单片机课程设计报告·智能家居安全系统.doc

华南农业大学工程学院

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： 200930580122/23/24
指导老师： 姜 晟 邓小玲
日期： 2012.05.25～2012.06.08

华南农业大学工程学院

目录
1 摘要 3
2方案比较与选择 4
2.1 方案一：采用数字电路控制 4
2.2 方案二：采用以单片机为核心的控制方案 4
3主要系统元器件介绍 5
3.1 主控芯片AT89C52 5
3.1.1 AT89C52性能简介 5
3.1.2 AT89C52引脚简介说明 6
3.2 LCD1602显示器 6
3.2.1 接口信号说明 6
3.2.2 主要技术参数 7
3.3 AT24C02串行EEPROM 7
4 系统电路硬件介绍 8
4.1 电路介绍 8
4.1.1电源输入部分 8
4.1.2复位部分 8
4.1.3键盘输入部分 9
4.1.4显示部分 9
4.1.5LED发光二极管部分 9
4.1.6蜂鸣报警部分 9
4.1.7EEPROM密码存储部分 9
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 12
5.1初始化后的界面情况 12
5.2密码错误情况 12
5.3密码正确情况 12
5.4密码修改情况 13
6 电路板制作、焊接、调试 14
6.1电路板制作 14
6.2电路板焊接 14
6.3电路板调试 14
7 课程设计心得 16

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。信息化的社会不仅改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，方便，舒适的居家环境。
本设计为密码锁智能家居防盗系统，采用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控制系统、密码门禁模块、数据存储模块、报警模块、程序下载模块。
主控制系统中采用Atmel的8位单片机AT89S52，该单片机性能优良，能满足一般的普通应用；密码门禁及报警系统部分采用了4×4矩阵键盘输入以及采用EEPROM芯片AT24C02作为掉电后可以存储密码，从而保证了系统的安全性与实用性；程序下载模块则是利用串口线下载。
本设计的特点是技术成熟，性能稳定，操作简单，界面清晰，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、方案的比较与选择

2.1 方案1：数字电路控制家具安全系统

用以双JK触发器构成的数字逻辑电路作为密码控制系统的核心控制，共设了9个数字输入键，还有确认键和取消键等。如果用户输入密码错误，则电路将报警；若电路连续报警三次，即密码输入错误3次，电路将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。

单片机
AT89S52
密码输入
蜂鸣报警（包括指示灯）
复位电路
显示电路
程序下载模块
2.2 方案2：AT89S52为核心控制家居安全系统
单片机编程设计灵活，借助丰富的IO端口和控制的准确性，除了能实现基本的密码锁功能，还能添加密码修改存储、蜂鸣、闪烁提示等各种各样的附加功能。
单片机外接输入密码键盘，还有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0－9输入密码。密码输完后按下确认键。如果密码输入正确则开锁，不正确则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，还可进行修改密码操作。为了确认安全

方案甲设计简单且操作容易，但没有可发展空间，而且后期修改几乎是不可能的；方案乙有极大的扩展余裕，设计灵活，可以自由嵌入各模块，同时可以通过修改程序来改变功能。综上，选择方案乙。

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 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，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Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
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， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，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：
①兼容MCS-51指令系统 ②1000次擦写周期
③32个可编程I/O口 ④8K字节在系统可编程Flash存储器
⑤3个16位可编程定时/计数器 ⑥时钟频率0-33MHz
⑦六个中断源 ⑧看门狗定时器
⑨低功耗空闲和掉电模式 ⑩掉电标识符
⑾全双工UART串行通道 ⑿3级加密程序存储器
⒀双数据指针 ⒁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8 位双向I/O 口，它们的输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。
RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（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，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（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三个控制端口，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
Data I/O
4
RS
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
Data I/O
5
R/W
读写选择端（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

表3-2为 1602型LCD的主要技术参数

显示容量
芯片工作
电压
工作电流
模块最佳
工作电压
字符尺寸
16X2个字符
4.5～5.5V
2.0mA（5.0V）
5.0V
2.95X4.35(WXH)mm
读状态：输入：RS=L，RW=L，E=H 输出：D0-D7=状态字
读数据：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)，电可擦可编程只读存储器--一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用。
它是可用户更改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片，EEPROM不需从计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，它们的存储容量分别是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存储器，是AT24CXX系列（AT24C01/02/04/08/16）成员之一，这些EEPROM存储器的特点是功耗小、成本低、电源范围宽，静态电源电流约30uA～110uA，具有标准的I2C总线接口，是应用广泛的小容量存储器之一。

