智能門禁系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

1、摘 要門禁系統(tǒng)是屬于智能建筑自動化系統(tǒng)中的一種基于安全的系統(tǒng)，它屬于現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)。在現(xiàn)代化發(fā)展越來越快的今天，建筑物內(nèi)的一些大型規(guī)劃區(qū)、人員出入口、貴重物品的庫房、設備控制中心、電梯口等重要部門的通道口都需要加強安全保密防護措施，基于以上原因，這使智能門禁的研究成為當今的一個熱門的課題。本次設計的控制核心是STC89C52，設計基于單片機的智能門禁系統(tǒng)的研究，本次設計從硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩個方面進行設計的。硬件部分包括八個電路模塊，分別是電源電路、STM32F103C8T6單片機核心電路、撥動開關(guān)選擇電路、按鍵電路、LCD1602液晶顯示電路、蜂鳴器報警電路、光敏電阻檢測光照強度電路、L

2、ED燈電路、紅外檢測電路。在軟件設計中，運用keil編寫單片機程序，來完成相應的功能。該系統(tǒng)設計具有結(jié)構(gòu)簡單小巧、可讀數(shù)據(jù)直觀、功能多樣化、設計成本低等優(yōu)點，擁有非常好的應用前景。關(guān)鍵詞：單片機； 紅外感應； 電源電路； 液晶電路； 智能門禁系統(tǒng)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 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc483428911 1 緒論 PAGEREF _Toc483428911 h 4 HYPERLINK l _Toc483428912 1.1 課題的提出及意義 PAGEREF _Toc483428912 h 4 HYPERLINK l _Toc483428913 1.2 課題的研究背景和現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc

8、483428913 h 4 HYPERLINK l _Toc483428914 1.3 研究的內(nèi)容 PAGEREF _Toc483428914 h 5 HYPERLINK l _Toc483428915 2.系統(tǒng)方案論證 PAGEREF _Toc483428915 h 5 HYPERLINK l _Toc483428916 2.1方案設計 PAGEREF _Toc483428916 h 5 HYPERLINK l _Toc483428918 2.1.1單片機最小系統(tǒng)介紹 PAGEREF _Toc483428918 h 5 HYPERLINK l _Toc483428919 2.1.2單片機的方

9、案選擇 PAGEREF _Toc483428919 h 8 HYPERLINK l _Toc483428920 2.1.3振蕩、時鐘電路部分介紹 PAGEREF _Toc483428920 h 9 HYPERLINK l _Toc483428921 2.1.4復位電路部分介紹 PAGEREF _Toc483428921 h 10 HYPERLINK l _Toc483428922 2.1.5 系統(tǒng)功能 PAGEREF _Toc483428922 h 10 HYPERLINK l _Toc483428923 2.1.6 AVR單片機 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主控制芯片的確定 PAGEREF _Toc483428928 h 14 HYPERLINK l _Toc483428929 2.2 負載驅(qū)動設計 PAGEREF _Toc483428929 h 14 HYPERLINK l _Toc483428930 3 系統(tǒng)硬件電路設計

11、 PAGEREF _Toc483428930 h 15 HYPERLINK l _Toc483428931 3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 PAGEREF _Toc483428931 h 16 HYPERLINK l _Toc483428932 3.2 模塊介紹 PAGEREF _Toc483428932 h 16 HYPERLINK l _Toc483428933 3.2.1中央處理器 PAGEREF _Toc483428933 h 16 HYPERLINK l _Toc483428934 3.2.2人體感應模塊 PAGEREF _Toc483428934 h 17 HYPERLINK l _To

12、c483428935 3.2.3 LCD1602顯示模塊 PAGEREF _Toc483428935 h 20 HYPERLINK l _Toc483428936 3.2.4 光敏電阻模塊 PAGEREF _Toc483428936 h 21 HYPERLINK l _Toc483428937 3.2.5 蜂鳴器電路 PAGEREF _Toc483428937 h 22 HYPERLINK l _Toc483428938 3.2.6 LED燈電路 PAGEREF _Toc483428938 h 23 HYPERLINK l _Toc483428939 3.3整體電路原理圖 PAGEREF _T

13、oc483428939 h 23 HYPERLINK l _Toc483428940 4軟件設計 PAGEREF _Toc483428940 h 24 HYPERLINK l _Toc483428941 4.1 Keil C51 PAGEREF _Toc483428941 h 24 HYPERLINK l _Toc483428942 4.2 程序設計框圖 PAGEREF _Toc483428942 h 25 HYPERLINK l _Toc483428943 4.2.1主程序設計 PAGEREF _Toc483428943 h 25 HYPERLINK l _Toc483428944 4.2.

14、2子程序設計 PAGEREF _Toc483428944 h 26 HYPERLINK l _Toc483428945 4.2系統(tǒng)源程序 PAGEREF _Toc483428945 h 28 HYPERLINK l _Toc483428946 5 焊接焊接與系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc483428946 h 28 HYPERLINK l _Toc483428947 5.1 電路焊接 PAGEREF _Toc483428947 h 28 HYPERLINK l _Toc483428948 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc483428948 h 29 HYPERLINK l _To

15、c483428949 5.2.1硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc483428949 h 30 HYPERLINK l _Toc483428950 5.2.2單片機的調(diào)試方法 PAGEREF _Toc483428950 h 316 HYPERLINK l _Toc483428951 結(jié) 論 PAGEREF _Toc483428951 h 32 HYPERLINK l _Toc483428952 參考文獻： PAGEREF _Toc483428952 h 32 HYPERLINK l _Toc483428953 致 謝 PAGEREF _Toc483428953 h 351 緒論1.1 課題的提

