围大、隐蔽性好、抗干扰能力强和误报率低等特点。综合考虑后本设计采用被动式红外传感器作防盗传感器。红外线波长范围大致在0.761000m之间。物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足m*T=2989（um*k） 其中m为最大波长，T为绝对温度。人体的正常体温为3637.5C，即309310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为m=2989/（309310.5）=9.679.64um中心波长为9.65um。从内部结构分，热释电红外传感器有单探元、双元件、四元件及特殊型。双探元是将两个特性一致的探测元进行串接，组成差动平衡电路，有利于抑制因探测元自身温度变化而产生的干扰。四元件与双元件类似。用于人体探测的热释电红外传感器多采用双（探测）元或四元的器件。由于灵敏度要求不是很高，加之四元件价格相比双元更贵，因而设计最终采用双元的热释电红外传感器。选择了几种器件作比较，如表2.1所示。表2.1 几种红外传感器的主要参数型 号Q74P228LN084性能说明探测元双元双元双元探头类型封装形式TO-5TO-5TO-5金属封装响应度6500V/M4500 V/M3900 V/M衡量灵敏度的重要指标等效噪声功率9.610-10110-91.110-9衡量稳定度的主要指标窗口波长715um714um714um探测器接收红外线的谱范围使用温度-55+125-40+80-40+80器件能正常使用的温度范围从上表分析可以知道Q74的综合性能较好，且几者的价格相差不大，因而选用Q74热释电红外传感器用于电路设计。2.6 人员出入检测模块的选取方案光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。对射式检测距离近，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。本系统选择对射式光电开关。2.7 显示模块的选取方案12864A-1汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵，16*8=128，16*4=64，一行只能写8个汉字，4行；）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。本系统选取其作为显示模块，适时显示宿舍的安防情况。2.8 时间模块的选取方案DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302时钟芯片的最大优点是当单片机掉电后DS1302时钟芯片能继续计数。DS1302的引脚如图2.3所示。图2.3 DS1302的引脚功能图2.9 键盘的选取方案键盘有两种，一种是编码键盘，一种是非编码键盘。编码键盘主要通过硬件电路产生被按按键的键码和一个选通脉冲，选通脉冲常作为CPU的中断请求信号，以便通知CPU以中断的方式接受按键的键码，这种键盘使用方便，但硬件电路复杂，一般不采用。而非编码键盘的每个按键的作用只是使相应接点接通或断开，每个按键的键码并非由硬件电路产生，而是由相应的扫描处理程序对它扫描形成的，因此，非编码键盘的硬件电路简单，得到广泛的应用。非编码键盘又有矩阵式和独立式两种。矩阵式键盘（也称行列式键盘）适用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交点上。一个33的行列结构可以构成一个有9个按键的键盘。同理，一个44的行列结构可以构成一个16键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口。按键设置在行列线交点上，行列线分别接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由于此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低电平，则行线电平为低电平，列线电平如果为高电平，则行线电平为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行列线为多键共用，各按键均影响该键所在行列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行列信号配合起来做适当的处理，才能确定闭合键的位置。独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。为了节省I/O口，我决定使用矩阵式键盘，使用44的。第三章 系统硬件设计3.1 主控单元3.1.1 AT89C51单片机的简单概述AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储 8单元，功能强大。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.1.2 AT89C51单片机的基本组成功能方块图图3.1 AT89C51的基本组成方块图由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。