智能安防系统设计(共40页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 编号 毕业论文题 目智能安防系统设计学生姓名学 号院 系 专 业专心-专注-专业摘 要近年来随着社会的不断进步与发展，尤其是物联网的出现，人们的生活水平日益提高，生活方式也发生了很大的改变，因此作为社会的基本单元家庭财产的安全问题就显的尤为重要。这一问题的出现使得智能安防系统与居民的日常生活越来越紧密，如果发现有陌生人侵入，为了防止和减少危害，保护人身和财产安全，红外传感器就能给人们提前警示。随着“信息时代”的到来，传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其需求越来越迫切，要求也越来越高，但是目前的智能安防系统大多数存在功能简单，容易破坏，灵敏度不高等问题，而性能好，使用方便的一般存在价格高的问题。综合以上的两种问题，本文采用红外传感器，STC89C52单片机和矩阵键盘设置密码来识别是否是陌生人侵入，设计一套家庭智能安防系统，通过单片机控制报警系统，在检测到有陌生人侵入，单片机通过检测到该异常情况实现自动报警功能，实现了对家庭的安防作用。关键词：红外传感器、液晶显示、温度传感器、蜂鸣器、矩阵键盘 AbstractIn recent years, with the progress and development of the society, especially the emergence of the Internet of things, people's living standard is increasing day by day, life style and great changes have taken place, so as the basic unit of society - in the security problems of family property on the significant particularly important. The emergence of the problem makes the intelligent security systems and residents' daily life more and more closely, if it is found that a stranger invasion, in order to prevent and reduce the harm, to protect personal and property safety, infrared sensors can give people early warning. With the coming of the "information age", sensor technology has been significant progress, its application field is more and more widely, has become more and more urgent demand for it, demand is becoming more and more high, but the most intelligent security systems function is simple, easy to damage, the sensitivity is not high, but performance is good, easy to use commonly exists the problem of high price. Integrated the above two problems, this article USES the infrared sensor, STC89C52 single-chip microcomputer and matrix keyboard password to identify whether the stranger intrusion, design a set of home intelligent security system, alarm system by single chip microcomputer control, the invasion detected with strangers, microcontroller through detect the abnormal situation to realize automatic alarm function, realizes the security role of family.Keywords：Infrared sensor, LCD display, temperature sensor, buzzer, matrix keyboard目 录第一章 绪论随着人们生活水平的不断提高，特别是物质生活水平的提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人们带来的方便也是不可否定的。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。1.1 研究背景随着光电信息技术、微电子技术、微计算机技术与视频图像处理技术等的发展，传统的安防系统也正由数字化、网络化，而逐步走向智能化，这种智能化是指在不需要人为干预的情况下，系统能自动实现对监控画面中的异常情况进行检测、识别，在有异常时能及时作出预警或报警。 