16、出及意義 隨著高科技以及當今信息化社會的發(fā)展，人們對門禁系統(tǒng)的要求從當初簡單的安全性到如今的智能化，方便化和更高的安全性。智能門禁系統(tǒng),它的功能是很強大的，它可以控制一些敏感區(qū)域像樓內(nèi)，居住區(qū)等這些地方的行為，也能控制人員的出入的，而且它對數(shù)據(jù)是可以是可以準確記錄并且統(tǒng)計管理的。它是一種數(shù)字化出入控制系統(tǒng)。最近幾年感應卡技術(shù)、生物識別技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)發(fā)展飛快，這些技術(shù)的發(fā)展非?？?，已經(jīng)開始進入成熟期，感應卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等這些高科技技術(shù)越來越多的出現(xiàn)在當今的社會中，它們在安全性，方便性，易管理性等方面和傳統(tǒng)門禁相比更有優(yōu)勢?，F(xiàn)如今社

17、會，人們對門禁系統(tǒng)各方面性能的要求不斷提高，門禁系統(tǒng)的應用范圍不斷擴大，需求人群不斷增多，研發(fā)門禁系統(tǒng)已成為當下科技領(lǐng)域的一個熱門話題。計算機技術(shù)大家會經(jīng)常使用的，我們的生活中也會出現(xiàn)很多的。在很多地方都是很需要一些我們說的門禁系統(tǒng)的，而且要求也是越來越高的，就像賓館和寫字樓以及智能大廈這種地方是很需要這些智能化的。 智能門禁系統(tǒng)的發(fā)展是有很大的意義的，它們既安全又方便，而且還是很容易管理的。大家對這種智能化的要求很高的，就是因為這樣，所以會讓它的范圍變大。所以它的研發(fā)也成為當今的一個熱門課題。而且我們這次的畢業(yè)設計不僅可以提高學校的教學水平，而且也能夠讓學生越來越喜歡學習的。 本論文的研究讓

18、我對門禁系統(tǒng)的發(fā)展背景和相關(guān)知識有了一定的了解，對STM32系列單片機的性能特點以及單片機的連接方式與使用方法有了一定掌握，而且我也懂得了如何使用一些外圍芯片，還讓我在編程方法和設計模擬電路等這些方面提高了很多。1.2 課題的研究背景和現(xiàn)狀因為大家對安全現(xiàn)在是很關(guān)注的，所以在國內(nèi)和國外出現(xiàn)了很多的電子智能鎖。但是因為這些產(chǎn)品只是適合要求保密的箱子和柜子，而且在公共場所那些指紋識別器很容易被破壞，而且那些IC卡很容易損壞，也很容易丟失，以上的這些缺點就使得這類產(chǎn)品的普及和推廣受到了限制?？紤]到現(xiàn)在的技術(shù)水平，那么電子密碼鎖就很受到大家的歡迎。 電子計算機技術(shù)的發(fā)展使電子門鎖走進我們的視線，其中觸

19、式智能IC卡和密碼鍵盤門禁系統(tǒng)受到了人們的重視，并被大規(guī)模地投入日常的使用。它用一種方式，即主動控制替代了一些傳統(tǒng)安防產(chǎn)品被動的安防模式，而這些傳統(tǒng)安防產(chǎn)品包括閉路監(jiān)控、防盜報警等這些產(chǎn)品。在安全技術(shù)領(lǐng)域方面，為了克服機械性密碼鎖密碼量小、構(gòu)造機械、安全性性能差等缺點，密碼鎖在人們的改進中有了大大的提升，它的性能以及它的技術(shù)都有了很大很大的進步。電子密碼鎖為主具有防盜報警系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)正在逐漸替代傳統(tǒng)的機械密碼鎖。隨著以單片機的問世為標志的大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，帶有微處理器的智能密碼鎖也隨著這些技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了，它的功能比原來的電子密碼鎖更好更強，它使得管理可以智能化，專家分析系統(tǒng)的功

20、能也是一大特色。它的安全性、可靠性更加出色，因此它的應用領(lǐng)域日益廣泛。 科學技術(shù)的發(fā)展是很快的，那么電子門鎖也就發(fā)展的越來越快。而之后產(chǎn)生的密碼鍵盤和接觸式智能IC卡這些門禁系統(tǒng)也受到了大家的歡迎，人們也很重視它們的。當然它把以前的那種安防模式都改變了，而且被動監(jiān)視也被主動控制替代了。因為這些原因，所以就構(gòu)成了這種系統(tǒng).2.系統(tǒng)方案論證2.1系統(tǒng)功能功能如下：1、檢測有沒有人的時候主要可以用這種傳感器的，假如發(fā)現(xiàn)門口有人的時候，液晶屏提示亮并顯示歡迎詞，夜間探測到有人時開燈，燈用9個高亮LED燈設計，無人時，關(guān)燈。2、主人可設定門禁系統(tǒng)工作狀態(tài)，家里有人和無人兩種狀態(tài)。通過一個撥動開關(guān)設置，撥

21、上去，液晶顯示有人：Somebody！，撥下來液晶顯示沒人：Nobody！有人時，客人按下門鈴，蜂鳴器鳴叫提示，無人時，客人按下門鈴，無任何反應。3、門外人員逗留時間超過2分鐘則發(fā)出報警信息。4、這個設計的單片機核心電路是由三個電路組成的，包括按鍵復位電路和晶振電路以及電復位電路?；谙到y(tǒng)的這個功能，我們設計了如下圖的系統(tǒng)框圖 圖2-1系統(tǒng)設計框圖2.2 硬件選取的分析及論述2.2.1單片機的選取方案一：Philips這個公司，它推出了P89C51RX2這種系列的單片機，它的內(nèi)核是MCS-51單片機CPU，它的指令系統(tǒng)和硬件資源以及引腳排列還有封裝形式都與MCS-51單片機保持兼容，其最大的特