再配置一定的外围电路，即可构成一个基本的微型计算机系统3.1.3 AT89C51管脚的说明 AT89C51采用40引脚双列直插封装形式，引脚图如图3.1所示。AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。其引脚分为电源及时钟引脚、控制引脚、I/O口引脚三类：(1)电源线VCC:供电电源 GND:接数字地(2)端口线4个8位端口共32条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。PO口(P1.0P1.7)：多功能端口，作为地址总线（低8位）及数据总线的分时复用端口。Pl口(P1.0P1.7)：单功能端口，用于数据输入输出传输。P1口是专为用户使用的准双向I/O口，应先向端口输出锁存器输入高电平11。P2口(P2.0P2.7)：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。P3口(P3.0P3.7)：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。P3.0: RXD，串口输入P3.1：TXD，串口数出P3.2：INTO，外部中断O输入(3)控制线：共6条，传送控制信号。ALE:用于地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据地址信息，ALE=O，锁存数据，ALE=1，锁存地址。PROG:对片内flash存储器编程时，作为输入端。RST:复位信号输入端。RST=1，复位。EA:允许访问外程序存储器。EA=O/1:片外片内存储器有效。XTALl:反向振荡放大器的输入及内部耐钟工作电路的输入。XTAL2:反向振荡器的输出，如采用外部时钟源驱动器件，应不接。图3.2为AT89C51单片机的引脚图3.1.4最小工作系统原理图3.3 最小系统原理图此图是单片机工作的最小系统原理图，在这个电路中又可以分为复位电路和晶振电路，如图3.4和图3.5所示：图3.4复位电路 复位电路可以分为上电复位和手动按键复位两种。在系统上电的一瞬间单片机上电复位，原理是利用电容两端的电压不能突变，在一上电的瞬间电容好比短路，所以加在第九脚RST的电平是高电平，虽然时间很短，但是足以让单片机系统复位。手动按键复位的原理是，在系统正常工作的过程中可以手动触动按键使单片机复位。具体原理是，按下S1按键，因此5V电压经过一个200欧姆的电阻分压后加到系统的RST上，手动按键按下到抬起的过程足以使系统复位。图3.5晶振电路对于单片机系统而言，晶振电路就好比是人的心脏一样，是一个跳动的动力来源，18,19号引脚接的是11.0592M的晶振。3.2 电源模块220V交流电压经过变压器变成12V的交流电压，然后经过整流桥变成直流电压，经过电容的滤波后和7805直接相接，在经过滤波后变成5V电压。转化电路图如图3.6所示：图3.6 电源供电模块电路3.3键盘解警电路设计由于本系统所使用到的单片机端口资源较少，端口资源充足，因而在设计键盘电路时，我们采用常用IOA0-IOA7口来做一个4*4矩阵键盘，IOA4-IOA7口作为列线，通过上拉电阻接+5V，被箝位在高电平状态，IOA0-IOA3口为行线，如图3.7所示。对键盘的扫描过程可分为两步：第一步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪个键按下。对键盘的识别方法通常采用逐行（逐列）扫描法。图3.7 4*4矩阵键盘通常按键在按下和释放时都存在一个抖动的暂态过程。这种抖动的暂态过程大约经过5-10ms的时间，人的肉眼察觉不到，但对高速的CPU是有反应的，可能产生误处理。为了保证按键动作一次，仅进行一次处理，必须采取措施以消除抖动，在应用系统中通常采用软件方法来消除抖动。在本系统中同样采用软件的方法来实现。3.4 无线信号传输模块3.4.1 nRF905概述nRF905单片无线收发器工作在433/868/915MHz的ISM频段，由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器。组成ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。电流消耗很低，在发射功率为-10dBm时，发射电流为11mA，快速参考数据接收电流为12.5mA.进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。nRF905无线传输模块；编程简单，性能也简单稳定，工作电压为1.9V3.6V，nRF905可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905传输数据时为非实时方式，即发送端发出数据，接收端收到后先暂存于芯片存储器内；nRF905较稳定，传输距离较远，且可穿透墙体。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。