现在人们越来越重视个人和财产安全，利用系统实现报警功能是智能小区的基本标准之一，由于现在社会经济的发展楼房逐渐取代了平房，所以智能安防报警系统可以极大的减少社会的财产损失。现已经掌握了烟雾、火、门磁、指纹识别采集技术，在防护方面，对指纹图像进行处理，构成门禁系统，加强了防护功能。安防系统中报警是一种性价比比较高的装置，涉及到机器的功能、可靠性以及在使用过程中是否方便、便于编程等一系列的问题，采取单片机智能控制，节约成本，使产品达到交互式与智能化。1.2 智能安防系统的发展现状人类的居住环境经过几次革命性的变化，原始人居住在窑洞里，后来渐渐的学会了用自己的双手，建造可以能遮风挡雨的屋子，进入了21世纪，人类步入了信息时代，智能化住宅就是信息化社会的产物。我国从70年代初期开始研制各种报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。随着企业和住宅小区需求的凸现，智能安防当前面临全新的发展契机，由于智能安防行业的特殊性，国家对智能安防产业的发展一直都给予政策上的鼓励 。在国家“十二五”发展规划中，将安防规划单独列明，明确指出要“加强公共安全体系建设，适应公共安全形势变化的新特点，推动建立主动防控与应急处置相结合、传统方法与手段相结合的公共安全体系”。可见安防产业已经受到国家的重视并有相应政策上的支持，这将对安防业的发展起到不可估量的推动作用，根据中国安防行业“十二五”发展规划(2011-2015)，到“十二五”末期，我国的安防产业规模将实现翻一番的总体目标，到2015年，我国安防产业总产值将达到5000亿元，因此我国安防智能化产业正在面临巨大的市场机遇，具有广阔的市场空间。 近些年来，全国各地的平安城市建设如火如荼得展开，建设思路也逐渐向数字化、网络化、集成化、智能化的方向发展。伴随着人们对建筑安防系统的愈发重视和建筑业及建筑智能化行业的积极发展，传统建筑的智能化改造以及新建建筑的智能化投资建设进入了快速发展的阶段，作为建筑智能化的一个重要的子系统，安防智能化市场将迎来巨大的发展机遇，市场前景非常广阔，预计到2015年，我国安防智能化市场规模将达到1，609.6亿元。 1.3 研究的主要内容智能安防系统可以简单理解为图像的传输和存储、数据的存储和处理准确而选择性操作的技术系统，就智能化安防系统来说，一个完整的智能安防系统主要包括门禁、报警和监控三大部分。本设计主要是三大部分中的报警部分，主要是通过身份识别，输入正确的密码，才能进入，防止陌生人的侵入。系统硬件设计中包括键盘模块、显示模块、报警模块，系统软件设计介绍了系统软件的总体架构，各组成部分的程序设计，包括在室内主人输入密码后可以修改显示的时间、星期、温度值的程序，利用单片机的知识和各种功能芯片完成本次设计。第二章 系统设计方案2.1 系统功能需求分析本次设计的智能安防系统主要功能是防止陌生人侵入，从而保护人身和财产安全，减少损失，为用户提供良好的生活环境。下面具体针对智能安防系统来介绍系统的功能。2.1.1 温度监测温度是人体对周围环境最敏感的要素之一，温度传感器在用户的设置下会自动的采集室内温度信息，并将采集到的信息送到显示模块显示，如果温度值超过30摄氏度时，蜂鸣器就会自动报警，从而实现室内温度的控制，保证舒适的居住环境。2.1.2 非法入侵监测为了提高居住人员的生命财产安全，将红外传感器安装在门、窗、车库、花园等隐蔽的地方，实时监测非法入侵情况的发生，当监测到非法入侵事件时，传感器信号被发送到管理中心，管理中心将启动报警系统，直到有人按下开关就停止报警，保障家庭财产不受损失。2.2 功能要求2.2.1 系统总体要求(1) 要求该系统在不影响人们正常生活的情况下正常使用，在有人和无人的情况下都能正常使用。 (2) 系统要求在险情出现时，自动实现报警直到有人按掉报警开关就停止报警。 (3) 要求系统灵敏度高，监测能力强。2.2.2 硬件设计要求 (1) 小型化：为了保证设备外观漂亮，应尽量保证节点的体积小型化。 (2) 低功耗：由于设备需要长期在无人值守的情况下工作，所以要使用低功耗的器件以节约能源延长使用寿命。 (3) 可靠性：为了保障各监测节点能够正常工作，必须提高硬件的可靠性。 (4) 可扩展性：当有新的监测对象引入该系统时，不同类型的传感器模块的信号形式与大小可能制约系统的兼容性，系统的硬件设计必须具有较高的可扩展性。2.2.3 软件设计要求 (1) 模块化结构：保证软件设计的各部分采用模块化结构设计，任何一个模块的更新和改进都不会影响到其他模块 (2) 严格遵守各总线的通信协议2.3 系统的可行性分析智能安防系统是通过一定的手段对被控制的场合环境进行看管，异常情况发生就自动报警，它是检测系统与报警系统的紧密结合，在智能系统中安全防范有着非常重要的意义，直接决定了该系统的智能水平。基于智能报警系统是一种廉价的，可靠的安防报警方式，通过单片机的控制和蜂鸣器报警完成整个报警过程，所以本系统的初步设计方案理论上可行，而且设计的可扩展性前景可观。第三章 系统硬件设计3.1 总体设计智能安防系统总体设计的控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，时钟芯片DS1302实现实时时间的变化，用液晶显示器JM12864实现温度和时间的显示，数据存储AT24C02来存储开门和修改时间的密码，红外传感器和蜂鸣器实现报警检测，矩阵键盘实现密码的设置，硬件系统共由8个模块组成，以实现智能安防系统的设计，如图3-1所示。图3-1 系统整体框图3.2 主控制器模块单片机最小系统包括单片机（STC89C52）、晶振电路、复位电路、工作电源电路、程序存储器选择电路五个部分。