22、點是擴展片內(nèi)存儲器的種類和容量，這種單片機的程序存儲器容量是很大的，最大為64KB，而它的片內(nèi)RAM存儲器容量也是很大的，是512-1024B，內(nèi)部設置了可編程計數(shù)器陣列PCA，而且與Intel 89C51FX系列內(nèi)置可編程計數(shù)器陣列兼容，此外，片內(nèi)還設一樣監(jiān)視計時器WDT，七個中斷源，四個中斷優(yōu)先級，每個機器周期采用6時鐘時，振蕩頻率可達20兆赫茲，采用12時鐘模式時振蕩頻率可達33兆赫茲。方案二:宏晶公司，它推出了一款單片機，這種單片機是基于8051芯片為內(nèi)核的增強型單片機-STC89C52，它是一種8位微控制器，它的功率消耗是比較低的，而且它也具有高性能的CMOS，它也具有系統(tǒng)可編程Fl

23、ash 存儲器，這種存儲器是四個字節(jié)的。機器周期有6時鐘的，也有12時鐘的，在我們選擇機器周期的時候我們可以根據(jù)自己的需求來選擇機器周期，這里尤其對ISP引導程序強調(diào)一下，尤其是內(nèi)部進行了固化的程序，可通過PC的RS-232串口直接與單片機的串行口相連，如果我們想對單片機內(nèi)的Flash程序存儲器進行編程，我們也不需要用專門的編程軟件，我們可以直接使用STC-ISP下載軟件來進行編程。這個芯片具有很多標準的功能： 它的RAM是256個字節(jié)，它的I/O 口線是32位的，而且它的Flash是四個字節(jié)的，而且它的監(jiān)視定時器（WDT）內(nèi)部也有設置的，可以降低EMI的措施， 電可擦除只讀存儲器占四字節(jié)和復

24、位電路，它的 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank 定時器/計數(shù)器是16位的，數(shù)量是3個，它的并行口是8位的，數(shù)量是4個，還有一個4位的并行口，以及兩種時鐘運行模式：6時鐘模式和12時鐘模式，振蕩頻率最高達80MHz。此外， STC89C52 這種單片機它具有靜態(tài)邏輯操作，而且它還具有2種選擇節(jié)電模式，這兩種節(jié)電模式包括空閑模式和掉電保護模式。我們可以知道，當其中一種模式即空閑模式的單片機的運算器不再進行工作的時候，這種單片機內(nèi)部的隨機存取存儲器、定時器/計數(shù)器、串口以及中斷在運算器不工作的時候還是可以繼續(xù)工作的。對于掉電保護模式單片機隨機存取存儲器數(shù)據(jù)不會丟

25、失，由于振蕩器且不能正常工作，此時，單片機的所有工作都會被進行停止的，如果單片機想繼續(xù)進行工作的話，那我們就必須要等待下次中斷的到來，當然我們也可以通過硬件復位來讓單片機繼續(xù)工作。綜上所述，雖然兩者的性能都比較相似，而且兩者的特點都比較相同，由于系統(tǒng)本身它還是相對比較簡單的，所以它所需要的運算性能也不是很復雜的，因為在設計成本上，STC89C52單片機比P89C51RX2系列的單片機要便宜許多，所以我們這次的設計選用成本相對比較低的STC89C52單片機。2.2.2 顯示模塊設計的選取數(shù)碼管我們采用的顯示方法是數(shù)碼管動態(tài)顯示方法，它是一種封裝形成的器件，這種器件是用很多個 HYPERLINK

26、/item/ t /item/LED%E6%95%B0%E7%A0%81%E7%AE%A1/_blank 發(fā)光二極管組成的，LED數(shù)碼管它是很便宜的，而且對于數(shù)字的顯示是在合適不過的了,其采用動態(tài)掃描方法，這種方法的好處就是它可以讓我們在使用單片機端口線的時候用的數(shù)量比較少。這種 HYPERLINK /item/ t /item/LED%E6%95%B0%E7%A0%81%E7%AE%A1/_blank 數(shù)碼管的組成其實還是比較簡單的，它包括發(fā)光二極管還有小數(shù)點部分的那些發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的數(shù)量是七個，共有12個引腳除了8個發(fā)光二極管的引腳外還有段引腳和位引腳以及電源和地部分。采用間斷性掃

27、描方式，這樣便可以使得硬件功率消耗較少、硬件成本不高、對于整個硬件系統(tǒng)設計體積占的也不是很大。（2）LCD1602液晶采用LCD的液晶顯示,他根據(jù)兩位置平行的液晶板的電壓變化來控制內(nèi)部材料排列變化，從而達到透光和遮光顯示成像。這種液晶的硬件制作是很簡單的，單片機的接口是直接可以連接在它的硬件上的，它有很多的優(yōu)點的，它的硬件功能消耗是比較低的，而且用它顯示的內(nèi)容是可以很豐富的，LCD1602這種液晶的功能強大之處也在于它能夠讓32個字符一起顯示出來，對于我們來說，它的主要原理其實不是很復雜的，它是通過電流刺激液晶分子，然后這樣的話就會出現(xiàn)相應的畫面。LCD的色彩要考慮到環(huán)境光源以及液晶顯示器的屬

28、性來進行調(diào)校，而且液晶顯示器有一個小小的缺點就是它的可視角度是很狹窄的，如果我們想調(diào)整到那個最適合最好的觀看角度，這個就是一件不太容易做到的事。綜述比較以上兩種方案：在結(jié)構(gòu)上方案二就比方案一結(jié)構(gòu)簡單的多，顯示的數(shù)據(jù)更加的豐富，方便用戶讀取，所以而選擇方案二LCD液晶顯示。2.2.3按鍵模塊設計的選取方案一：采用普通按鍵開關(guān)。按鈕利用推動傳動機制，根據(jù)通或斷來實現(xiàn)電路轉(zhuǎn)換。普通按鍵開關(guān)有兩種觸點方式分別是動觸點與靜觸點。按鈕開關(guān)結(jié)構(gòu)比較簡單，而且在電子電器中應用十分廣泛。在自動控制電路中比較常見，如果我們想要控制繼電器和電磁啟動器以及接觸器等這些元件的話，我們只需要用手來操作，這樣就可以發(fā)出信號