3.4.2 nRF905的特点（1）载波检测当nRF905工作在接收模式时，如果有与器件被编程通道相同的载波出现，载波检测（CD）引脚置高，这一特征对于避免工作在相同频率的不同发射机的数据碰撞非常有效，任何时候当器件准备发射数据时，应先进入接收模式，判断是否希望的通道可以输出数据，这种形式是非常简单的发射前先监听的协议，运行低功耗接收模式下的载波检测（CD）是非常强劲的RF系统，典型的载波检测水平（CD）是低于灵敏度5dBm，例如灵敏度是-100dBm时低于-105dBm的载波检测CD信号为低，例如；0V高于-95dBm的载波检测CD信号为高，例如；VDD-105dBm到106dBm之间的载波检测信号将触发。（2）地址匹配当nRF905工作在接收模式，时引入的数据包的地址与器件自身地址相同时，地址匹配AM引脚置高。使用这个引脚控制被提示在数据准备就绪DR信号置高前，器件正在接收数据。如果数据准备就绪DR信号没有置高，例如CRC校验错误，地址匹配AM引脚在数据包接收结束时复位置低。这以特征对MCU来说非常有用，如果地址匹配AM引脚置高，MCU可以决定等待，观察如果数据准备就绪DR信号置高，说明一个有效的数据包已经接收，或者放弃一个可能已经接收的有效数据包并改变工作模式。（3）数据准备就绪在发送模式时，一个完整的数据包发射结束时DR信号置高，告诉MCUnRF905已经准备好新的动作，DR信号在数据包传输开始时或转换到其他模式如接收模式或Standby模式时复位置低。在自动重发模式时，DR信号在前导码的开始时置高，在前导码的结束时置低，数据准备就绪DR信号在每次数据包传输的开始时产生脉冲。在接收模式时，DR信号在接收到有效的数据包，如：有效的地址，有效的数据长度和CRC时置高，然后MCU可以通过SPI接口，读取数据当数据缓冲起中数据被读空或者器件转换到发送模式时，DR信号置低。（4）自动重发在有噪声的环境或没有碰撞控制的系统中，提高系统可靠性的一种办法是将同一数据包重复发几次，这可以使用nRF905自动重发。的特性很容易实现通过将配置寄存AUTO_RETRAN位置高，只要TRX_CE和TX_EN保持为高，电路将连续发送相同的数据包，当TRX_CE为低时，器件完成当前正在发送的数据包后转换到Standby模式。3.4.3 nRF905的外部管脚接线图图3.8 nRF905外部管脚接线图3.4.4 无线信号传输模块电路设计通过设置IOB7、IOB8、IOB9口的电平高低设置nRF905的工作模式。当从机有信号需发送时，在发送端时，数据打包发送完毕（打包也就是加入前导和校验码），CD置位；在接收端，接收端监听空中的无线载波，检测到自己频段的信号后，至CD有效，然后对数据包解包，把其中“接收端地址”和自己的地址比较，匹配后至AM有效，接收数据；不匹配则不接收数据。3.5宿舍人员检测3.5.1 热释电红外传感器工作原理热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离最大可超过7m。模块采用低功耗稳压器件7133A-1，可以保证在很宽的输入电压下稳定提供3.3V的工作电压，确保模块能正常工作。模块有三个输出脚，由红、黄、黑三色线插座引出，红线和黑线分别接DC624V电源的“+”、“”，标有“OUT”的黄线是输出脚，有人输出约3V高电平，无人输出0V低电平。上右图中左上角蓝色箭头指示有一个检测方式设置区，产品默认设置和H连接，为可重复触发方式（见上图左上角蓝色箭头指示处，如果改成和L连接，则为不可重复触发方式），即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)；如果和L连接为不可重复触发模式，这种模式下感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平。模块电平输出时间约15秒左右。3.5.2热释电红外传感器内部电路原理热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头Q74 (传感器)及一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是5V(工作范围可在3V到5V之间)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。BISS0001可重复触发工作方式下波形如图3.9所示。图3.9 BISS0001可重复触发工作方式下各点波形图3.10所示为红外探测器分立元件电路图。利用BISS0001的运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将Q74（PIR）探测到的微弱的红外信号无损耗地传过来并进行第一级高增益信号放大。然后经C3耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（0.5 VDD）后，送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3 VDD，所以，当VDD=5V时，可有效地抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。输入电压UcUr时，COP3输出为高电平，打开与门U2，此时若有触发信号Vs的上跳边沿来到，则可启动延时时间定时器，同时Vo端输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何V2的变化都不能使Vo为有效状态。