3.2.1 中央处理单元STC89C52STC89C52 是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Eras-able Read Only Memory），低电压，高性能的CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000 次，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC的STC89C52是一种高效微控制器，STC89 单片机为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。STC89C52单片机存储器结构采用的是哈佛型结构，程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）是分开的，有各自的寻址系统和控制信号，分别用不同的指令操作，ROM用来存放编写的程序和常用表格，RAM用来存放程序运行的数据和结果。STC89C52提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/0口线，看门狗（WDT），两个16位定时/计数器，5个中断源，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，支持两种节电工作模式，空闲方式：停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作；掉电方式：保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。STC89C52单片机的引脚如图3-2所示。 图3-2 STC89C52单片机的引脚P0-P3口均是并行I/O口，其中的P0口和P2口除了可以进行数据的输入、输出外，通常还用来构建系统的数据总线和地址总线，P0口为真正的双向口，P1-P3口为准双向口，其中P3口还有第二功能，为5个中断源（两个定时器、两个外部中断、串行口）的引脚接口。3.2.2 晶振电路晶振有两种，6 MHZ和12MHZ，本设计采用12MHZ，如图3-3所示。图3-3 晶振电路3.2.3 复位电路复位是单片机非常重要的工作状态，任何单片机系统都是由复位状态进入正常工作状态。复位操作的条件是加两个机器周期以上的高电平，复位后CPU的状态如下：PC的值为0000H，除SP的值为07H，一般的特殊功能寄存器的有效位都为0，P0-P3口锁存器的值为FFH，是为作为输入口而准备的。复位电路有两种方式，上电复位和按键复位，本设计采用按键复位，如图3-4所示。图3-4 复位电路3.2.4 程序存储器选择电路当EA=1时，CPU从芯片的内部的ROM中取指令运行，但超过4KB范围的程序，也从外部扩展的ROM中取得；EA=0时，只从外部扩展的ROM取指令运行。3.3 显示模块3.3.1 液晶显示JM12864简介JM12864液晶显示模块，可以显示芯片内给定的8×4行，16×16点阵的汉字和图形，还可以显示自定义的汉字与图形，利用该模块灵活的接口方式和简单，方便的操作指令，可构成人机交互图形界面。3.3.2 液晶显示JM12864引脚及功能(1) 液晶显示JM12864引脚如图3-5所示。 图3-5 液晶显示JM12864引脚(2) 管脚功能描述如下（共20个引脚）：  1号、VSS 模块的电源地 ；2号、VDD 模块的电源正端 3号、V0 LCD驱动电压输入端  4号、RS(CS) 并行的指令/数据选择信号，串行的片选信号；高电平选择数据存储器，低电平选择指令存储器 5号 、R/W(SID) 并行的读写选择信号；串行的数据口 ，高电平读操作，低电平写操作 6 号、E(CLK) 并行的使能信号；串行的同步时钟 ，高低，配合W进 行写数据或指令 ，高电平时配合R进行读数据或指令 7-14号（DB0DB7）数据线0-7 15 号、PSB  并/串行接口选择：H-并行；L-串行  16和18号是 NC空脚  17号、 RET 复位，低电平有效 19号、 LED_A 背光源正极（LED+5V）；20号、 LED_K 背光源负极 （LED-OV）3.3.3 内部存储空间液晶显示JM12864内部存储空间有三种存储方式：(1) 字型产生ROM（CGROM）字型产生ROM（CGROM）提供8192个常用字符，此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制，屏幕显示开DDRAM 的内容就显示在屏幕上。(2) 字型产生RAM(CGRAM)，允许用户自定义字型产生RAM提供图象定义(造字)功能，可以提供四组16×16点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样的通过DDRAM显示在屏幕中。(3) 显示数据RAM（DDRAM） 模块内部显示数据RAM提供64×2个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H0006H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将选择CGRAM的自定义字型，02H7FH的编码中将选择半角英数字的字型。 字符显示RAM在液晶模块中的地址80H9FH，字符显示的RAM的地址与32（8*4）个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如表3.1所示，共32个字节的RAM缓冲区。