29、來實現(xiàn)一些控制了。方案二：采用自鎖按鍵，這是一種司空見慣的開關(guān)按鈕。在自鎖開關(guān)按下，此時電路實現(xiàn)導通狀態(tài)并保持不變，稱為自鎖，自鎖開關(guān)再次按下，彈簧彈開電路實現(xiàn)斷路狀態(tài)。由于系統(tǒng)需要進行設定有人和無人兩種模式的切換，并且要求程序簡單易于實現(xiàn)和操作，并且需要單獨對其進行指示工作的控制操作，所以切換模式的開關(guān)采用方案一的普通按鍵開關(guān)。3 系統(tǒng)硬件電路設計這個設計是由很多電路組成的，其中包括電源電路、STM32F103C8T6單片機核心電路、撥動開關(guān)選擇電路、按鍵電路、LCD1602液晶顯示電路、蜂鳴器報警電路、光敏電阻檢測光照強度電路、LED燈電路、紅外檢測電路。鑒于模塊電路具有很多優(yōu)點的特點，所

30、以將所有電路都用模塊進行連接，這樣的做法是可以帶來很多好處的。以下開始介紹幾個模塊電路。3.1 STM32F103C8T6單片機核心電路 圖3-1 STM32F103C8T6單片機核心電路STM32F103C8T6具有1s響應的雙12位ADC，4兆位/秒的異步首發(fā)傳輸器以及18兆位/秒的串行外設幾口，18MHz的輸入輸出端口。同時在待機模式下為2A，STM32內(nèi)部集成了復位電路以及調(diào)壓器。3.1.1 STM32微控制器的基本配置內(nèi)核:STM32這種系列的單片機它采用的CPUCortex-M3是32位的，它的工作頻率是可以達到很高的，72MHz是它的最高的工作頻率，1.25DMIPS/MHz，而

31、且M3cpu的功能也是很強大的，它包括單周期乘法和硬件除法等這些功能，并且M3cpu的能耗相對較低，可以長時間負載運行。2、存儲器:它采用的集成化Flash存儲器的容量還是比較大的，最小的是32KB，當然也可以達到512KB，當然，它也具有SRAM存儲器，這種存儲器的容量最高可以達到64KB。3、時鐘、復位和電源管理:能過提供2.0v-3.6V左右的電源供電以及I/0端口供電，微處理器內(nèi)部具有4-16MHz的晶振和RC振蕩電路，可以用來做時鐘校準。4、低功耗:STM32擁有的模式都是功能消耗比較低的，這種不同的模式有三種，第一種為休眠模式，休眠模式下喚醒速度最快，第二種為停止模式，其能耗和喚醒

32、速度較為均衡，第三種為待機模式，在待機模式下，能耗最低。當?shù)凸哪Ｊ剑谖覀冃枰_啟的時候，我們想要對RTC和備份寄存器進行供電的時候，是可以通過VBAT來進行供電的，以保證數(shù)據(jù)不會丟失。5、DMA控制器：DMA控制器可以支持的外設有串行外設接口，以及各類定時器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通用異步收發(fā)傳輸器以及IIC串行總線等。6、3個12位的us級的16通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器，2個額外12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，同時集成了溫度傳感器，并且該數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有雙采樣能力，數(shù)模轉(zhuǎn)換可測量值最大為6V，并且可以保持采樣數(shù)據(jù)。7、快速I/0端口:由于選型差異，可以采用的有26，37，51，80，和112的I/O端口，這些

33、I/0端口并不能接收模擬信號，只能接收5V以為的數(shù)字信號，并且這些I/0端口都具有獨立連接外部中斷的能力，大大拓展了適用范圍。8、這種微控制器它的定時器是16位的，而且它有四個，它的其中的2個定時器是擁有高級控制定時器的，這種高級控制定時器是6通道的，它可以進行6通道PWM輸出，這是最多可以實現(xiàn)的。2個Watchdog定時器，其中一個為獨立watchdog定時器，另一個看門狗為窗口定時器。它也具有倒計數(shù)器，它是24位的，數(shù)量是一個，這4個定時器中有2個定時器的功能也是比較強大的，它可以驅(qū)動DAC模塊，這4個定時器上，每個定時器都擁有4相互獨立的計數(shù)器以滿足其功能和使用。9、最多多達13個通信接

34、口:它的全雙工通用異步/同步串行收發(fā)模塊的數(shù)量是5個，其中具有一個ISO7816接口、一個調(diào)控接口、一個為LIN接口、一個為IrDA兼容接口)。為了滿足我們所需要的通信需求，它是具有3個18兆的SPI接口和IIS接口復用和安全數(shù)字輸入輸出卡以及IIC串行接口，當然還有一個USB 接口。3.1.2系統(tǒng)作用（1）電源供電方案VDD ，它的電壓最低是2.0V，最高是3.6V，這樣的話外部電源就可以接在VDD引腳上，這樣也可以給輸入輸出端口進行供電，而且對調(diào)壓器的運行也進行了一定的保障。VSSA和VDDA也會輸入一個外部模擬電壓，這個電壓是會給模數(shù)轉(zhuǎn)換和復位電路進行使用的，它的電壓最低是2.0V，最高