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。经比较器、双向鉴幅器后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，由2脚输出高电平的控制信号，送入与非门，再进入单片机处理。BISS0001的3脚、4脚所接的R8、C7决定了输出延迟时间，通过改变R8C7时间常数可改变延迟时间周期Tx(49152R8*C7)。5脚、6脚外接的R7、C6可改变电路的触发封锁时间、通过改变其时间常数可调节封锁周期Ti(24R7*C6)。图3.10 热释电红外传感器内部电路原理3.5.3 热释电红外传感器电路设计当检测范围内无人时，传感器输出低电平，当人体进入检测范围时传感器会产生高电平，由此可以判断宿舍内是否有人。单片机通过对IOA9口高低电平的检测扫描判断宿舍是否有人。热释电传感器电路接口图如图3.11所示：图3.11热释电传感器电路接口图3.6 人员出入检测3.6.1 光电开关工作原理出光电开关控制信号。光电开关具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。光电开关由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，光电开关发出的信号能传送到很远的距离且抗干扰能力强，能够较好的检测宿舍人员的出入情况。3.6.2 人员出入检测电路设计该方案采用两组光电开关，由一个接收管和一个发射管组成。接收管与发射管分位于门的两侧，在门口设置两组有一定距离的光电开关，当无人通过时，两组光电开关均检测到低电平；当有人进入时，靠近门外的一组先检测到高电平，靠近门内的一组后检测到高电平；当有人出去时，靠近门内的一组先检测到高电平，靠近门外的一组后检测到高电平；经测试，传感器能很好地检测人员的进与出。当宿舍最后一人出去后，系统会通过报警的方式提示锁门。硬件连接如图3.12所示：图3.12光电开关电路接口图3.7 贵重物品的检测此模块采用微弱电磁信号感应技术，在每个贵重物品上粘贴一片钢磁片，同时在宿舍门口墙壁内安装霍尔电磁感应器，即电磁型霍尔开关。当有电磁感应信号产生时，向单片机内传入信号。单片机经识别处理完成对贵重物品外出宿舍的检测功能。其电路如图3.13所示图3.13电磁型霍尔开关接口接线图3.8时钟芯片电路DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。引脚功能及结构DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。DS1302的时序图和内部结构图如图3.14和图3.15所示。图3.14 时序图图3.15 内部结构图DS1302与CPU的连接实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一32.768kHz的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。LCD还可以换成LED，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗(WDT)/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM，可显示任意字段笔划，具有34线串行接口，可与任何单片机、IC接口。功耗低，显示状态时电流为2A(典型值)，省电模式时小于1A，工作电压为2.4V3.3V，显示清晰。电路连接如图3.16所示。图3.16 DS1302接线图3.9 液晶显示电路设计3.9.1 LCD 12864接口时序模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：（1）串行连接时序图3.17所示。图3.17串行连接时序图串行数据传送共分三个字节完成：第一字节：串口控制格式 11111ABC A为数据传送方向控制：H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD B为数据类型选择：H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令 C固定为0第二字节：(并行)8位数据的高4位格式 DDDD0000第三字节：(并行)8位数据的低4位格式 0000DDDD（2）8位并行连接时序如图3.18和图3.19所示。图3.18写资料到模块时序图3.19从模块读出资料时序3.9.2 LCD12864引脚说明12864引脚说明如表3.2所示。逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V电源地(GND)：0V工作温度(Ta)：060(常温)/-2075（宽温）表3.1 12864引脚引脚号引脚名称方向功能说明1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端3V0-LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17RETH/L复位低电平有效18NC空脚19LED_A-背光源正极（LED+5V）20LED_K-背光源负极（LED-OV）3.9.3 液晶显示电路设计L