表3.1 DDRAM与显示位置对应表80H 81H 82H 83H 84H 85H 86H 87H 90H 91H 92H 93H 94H 95H 96H 97H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 8EH 8FH 98H 99H 9AH 9BH 9CH 9DH 9EH 9FH 3.3.4 液晶显示JM12864的指令集模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令，基本指令有11条，扩充指令有7条不做要求，本设计用到基本指令中的三条，分别是：第一条清除显示，第二条显示状态开关，第三条功能设定，其中忙检测BF标志提供内部工作情况，BF=1表示模块在进行内部操作，此时模块不接受外部指令和数据，BF=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。下图为基本指令表以及三条指令的说明，如表3.2所示。表3.2 基本指令表 (1) 清除显示功能：清除显示屏幕，把DDRAM位地址计数器调整为“00H” (2) 显示状态 开/关 功能：D=1，整体显示ON；C=1，游标ON；B=1，游标位置ON (3) 功能设定 功能：DL=1（必须设为1），RE=1，扩充指令集动作；RE=0，基本指令集动作 3.4 时钟DS1302模块3.4.1 时钟DS1302简介（SPI总线）DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，采用SPI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和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。3.4.2 DS1302引脚及功能(1) DS1302引脚如图3-6所示。 图3-6 DS1302引脚(2) 管脚功能描述如下：  X1、X2 32.768KHz 晶振管脚  GND 接地  RST 复位脚  I/O 数据输入/输出引脚 SCLK 串行时钟  Vcc1、Vcc2 电源供电管脚 3.4.3 内部存储空间DS1302的所有功能都是通过对其内部地址进行操作实现的，其内部存储空间分为2部分：80H91H为功能控制单元，C0HFDH为普通存储单元。所有单元地址中最低位为0表示将对其进行写数据操作，最低位为1表示将对其进行读数据操作。(1) 特殊存储单元（80H91H），存放DS1302的时间相关的数据，用户不能用来存放自己的数据，如表3.3所示。表3.3 特殊存储单元寄存器名命令字节范 围位内容读写D7D6D5D4D3D2D1D0秒81H80H0059CH秒的十位秒的个位分83H82H00590分的十位分的个位时85H84H0112或002312/240A/PHR小时个位日87H86H013100日的十位日的个位月89H88H01120000/1月的个位星期8BH8AH010700000星期几年8DH8CH0099年的十位年的个位 注意：1 秒寄存器的CH位：置1，时钟停振，进入低功耗态；置0时钟工作2 小时寄存器的D7位：置1，12小时制（D5置1表示上午，置0表示下午）；置0，24小时制（此时D5、D4组成小时的十位）。(2) 普通存储单元（C0HFDH），是提供给用户的存储空间，如表3.4所示。表3.4 普通存储单元寄存器名命令字节范围 位内容读写 D7D6D5D4D3D2D1D0写保护8FH8EH00H80H WP0涓流充电91H90H- TCSDSRS时钟突发BFHBEH-RAM突发FFHFEH-RAM0C1HC0H00HFFHRAM数据 00HFFHRAM30FDHFCH00HFFH注意：1 WP：写保护位：置为1时，写保护；置为0时，未写保护。2 TCS：1010时慢充电；DS为01，选一个二极管，为10，选2个二极管；11或00，禁止充电。3.4.4 DS1302初始化（一般程序设计流程）(1) 注意对DS1302的读写操作必须在RST为1时才允许操作。(2) 确认对DS1302是读操作还是写操作：写操作时必须关闭写保护寄存器的写 保护位（0x00），读操作时跟此寄存器无关。(3) 确认是否需要对备用电池充电操作。(4) 确定采用单字节操作还是突发模式操作： 单字节读写操作： a 写操作：先写地址（RW=0，允许写数据的单元地址），然后写数据 b 读操作：先写地址（RW=1，允许读数据的单元地址），然后读数据 突发模式读写操作： 时间/日历特殊寄存器必须一次读写8个寄存器 RAM普通寄存器可一次读写131个寄存器 a 写操作：先写地址（0xBE（特殊）/0xFE（普通），然后写多个数据 （8个（特殊）/131（普通） b 读操作：先写地址（0xBF（特殊）/0xFF（普通），然后读多个数据（8 个（特殊）/131（普通）(5) 读写操作完毕（写操作完成后必须打开写保护寄存器的写保护位（0x80）3.5 温度传感器DS18B20模块3.5.1 DS18B20简介（单线总线）DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点，因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单和容易操作的优点，在一根通信线，就可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。3.5.2 DS18B20引脚及功能 (1) DS18B20引脚如图3-7所示。 