35、是3.6V，而且這個電壓的范圍是在VDD范圍之內(nèi)的，VSSA和VDDA它是可以接在VSS和VDD這兩個引腳上的。VBAT的正常工作電壓最低1.8V，最高是3.6V，當然如果VDD沒什么作用的話，從外部也是可以獲得VBAT的電壓的，其中外部電壓來源為外部寄存器。（2）時鐘電路我們可以選擇內(nèi)部時鐘或外部時鐘來做我系統(tǒng)時鐘，但是如果復位電路啟動，就會選擇內(nèi)部時鐘作為系統(tǒng)時鐘。在這段時間內(nèi)，控制器無法使用并且軟件中斷管理將失效，無法正常進行中斷管理。在特殊情況下，我們是不能夠讓PLL時鐘的中斷管理進行禁止的。當我們在啟動的時候，我們一定會進行這一項工作，即系統(tǒng)時鐘的選擇，而且在復位的時候，我們選擇的C

36、PU時鐘也是會選擇內(nèi)部8MHz的晶振的。當然這個時候我們也會選擇一個外部的4-16MHz的時鐘被監(jiān)視，這樣的話，我們才能夠知道是不是能夠成功。在這個過程中，控制器是會被禁止的，而且接下來軟件中斷管理也是隨著會被禁止的。在這個時候，如果我們需要的話，像遇到一個間接使用的晶振失敗的這種情況，PLL時鐘的中斷管理在這個時候是完全可以使用的。當我們想要配置AHB頻率的時候，我們可以使用多個預比較器，這些預比較器是包括高速APB(PB2)和低速APB(APB1)的，高速APB可以達到的最高的頻率為72MHz，而低速APB可以達到的最高的頻率為36MHz。時鐘電路連接單片機的5,6引腳。 圖3- 2 ST

37、M32F內(nèi)部時鐘電路（3）復位電路設備的上電復位(POR)和掉電復位(PDR)電路是很完整的。這條電路對于整個設備來說作用都是很大的，用于確保從2V啟動或者掉到2V的時候進行一些必要的操作。設備也可以保持在復位模式，特別是當設備的VDD在低于一個指定的復位電路電壓時，我們不需要外接復位電路。為了檢測VDD，設備具有一個嵌入式電壓探測器，這個電壓探測器可以運行一部分指令，將設備內(nèi)的VDD和在電壓探測器內(nèi)設定的VPVD進行一次大小判斷，當VDD和設定值有差異時，便可以執(zhí)行中斷指令。設備會通過中斷指令得到一個報警信號，同時MCU會復位，上電復位和掉電復位電路是持續(xù)有效的，可以保障在系統(tǒng)啟動和掉電壓時

38、能夠正常工作。圖3-3 按鍵復位（4）低功耗模式STM32F103xx單片機具有3種不同的低功耗運行模式，通過3種不同的低功耗運行模式可以達到最大能效比。比如喚醒速度優(yōu)先的休眠模式，在休眠模式下，停止處理器計算，但存儲器并不斷電，可以隨時喚醒CPU繼續(xù)進行休眠前的工作;如果當前需要功耗和性能達到一定程度上的平衡時，我們可以采用停止模式，在停止模式下，存儲器和寄存器內(nèi)的信息不會釋放，一定程度上保留數(shù)據(jù)。但是cpu停止運行，內(nèi)部振蕩電路停止運行，采用停止模式時，只能通過外部信號來喚醒。當我們需要對能耗要求最低時，我們可以采用第三種低功耗模式，也就是待機模式，在待機模式下，除了一小部分備用存儲器，其

39、余外部設備均關(guān)閉，寄存器內(nèi)的信號也將釋放，這時，整個微處理器的功耗最低，當設備從休眠模式喚醒時，我們只能通過外部引腳輸入信號來喚醒，在第二種低功耗模式和第三種低功耗模式中，系統(tǒng)內(nèi)部時鐘并不會停止。 表3-1 低功耗模式3.2人體感應模塊圖3-6人體感應模塊熱釋電紅外傳感器，這種傳感器可以通過檢測人或動物發(fā)射的紅外線來讓電信號輸出的，這個傳感器為了抑制溫度變化而產(chǎn)生的一些影響，它運用了雙靈敏元互補的方法來解決這個問題。1、上面描述的這些特性指標其實它們的測定都是有條件的，它們規(guī)定了這些源極電阻R2的值，這個電阻的阻值是47K，但是為了用戶的方便，當使用傳感器的時候，用戶也可以根據(jù)自己的需要來調(diào)整

40、電阻值的。2、如果我們想要得到最好的光學設計，那么靈敏元的位置和視場的大小程度我們是必須要注意到的。3、我們要用峰一峰值定標來測量那些電壓信號，而其中的兩個靈敏元的電壓的輸出信號的峰一峰值也可以分別用平衡度B中的EA和EB兩個來表示的。4、我們一定要認真仔細的看說明書，不能不看，然后在使用傳感器，這樣的話我們就不會接錯管腳了。熱釋電傳感器的基本知識熱釋電效應和壓電效應的情況是很相同的，這種現(xiàn)象它是指受了溫度變化影響的情況下，晶體表面也會發(fā)生變化的。這種熱釋電傳感器非常容易受到溫度變化的影響，它對溫度變化的影響是非常敏感的。它既可以由壓電晶體元件組成，也可以由陶瓷氧化物組成，當電極在在元件兩個表

41、面做成的時候。傳感器中的場效應管之所以要進行阻抗變換的目的也是因為它的輸出阻抗非常高。但是如果空氣中的離子與熱釋電效應的電荷Q結(jié)合的話，那么這些電荷就會消失。按照這樣說的話，如果環(huán)境溫度保持不變的話，那么傳感器是不會有任何輸出的。但是如果檢測區(qū)有人體進入的話，因為環(huán)境溫度和人體溫度是不同的，是有差別的，這個時候就會產(chǎn)生溫度差，也會有溫度差會輸出；但是如果檢測區(qū)檢測不到人體有任何動作的話，那么溫度也不會有任何變化的，那么這個時候傳感器的輸出也是不會有的。我們?nèi)梭w發(fā)射的的紅外線，它可以通過菲泥爾濾光片增強后，然后都會聚集到紅外感應源上。熱釋電元件通常都是這些紅外感應源的主要元件，這些元件會接收到紅