图3-2 AT24C02芯片引脚逻辑
上图是AT24C02的引脚图，这个芯片是一个8脚芯片，内部存储器有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、液晶显示器和密码存储等部分组成。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保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，若错误就报警。超过3次就长报警。

单片机
AT89S52
密码输入
蜂鸣报警（包括指示灯）
复位电路
显示电路
程序下载模块

4.1.1电源输入部分
密码锁主要控制部分电源需要用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，并从这个状态开始工作。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，并从初态开始工作。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，且振荡器稳定后，如果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，则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。本设计采用按键复位。

4.1.3键盘输入部分
本设计采用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，要节省很多I/O口。
本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，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取代普通的数码管来完成，可以提高密码锁的密码显示效果能力，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0－9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，如果输入的密码正确的话， LCD子显示“Right！”，家居被打开；如果密码不正确，LCD显示屏会显示“First error!”，同理第二次错就是“Second error!”,第三次显示“Third error!”，并质疑“Are you Host？”。通过LCD显示屏，可以清楚的判断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注意。如下图所示：

4.1.7EEPROM密码存储部分
当密码修改之后，可以存储到此芯片，掉电后不会丢失。

4.1.8 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

开始
初始化
外部存储密码载入
键盘扫描
键功能程序
结束
关闭程序
系统软件设计由主程序、初始化程序、LCD显示程序、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。
如图所示为主程序流程图，开始接上电源，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，然后启动程序，进行保护，再次在键盘上输入密码，系统进行扫描，如和之前一样，则执行程序，如不是，则执行另一种程序，最后结束。

5、电路仿真分析

5.1 初始化后的界面情况

5.2 密码正确情况

欢迎语

5.3 密码错误情况

第一次输入错误

第二次输入错误

第三次输入错误

5.4 密码修改情况

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。注意点有三个：1、元件的封装。注意焊盘的大小和焊盘之间的距离。2、注意线宽大小，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PCB电路图的打印，将图纸打印好之后后，注意不要刮落到碳粉。
(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20~40次。若印得不太理想，但是基本脉络都在，则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干净，此时可以看到清晰的铜线线路。
(5)对焊盘中间进行钻孔，钻孔之后就是最终完成的电路板。

6.2电路板焊接
电路板制作好后，便可以进行焊接了。焊接时要注意下问题：
(1)检查一下电路板铜线是否存在隔断，若存在，则进行焊锡把隔断的铜线线路进行相连。
(2)对照原理图以及PCB图来进行焊接。
(3)注意排阻和电容的极性，插座的方向等问题。
(4)焊锡时注意某些相近的管脚是否相连导致短路。

6.3电路板调试
在调试之前，先逐一把芯片插进相应的插槽。注意芯片的管脚是否插入正确。做完一切之后就进行电路的调试。
(1)程序不能下载。检查发现是管脚没有焊接完好。
(2)程序下载正常，电路不能工作。检查发现是复位电路的问题。单片机是高电平复位，而程序设计时设想是低电平复位。仿真时并没有出现问题，这一切告诉我们不可过分相信仿真结果。最终把按键触发复位，改成上电复位。
(3)接上电源后，液晶屏亮却没有字幕显示，只有两行空白。用电表检查发现线路完好，不存在断路和短路问题。最后发现是电位器阻值过大，导致液晶显示不正常。通过修改电位器阻值，可以让液晶显示显示正常。

7、实验心得与体会

这次的单片机设计过程很幸苦，但收获很大。之前有做过类似的设计，所以还是能很快上手的，首先是确定我们要做的是智能家居防盗，找资料这倒还好，在设计电路图和程序设计仿真就很困难，有点做不来，因为自己编程能力很一般，最后几个人一起努力搞定，在制PCB版第一次失败了，最后找到原因也做好了，程序下载的时候也出错了，经过调试最后终于做出来了，虽然做的不太顺利，但是收获还是挺多，也做成功了，增强了我们的信心，也为我们单片机的学习画上了一个圆满的句号。
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