图3-7 DS18B20引脚(2) 管脚功能描述如下：  GND电压地，外接电源地引脚 DQ数据输入/输出引脚 VDD电源电压，外接电源输入引脚 NC空引脚不需连接3.5.3 DS18B20内部结构DS18B20共有三种形态的存储器分别为：ROM 只读存储器（8个字节）、RAM 数据暂存器（9个字节）、EEPROM 非易失性存储器（3个字节）。(1) DS18B20内部结构如图3-8所示。图3-8 DS18B20内部结构(2) ROM 只读存储器： 用于存放DS18B20的ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是 28H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验），DS18B20共8个字节（64位）ROM，数据在出产时设置不由用户更改。(3) RAM 数据暂存器：用于内部计算和数据的存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。(4) EEPROM 非易失性存储器：用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和用户配置寄存器，DS18B20共3个字节的EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。3.5.4 DS18B20温度值的转换DS18B20可完成对温度的测量，以12位转化为例，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。这12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位。如下所示。(1) 如果测得的温度大于0，前5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度，如下所示。+25.06250000 0001 1001 00010191h(2) 如果温度小于0，前5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度，如下所示。-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh3.5.5 DS18B20操作流程若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令（0xCC）、执行温度转换存储器操作指令（0x44）、等待800uS温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM指令（0xCC）、执行读RAM的存储器操作指令（0xBE），读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）。读当前的温度是主机（单片机）控制DS18B20完成的，只有完成复位、发送ROM指令、发送RAM指令这三步，才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。DS18B20操作流程图如图3-9所示。图3-9 DS18B20操作流程图(1) 控制器发送复位信号：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480us的低电平信号。(2) DS18B20回复存在脉冲应答：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在1560us后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60240us的低电平信号，至此，通信双方已经达成了基本的协议。 (3) 控制器发送ROM指令：ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令为8位长度，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别。(4) 控制器发送存储器操作指令：操作指令为8位，共6条，存储器操作指令的功能是命令DS18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。(5) 执行或数据读写：指令执行或数据的读写，要依存储器操作指令而定。3.6 数据存储AT24C02模块3.6.1 数据存储AT24C02简介(IIC总线)AT24C02提供2k位的串行电可擦写可编程只读存储器（EEPROM），组织形式为256字×8位字长，采用IIC总线接口，仅使用两根连线（数据线、时钟线）便可以实现全双工同步数据传输。3.6.2 AT24C02存储模块的引脚及功能(1) AT24C02引脚如图3-10所示。 图3-10 AT24C02引脚(2) 管脚功能描述如下：  A0、A1、A2 芯片的引脚地址和页面选择输入 VCC、GND芯片的供电引脚 SCL IIC总线接口的串行时钟线 SDAIIC总线接口的串行数据线 WP 写保护引脚3.6.3 IIC 总线协议定义(1) 只有在总线空闲时才允许启动数据传送（时钟线与数据线都为高电平时为 空闲信号）。 (2) 在数据传送过程中，当时钟线为高电平时数据线必须保持稳定状态，数据线的高或低电平状态只有在SCL 时钟线是低电平时才能改变。(3) 起始信号： 时钟线保持高电平期间，数据线电平由高低的跳变（开始传送数据）(4) 停止信号： 时钟线保持高电平期间，数据线电平由低高的跳变（结束传送数据）(5) 起始信号和停止信号类型图如图3-11所示。