42、外輻射，那么當這些紅外輻射的溫度發(fā)生一些變化時，一些電荷就會失去平衡的，失去平衡的這些電荷就會向外釋放這些電荷，這個時候如果后續(xù)電路檢測到這些電荷的話，那么報警信號就會響起。紅外模塊使用的時候需要注意的事情：1、人體感應器模塊，它是一種敏感度很高的器件，而且它對電源的要求是非常高的，要想對應使用相應的電源，那么很好的穩(wěn)壓濾波是一定要具備的。這種模塊在接負載和不接負載的時候會有兩種情況發(fā)生，當它不接負載的時候是可以正常工作的，但是如果它接上接上負載的話，那么就不能很好的工作。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象有兩種原因的，一個原因是負載是比較耗電的，但是電容容量又很小，那么當負載工作的時候，電壓就會產(chǎn)生波動的，那么

43、這樣的話這個模塊就會出現(xiàn)錯誤的，另一種原因就是如果負載帶電工作的話，這個時候會有一定的干擾產(chǎn)生的。當人體感應器模塊工作的時候，提供環(huán)境一定不能被陽光或者強光直接照射，如果有強大的射頻干擾出現(xiàn)在模塊的工作環(huán)境中，這個時候我們要采取一些屏蔽措施來解決這個問題的。當然我們也可以通過關(guān)閉門窗以及阻止對流這些措施來解決遇到強烈氣流干擾的這些問題的。而那些發(fā)熱電器和物體，還有那些容易被風吹動的雜物一定盡量不要對著感應區(qū)。密封的盒子里可以裝配人體感應器模塊，如果不是密封的情況下，那么就會一直有信號輸出。而鏡片必須要和探頭有一定的聚焦距離，我們可以對這些進行調(diào)整的，調(diào)整的范圍是2030mm。5、當探測區(qū)域一旦

44、檢測到有人體進入時，那么就會把人體紅外輻射聚焦起來，而且這些輻射也會被熱釋電元接收到的，但是通常情況下這兩片熱釋電元，它們所接收到的熱量是很不同的，而且這種情況下還是不能互相抵消的，所以可以通過經(jīng)信號處理，然后報警的。6、菲泥爾濾光片因為有不同的焦距，所以它們的各種功能和特性也是不同的，那么它們產(chǎn)生的監(jiān)控視場也是不同的，這樣產(chǎn)生的視場越多，那么就會產(chǎn)生越嚴密的控制。分別介紹被動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)點和缺點：它的優(yōu)點是它的隱蔽性非常好，因為這樣，所以它自己是不會發(fā)生各種不同類型的輻射的，而且它很實用，成本不太高，它的功耗也是比較小的。缺點是：1、如果不同的熱源或者光源影到它，那么就會對它造成一定

45、的影響的。2、因為人體的紅外輻射是很容易被一些東西擋住的，而且被動紅外的穿透力也是相對比較差的，所以探頭不是很容易接收到它們的。3、射頻這種輻射是很容易影響到它的。4、如果環(huán)境和人體的溫度差別不是很大的話，它的探測以及靈敏度會很明顯的下降的，而且短時失靈這種情況也是會出現(xiàn)的。安裝的要求：1、紅外線熱釋電傳感器距離離地面的距離應為22.2米。2、紅外線熱釋電傳感器由于受溫度變化比較明顯，那么像冰箱火爐這些物體就應該遠離它。3、紅外線熱釋電傳感器和被探測的人體，這兩種互相距離應該很近，不應該間隔像家具和窗簾這些物體。4、為了不影響測量結(jié)果，陽光直射的地方是不能對著紅外線熱釋電傳感器的，否則的話會因

46、為一些熱氣流而對結(jié)果造成一定的影響的。為了避免這些影響，所以這個時候最好可以把窗簾拉上。5、如果要在天花板和墻上安裝探測器的話，一定要考慮堅固等這種安全問題，而且不能讓探測器有一點點的搖動。如果為了完成阻抗變換，那么就需要在熱釋電紅外傳感器引入場效應管。當然它們會輸出電荷信號，我們在使用的時候是不可以直接使用的，那么這個時候我們也可以把它們由電阻的形式轉(zhuǎn)化為電壓的形式。所以為了完成阻抗變換，我們需要引入N溝道結(jié)型場效應管，這個時候場效應管也應該用共漏的形式來接。干涉濾光片和傳感探測元以及場效應管匹配器這三部分，它們組成了熱釋電紅外傳感器。由于一些特殊的需要，我們要把這些高熱電材料在設計時要設計

47、得有一定的厚度，并且讓它們成為薄片。這個模塊是與單片機的PA2口相接的。3.3光敏電阻檢測模塊圖3-7光敏電阻模塊光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導體材料制成的特殊電阻器，當用特定波長的光照射這種電阻的時候，這種電阻的阻值會很快的減小。它的工作原理是光照產(chǎn)生的載流子參與導電，當有外加電場對它們進行作用的時候，那么這些載流子就會進行漂移運動的，這個時候在電源的正極會有很多的電子聚集，在電源的負極會有很多空穴聚集，就是因為這些原因，所以 HYPERLINK /item/%E5%85%89%E6%95%8F%E7%94%B5%E9%98%BB%E5%99%A8 t /_blank 光敏電阻器的阻值會很

