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作者：江苏建筑职业技术学院信息电子工程学院 章全 陈大陆 张留杰
指导教师：司元雷 周留军

　　作品简介

　　随着高新技术的不断发展，人民群众的居住和办公条件和水平得到了极大地提高，因而人们对所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，安全防范系统的布设就显得极为迫切和重要了。因此，在这样的社会背景和需求下，智能公寓防盗报警系统也就应运而生了，智能公寓防盗系统是电子技术、通信技术、传感与检测技术和计算机技术等多种现代先进技术相结合的产物，而且它已经日益成为小区智能化的必要组成部分;而随着科技的发展，一些重要又实用的辅助功能也逐渐被集成在智能公寓系统中，其中最为广泛使用的是自动照明系统，智能公寓灯光能够实时开启以及开启后能及时关闭，在当今工业水平飞速发展，国家能源日趋紧张的情况下，这些具有节能作用的自动控制功能也就得到了越来越多的重视。基于以上需求，我们设计并制作了一套实用的智能公寓中防盗及照明系统。
　　结构及功能使用说明：　　

　　系统由控制器、显示模块、时钟模块、传感器模块、温度检测检测模块、报警模块和灯控模块等7部分构成。系统可以实时显示时间、温度、进入人数等信息，并可以根据需要发出不同的报警信号，另外还具有节能照明功能，在实际的智能公寓中具有很强的实用性。同时本系统成本低廉、操作简单、报警及时准确，具有较高的应用前景。具体功能如下：
　　(1)在00:00—06:00，该系统处于防盗状态，假设此时有人进入，则发出声报警，并且可以记录此时的时间，用户可以通过按查询按键查看时间。
　　(2)在06:00—18:00，该系统处于记录人数工作状态，假设此时有人进入，LCD12864会实时显示实际进入的人数、当前温度，如果进入人数超出最大值，则发出声报警。;
　　(3)在18:00—00:00，该系统处于节能照明状态，假设此时有人进入，则灯亮;

　　平台选型说明

　　1.方案一
　　8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器，由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外焊接其他的芯片，从而造成成本较高。

　　2.方案二
　　采用大赛指定STC15F2K60S2芯片，该芯片内部既有ROM，又与MCS-51兼容，而且ISP在线编程技术适用STC15F2K60S2芯片中，这样既降低了成本也无需反复插拔芯片，可避免损坏芯片管脚,同时可省去了仿真器和专用编程器，大大减低了操作难度和成本。

　　3.方案比较
　　经过两者比较，我们决定采用型号STC15F2K60S2为控制核心单片机芯片。

　　设计说明

　　1、方案设计
　　为了实现系统所要求的功能，把整个系统功能穿插在不同的时间段。把一天分为00:00—06:00，07:00—18:00，18:00—00:00三个时间段，在00:00—06:00时间段内处于防盗状态，当检测到有人进入则发出声报警，并记录进入时间，该时间能够在系统掉电的情况下依然存储无误，此时由单片机定时器设置定时5秒，5秒以后报警取消，同时保存进来的时间，如有人在进入，保存最后一人进来的时间。第二在06:00—18:00时间段内处于检测人数状态，每当一个人进入，则计数一次，当达到人数上限时，发出报警，人数上限可以手动修改。第三在18:00—00:00时间段内处于灯控状态，当检测到有人进入则点亮楼道照明灯，无人时则关闭照明灯，此时由单片机定时器设置定时5秒，5秒以后灯。
　　①、存储模块选择
　　① 方案一
　　AT24C02是低功耗CMOS型E2PROM，内含256*8位存储空间，具有工作电压宽(2.5～5.5V)，擦写次数多(大于10000次)，写入速度快(小于10ms)，抗干扰能力强，数据不易丢失，体积小等特点。并且它是采用I2C总线式进行数据读写的串行操作，只占用很少的资源和I/O线。AT24C02有一个16字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作，还有一个专门的写保护功能。
　　方案二
　　STC15F2K60S2内部有大容量EEPROM。
　　方案比较
　　基于前两种方案的比较，最终选择了利用STC15F2K60S2内部EEPROM，这样不仅电路简单同时也可以节省成本，也符合设计要求。
　　②、时钟模块的选择
　　方案一
　　DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V。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内部有一个31×8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。
　　方案二 本次设计选择用开发板上的PCF8563时钟芯片
　　PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。PCF8563 的多种报警功能定时器功能时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路(1.0V) 以及两线制I2C 总线通讯方式，不但使外围电路及其简洁，而且也增加了芯片的可靠性同时每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量，当然作为时钟芯片，PCF8563 是一款性价比极高的时钟芯
　　方案比较
　　基于前两种方案的比较，最终选择PCF8563。
　　③、温度传感器的选择
　　方案一
　　DS18B20能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
　　方案二
　　DS1820是一款较旧的温度传感器，传统的热敏电阻需要转换信号，才能令单片机读取数据。
　　方案比较
　　在本系统中主要是对建筑内部的温度测试，运用DS18B20测试温度准确，测试范围较广，能针对突发行的高温进行测试，可以对其设定超过设定值时报警，能提升建筑的安全性能，增强人身安全。因此选用型号为DS18B20的芯片。
　　④、光电传感器的选择
　　方案一
　　光电传感器E18-DS10NA，它是NPN型常开光电管，光电开关。工作电压直流DC6～36V，三线制，NPN，常开;特点：长寿命和高可靠性、红色LED显示可以检查传感器的状态、经济并且简单的操作、运用广泛。
　　方案二
　　热释电传感器性能较好，但价格昂贵，用在本系统下较浪费。
　　方案比较
　　经过比较最终选择长寿命和高可靠性、红色LED显示可以检查传感器的状态、经济并且简单的操作、运用广泛的光电传感器E18-DS10NA。
　　本系统以STC15F2K60S2单片机芯片为核心，用时钟芯片PCF8563 提供时间、温度传感器DS18B20检测当前温度、用STC15F2K60S2内部EEPROM来保存时间、用LCD12864来显示时间、温度、最大人数、记录人数、用光电传感器来检测人。

　　2、硬件设计原理图：　　

　　3、软件设计
　　①.系统总框图如下所示：　　

　　②、DS18B20
　　测温模块主要是有温度传感器DS18B20。它的测温范围 -55℃～+125℃，固有测温分辨率0.0625℃，同时DS18B20具有转换精度高和应用电路简单等许多优点。DS18B20读取温度过程如下流程图所示：　　

　　③、DS1302
　　显示当前时间、日期主要是用DS1302时钟芯片实现，单片机不断的从该芯片里面读取时间和日期，然后送到LCD12864里面显示，如果显示的时间不是当前的时间，可以经过按键调整到当前的时间和日期。DS1302时钟芯片的工作流程如下流程图所示：