图3-11 起始信号和停止信号3.6.4 AT24C02存储模块的读写操作读写操作要严格按照时序图的要求进行操作，高位在前，低位在后；上升沿数据写入，下降沿数据读出。(1) 读操作 读字节操作： 分为：立即/当前地址读多字节操作、选择/随机地址读多字节操作 读页操作： 顺序/连续地址读操作(2) 写操作： 字节写操作（顺序：地址信息存储单元的字节地址数据） 页写操作（AT24C02：8字节，字节多于8个会自动覆盖前面所写入的单元）在写操作完成后，需要一定的延时来完成内部写周期，也可以进行忙检测，否则操作就会失败3.7 4*4矩阵键盘模块3.7.1 矩阵键盘简介4*4的矩阵式键盘由4根行线和4根列线交叉构成，按键位于行列的交叉点上，就构成了16个按键。如图是16个按键的矩阵式键盘，分别定义为0-9的数字键与其他的功能键。如图3-12所示。图3-12 矩阵式键盘3.7.2 矩阵键盘工作原理采用行扫描法，判断中是哪个按键按下，先将某一条行线置为低电平，然后检测列线的状态，只要有一列的电平为低，则表示中有键被按下，若所有列线均为高电平，则中无键按下，最后读取键盘的值，确定是16个按键中的某个按键被按下。3.7.3 键盘的消抖方法机械式按键按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常有一定时间的机械抖动，抖动时间与触点材料的机械特性有关，一般为5-10ms，然后才能稳定下来，消除抖动有两种方法：(1) 硬件消抖：通常用稳态电路或滤波电路(2) 软件消抖：一般采用软件延时，延时时间为10ms3.8 蜂鸣器模块3.8.1 蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用供电，广泛应用于、打印机、复印机、报警器、汽车电子设备、电话机、等电子产品中作发声。在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警。3.8.2 蜂鸣器电路原理图蜂鸣器驱动电路一般有4个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。如图3-13所示。 图3-13 蜂鸣器驱动电路3.9 红外传感器模块3.9.1 红外传感器简介红外传感系统是用红外线为介质的，红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。本设计采用的是人体红外传感器， 一般用在企业、宾馆、商场、库房等敏感区域、安全区域和报警系统中，不但适用于防盗报警场所，也适于对人体伤害极为严重的高压电及X射线、射线工业无损检测。3.9.2 红外传感器原理 (1) 实物图：红外传感器一般有3个部分：接地引脚、接电源引脚和一个控制引脚。如图3-14所示。图3-14 红外传感器(2) 工作原理：一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，由于两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是就输出检测信号。 3.9.3 红外传感器特点(1) 人体红外线传感器的功耗很小，能长期可靠工作，同时由于其不发射任何类型的辐射信号，不易被常规手段侦测到，所以在安全监控领域得到大量使用。(2) 人体红外线传感器容易受各种热源、光源、射频辐射的干扰，其穿透力也差。(3) 人体的红外辐射容易被各种物体遮挡，并且当环境温度和人体温度接近时， 探测灵敏度会明显下降。(4) 全自动感应，当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。第四章 系统软件设计4.1 时钟DS1302时序图4.1.1 单字节读操作图4-1 单字节读操作(1) 数据输入：经过8个时钟周期的控制字节的输入，一个字节的输入将在下8 个时钟周期的上升沿完成，数据传输从字节最低位开始。(2) 数据输出：经过8个时钟周期的控制读指令的输入，控制指令串行输入后，一个字节的数据将在下个8个时钟周期的下降沿被输出，注意第一位输出是在最后一位控制指令所在脉冲的下降沿被输出，要求RST保持位高电平。4.1.2 单字节写操作图4-2 单字节写操作(1) CE必须在高电平时，才能对DS1302读/写操作(2) 低位在前，高位在后，一个SCLK周期传递一位(3) 上升沿输入，下降沿输出(4) 先写地址（RW=0，允许写数据的单元地址），然后写数据(5) 先写地址（RW=1，允许读数据的单元地址），然后读数据4.1.3 DS1302时序图图4-3 DS1302时序图注意：(1) R/W：1可以读；0可以写(2) R/C：1普通存储器；0特殊寄存器4.2 温度传感器DS18B20时序图4.2.1 初始化（复位脉冲+应答脉冲）主机发送复位脉冲，从机回复应答脉冲，应答脉冲可以让主机知道从机设备正在一线总线上并且已经准备好了，可以接收或发送数据了。如图4-4所示：图4-4 初始化4.2.2 写时序（写0、写1）写时序有两种，一是写位函数，每次写1位数据；二是写字节函数，每次写8位数据，即1字节数据，写的时候是低位在前，高位在后。如图4-5所示。图4-5 写时序4.2.3 读时序（读0、读1）读时序有两种，一是位读出函数，每次读1位数据；二是读字节函数，每次读8位数据，即1字节数据，读的时候是低位在前，高位在后。如图4-6所示。图4-6 读时序4.3 应用软件设计流程图4.3.1 主程序流程图主程序流程图如图4-7所示。图4-7 主程序