48、快的下降。而且光敏電阻模塊對環(huán)境光強是最敏感的，就是因為它的這個特點，所以人們常常用這些電阻來檢測周圍環(huán)境的亮度和光強。當然如果模塊在無光條件或者光強達不到的情況下，這個時候我們設定閾值時，DO口輸出高電平，但是當外界環(huán)境光強超過設定閾值時，這個時候的情況恰恰相反，是會輸出模塊低電平的。這個模塊是與單片機的PA0口相接的。3.4 LCD1602顯示模塊圖3-8LCD1602顯示模塊 這個系統(tǒng)它選用的液晶屏是LCD1602液晶屏，這種液晶也可以叫做1602字符型液晶，它是一種點陣型液晶模塊，能夠用來顯示數(shù)字符號字母等這些，而且它的組成其實不是很復雜，包括它多個個5X7或者5X11等點陣字符位。我

49、們可以用一個點陣字符位來顯示每一個字符，而且不僅它們的每行之間存在間隔的，它的每位之間也是有一定點距間隔的，就是因為這樣，那么這樣的形式就會有它們的作用，這就是字符間距和行間距的作用。但是也因為這樣，它也不能更好的顯示出一些圖形來。 表3-2 1602液晶16腳接口功能 LCD1602液晶屏它的工作電壓是3.3V或者5V,我們是可以對它們的對比度進行調(diào)節(jié)的，它的內(nèi)部含有復位電路，功能是很強大的，而且它也能夠提供各種控制命令，就像清屏和字符閃爍以及顯示移位這些命令都是可以提供的。它的特征是它經(jīng)常會用在袖珍式儀表以及一些功耗小的系統(tǒng)中，而且它的功耗小，顯示的內(nèi)容很豐富，體積也不是很大，優(yōu)點還是很多

50、的。1602液晶模塊是很強大的，它可以將160個多種的點陣字符圖形存儲在內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)。我們可以看到阿拉伯數(shù)字，常用的符號以及英文字母的大小寫都會出現(xiàn)在這些字符中，不過這些字符都是會有各自與之對應的固定的代碼的，就像假如英文字母“A”，01000001B（41H）是與之對應的代碼，當點陣字符圖形被模塊顯示出來，字母“A”就可以出現(xiàn)在我們面前。因為ASCII碼是可以被1602識別的，所以我們在試驗的過程中是可以用ASCII碼來直接賦值的，當然在單片機編程中遇到需要賦值的情況下既可以用字符型常量，也可以用字符型變量，如A。這個模塊是分別與單片機的PB5、PB6、PB7、PB8、

51、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14、PB15口相接的。3.5 蜂鳴器電路圖3-9蜂鳴器電路像蜂鳴器這種電子訊響器，它的結(jié)構(gòu)是一體化的，我們主要使用直流電壓對它們進行供電的。在日常生活中，我們是經(jīng)?？梢钥匆姺澍Q器的運用的我們會經(jīng)常在電話機和定時器以及計算機當然還有報警器這些電子產(chǎn)品中見到蜂鳴器的使用的。蜂鳴器驅(qū)動電路是比較復雜的，它是由三極管、蜂鳴器、限流電阻這三個部分來構(gòu)成了主要結(jié)構(gòu)的。如果我們想要蜂鳴器發(fā)出聲音的話，那么我們就可以在蜂鳴器兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器），這樣的話，蜂鳴器就可以發(fā)出聲音了。蜂鳴器的主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓

52、、工作頻率、工作電流、驅(qū)動方式（直流/方波）等。蜂鳴器中的三極管的功能是很強大的，它的Q1是可以當做開關(guān)使用的，當三極管的基極是低電平的時候，這個時候三極管是可以飽和導通，而且這個時候蜂鳴器是可以發(fā)出聲音的；相反，當基極是高電平的時候，三極管就會關(guān)閉的，這個時候蜂鳴就不會在發(fā)出聲音了。還要注意到一個特殊的電阻，那就是限流電阻，它的作用是很強大的，它可以保護電路的，它可以在電路中的電流突然增大時，控制流入電路中的電流，使其達到一個平穩(wěn)的狀態(tài)，不會因為電流的突然增大而使電路元件受到損壞。蜂鳴器發(fā)出聲音從而達到提醒和預警的作用，是聲音預警功能中重要的元件。這個模塊是與單片機的PA4口相接的。三極管，

53、它是一種半導體器件，能夠控制電流。它可以把微弱的信號放大，放大成的電信號幅度值是很大的， 它也能夠做無觸點開關(guān)。而晶體三極管的作用就是放大電流，它也屬于半導體基本元器件，而電子電路的核心元件就是晶體三極管。它的接法可以用共發(fā)射極接法的，基極電流會隨著基極電壓變化的，如果基極電壓有微小的變化時，那么基極電流IB也會隨著變化的，而且集電極電流IC是會被基極電流IB控制的，這個時候集電極電流IC也會發(fā)生變化的，集電極電流IC會隨著基極電流IB的變大而變大也越大。通常情況下，基極電流的變化是比較小的，三極管的放大倍數(shù)是可以用IC的變化量與IB變化量的比值來表示的。如果要放大電流驅(qū)動蜂鳴器和馬達，我們必

54、須選擇合適的三極管，它也具有合適的放大倍數(shù)，當然三級管放大的優(yōu)點是很多的，它很容易實現(xiàn)，也很容易控制，而且成本是比較低的。3.6 LED燈電路圖3-10LED燈電路LED燈在當今社會的研發(fā)已經(jīng)越來越成熟。LED燈被廣泛的運用在各個照明領(lǐng)域。相對于普通白熾燈而言，它有很多優(yōu)點的，它可以讓我們使用很長時間的，而且它也不會傷害到我們的眼睛，它的功率消耗的也是很低的，所以對環(huán)境的保護也起到了一定的作用的，并且因為它的電流是很小的，它發(fā)出了的熱度也是很少的，就因為這些原因，使用它是很安全的。所以本次設計就是利用了LED的這些特性，進行夜間照明。這個模塊是與單片機的PA5口相接的。軟件設計4.1 Keil

55、 C51Keil C51 這個軟件提供的數(shù)據(jù)庫也是很豐富的。在你寫完代碼時，你會發(fā)現(xiàn)編譯后的代碼距離比較近，很密集，我們是很容易理解的。而且你也可以感受到用keil C51這個軟件生成飛目標代碼的效率是非常高的。而且你也會慢慢發(fā)現(xiàn)這個高級語言的優(yōu)勢在開發(fā)大型軟件的時候會很好的體現(xiàn)出來的?，F(xiàn)在目前使用的Keil的版本是V7版本，這個編譯器是很優(yōu)秀的，它的功能也很強大的。 如果想要安裝Keil C51的話，那么對系統(tǒng)的要求是相對比較低的，我們可以用一般的windows系統(tǒng)就好的。其實只有根據(jù)軟件安裝過程的順序與提示一步一步的安裝，過程也是很快很簡單方便的。 在Vision2編譯環(huán)境下，我們是可以用

56、Keil C51軟件來編寫我們的程序的。而且這種軟件開發(fā)平臺的功能非常強大的，它具有項目管理和源代碼編輯等這些主要功能，大部分的開發(fā)者還是很喜歡用這種軟件的。下面是界面圖 ：圖4-1KEIL運行界面4.2 程序設計框圖軟件在系統(tǒng)的設計中扮演著的必不可少的重要角色。硬件設計過程中我們將系統(tǒng)的硬件劃分為幾個模塊，軟件就是輔助這些模塊實現(xiàn)各自的功能。我們將軟件設計劃分為多個模塊。首先設計一個主程序，再分別編寫設計各個模塊的子程序。子程序的設計涵蓋有光敏電阻感應模塊及人感模塊中需要設置的程序的設計、報警電路的程序的設計等。4.2.1主程序設計主程序設計如圖4-2所示。開始后將硬件系統(tǒng)初始化，排除掉在還

57、未通電時硬件中殘留有其它的隨機信號的干擾。初始化之后，通過撥動開關(guān)電路設定是否有人在家。如果設定有人在家時，通過紅外檢測電路檢測門外，當有客人按下門鈴的時候，這個時候門鈴會響起來，也就是蜂鳴器會發(fā)出聲音，這樣的話主人就可以知道有客人來了。如果設定無人在家，檢測門外，判斷是否檢測到被動紅外線（有人停留）兩分鐘以上，檢測到蜂鳴器發(fā)出警報。檢測是否在夜間，在夜間時有人，開燈；無人時，關(guān)燈。圖4-2主程序設計框圖4.2.2子程序設計門外檢測的設定，主要檢測紅外線和光線。初始化后，熱釋電紅外線傳感器感應人體，光敏電阻判斷光線。人體感應模塊是利用紅外傳感器來對人體進行感應的。當熱釋電的紅外感應探頭感應到附

58、近有人時，自動進行計時，判斷來人是否停留超過兩分鐘，超過兩分鐘后，系統(tǒng)進入聲音報警的環(huán)節(jié)。圖4-3為人體感應模塊子程序框圖。圖4-3 人體感應模塊子程序框圖檢測門外是否有光線，主要是判斷夜間和白天，以便完成夜間照明的功能。如果沒有光線或者光線較暗（在夜間），則運行LED燈進行照明。圖4-4為光敏電阻電路子程序框圖。圖4-4光敏電阻電路子程序框圖5 焊接焊接與系統(tǒng)調(diào)試5.1 電路焊接該系統(tǒng)為實驗系統(tǒng)，沒有將電路板實際裝在到插座中，所以PCB圖相對較大。該控制系統(tǒng)是使用在220V市電中，當家庭用電電流較大時可能會使受到干擾而不能正常工作，所以PCB板采用雙面鋪銅并且與插座有良好的接地，以確保智能插

59、座不會在家用電器正常使用時突然斷電。我們所使用的智能插座控制系統(tǒng)PCB圖，這是我們使用Altium Designer這個軟件設計來完成的。 大家都知道傳統(tǒng)的焊接方法是手工焊接，在如今發(fā)達的時代，雖然大量的電子產(chǎn)品的設計與生產(chǎn)幾乎很少會用到這種傳統(tǒng)的方法了，但是假如我們需要對電子產(chǎn)品進行維修和調(diào)試的過程中，我們?nèi)匀徊荒鼙苊獾臅玫绞止ず附舆@種傳統(tǒng)的焊接方法。如果焊接的好，那么維修的效果也好，如果焊接的不好，那么維修的效果也不好。其實對于我們來說，手工焊接的技巧性很強，它可以提高我們的實踐性能力，所以當我們在了解了這種方法的時候，我們一定要勤加練習，多多實踐，這樣我們的焊接能力才會提高，而且焊接質(zhì)

60、量也會變好。我們要掌握正確的手工焊接握電烙鐵的方法,有三種方法，分別是正握、反握及握筆式。如果我們要焊接元器件或者是維修電路板的時候，這個時候用握筆式是最好的，因為這樣很方便的。手工焊接通常分為四個步驟進行：準備焊接:首先我們要把被焊元件處的積塵和油污打掃干凈,然后將被焊元器件旁邊的一些元器件盡量輕輕的往周圍挪一挪，我們把電烙鐵頭觸碰到觸到被焊元器件的那些焊錫處,這樣可以防止烙鐵頭在焊接過程中，把其他的元器件燙壞或者燒壞。注意如果要焊接新的元器件時,我們需要在元器件的引線上鍍上錫，這樣可以很方便的。加熱焊接:首先在電烙鐵頭涂上適量的焊錫和松香，然后將電烙鐵頭去輕輕接觸被焊元器件，時間大約就是幾