基于红外传感器的公共场所人流量统计系统_设计毕业设计论文.doc

西南科技大学本科生毕业论文 本科毕业设计（论文）基于红外传感器的公共场所人流量统计系统设计摘要: 随着科学技术的不断发展，我们的生活也不断的朝智能化方向发展。各种智能化产品频繁出现在我们的生活中，其中单片机是最常用的智能化控制核心，为了能更好的了解单片机，我打算利用单片机设计一个公共场所人流量统计系统。本系统采用stc89c51单片机作为整个系统的控制核心，利用人体红外感应模块来检测是否有人员通过门，有人员通过则输出高电平，再根据实际情况由单片机判断人员是进入还是出去，最后将人员进出情况送液晶屏显示。同时系统还具有显示时间和时间可调的功能，这将使我们能更加直观的了解到各个时段人流量的变化情况。本次设计中的单片机控制程序采用c语言编写，具有结构清楚，便于理解以及改进功能的特点。关键词：人流量统计；人体红外感应器；51单片机 西南科技大学本科生毕业论文 design of the flow of people statistics system based on infrared sensorabstract : with the development of science and technology, our lifehas beendeveloping in the direction of intelligence. various kinds of intelligent products often appear in our lives, scm is thecore ofintelligentcontrol ofthe most commonly used, in order to betterunderstanding of scm, im going todesign apublictrafficstatistics systemusing single chip microcomputer. the system uses stc89c51microcontroller as thecontrol core of the whole system, using the infrared human body induction module to detect whether there is the people through the door, some peoplethrough the door infraredhuman body induction moduleoutput high level. according to the actualsituationby themicrocontroller judgmentpersonnelinto andout of, finally,willsendthe lcd screen display. at the same time,the system also hasthe function ofdisplayingtime andtime can be adjusted, this will enable us to understand the changes of the flow of people more intuitive. scm control programof this designusing c language, has the advantages of that the structure is clear, easy to understand and improve the functions .key word: the flow of people statistics, the human body infraredsensor, the 51single chip microcomputer 西南科技大学本科生毕业论文 iv 目 录第1章 绪 论11.1 选题背景及意义11.2 人流量统计系统的需求分析21.2.1 国内外研究现状21.2.2 生产需求状况21.3 本文的工作和结构3第2章 设计方案研究42.1 设计内容42.2 设计方案讨论4第3章 人流量统计系统的硬件电路63.1 单片机最小系统系统63.1.1 stc89c51芯片简介63.1.2 stc89c51各引脚功能63.1.3 最小系统电路图93.2 ds1302时钟芯片模块103.2.1 ds1302时钟芯片简介103.2.2 ds1302芯片工作原理123.2.3 ds1302的寄存器和控制命令123.2.4 时钟电路143.3 lcd1602液晶显示模块153.3.1 lcd1602简介153.3.2 lcd1602指令及时序说明163.3.3 lcd1602的ram地址映射183.3.4 显示电路的设计193.4 人体红外感应模块203.4.1 人体红外感应模块说明203.4.2 人体红外感应模块的硬件电路连接223.5 系统性能仿真223.5.1 仿真结果223.5.2 仿真分析243.6 硬件调试25第4章 系统的软件设计264.1 系统整体流程图264.2 时间显示及设置流程图274.3 判断人数流程图28总 结30致 谢31参考文献32附录133附录235西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 选题背景及意义当今社会，城市发展十分迅猛，城市的人口急剧增长，人员流量日益加大。客流通常也被称作人流量，是大型商场、购物中心、连锁店、机场、车站、博物馆、展览馆等公共场所在管理和决策方面不可缺少的数据，对于零售业而言，人流量更是非常基础的指标。在商业竞争日益激烈的今天，有效的商业管理已经成为商业营销成败的重要因素。商业模式逐步由传统坐商向极具主动性的行商转变，对商业管理者提出了更高要求：必须在最短时间内对市场的微弱变化做出快速反应，且具备市场预见性和最大限度的节约商业运做成本，提高商场日常经营决策的科学性、购物环境舒适性、人力资源调配的合理性等。因其与销售量直接的正比关系，人们对人流量统计数据的重视由来已久。人流量对于依赖于人流量量的产业来说意义重大。就拿零售业来说，顾客是货币的携带者，又是商品的潜在购买者，研究流量规律，可以增加销售机会，将观看者转变为购物者，最大限度地挖掘商场的销售潜力，增加利润。人流量是重要的衡量工具，通过这一准确的量化的数据，您不但可以获得您的商场、购物中心、博物馆或者飞机场完整的正在运行的状况，而且您还可以利用这些高精度的数据，进行有效的组织运营工作！人流量统计的重要性主要可以表现在以下这些方面：通过统计出入口的人流量，您可以了解出入口设置的合理程度；通过统计出入口人流量进出的方向，可以了解出入通道设置的合理程度；通过统计主要楼层人流量状态，从而进行店面的合理分布；统计各个区域的吸引率和繁忙度；有效评估所举行的营销和促销投资的回报；根据人流量变化，更有效分配物业管理、维护人员 ；通过人流量人群转化率，提高商场服务质量；通过人流量人群购买率，提高营销和促销的效率 计算人流量人群的平均消费能力；客观决定租金价位水平；评估和优化宣传广告和促销预算。他们根据来访顾客数量的多少来决定回馈顾客资金的使用。他们可以知道什么时间是开关店的最佳时间。获得了更多在销售过程中有关销售和访问者方面的真实想法。显示当前人流量状态和变化趋势，管理人员可以对流量比较大的区域采取预防突发事件措施1，并可实施观察商场当前的实际人数等等。1.2 人流量统计系统的需求分析1.2.1 国内外研究现状人们对人流量统计数据最早的方式是靠人工统计的方法来实现的。商场派出若干名员工在预先设定好的时间内，在出入口持续地对进入商场的顾客通过目测进行计数，然后利用手工统计的方式来了解、掌握商场的客流信息。由于当今社会市场竞争异常残酷，人工统计方式已经完全不能满足市场需求，逐步被自动化统计所取代已是必然趋势。红外遮挡系统和压力传感系统是早期自动客流信息统计所采用的主要方法，虽然它们具有易实现、低成本等优点，但是也有计数不准确、应用场所有 限等缺点。特别是在人流密集拥堵时，统计结果误差很大。随着科学技术的飞速发展，传感器技术也越来越多的应用在了客流量采集方面，出现了基于传感器的客流信息采集系统，但此系统适应性不强，仅适于客流量小的场所。后来又引入的压力传感器计数技术，通过对人体通过压力传感器时产生的压力信号进行判断来确定人数。然而压力传感器的缺点也很明显，不但客流密集时不能准确计数，而且使用寿命短，安装调试也很不方便。近年来的研究热点是基于视频的客流统计方法。随着计算机技术的飞速发展和图像处理技术的日益兴起与不断发展，传统的客流统计方法所面对的很多问题有了新的应对方法。采用视频分析技术的视频客流统计系统开始崭露头角，因其优越的性能、精确的统计结果、简单的安装实现方式以及低廉的成本等特性，正逐步被商场等购物场所采纳使用2。据统计，目前香港、日本、新加坡、欧美等发达国家和地区90%以上的大型商场及连锁商业网点都在广泛使用实时客流分析系统。1.2.2 生产需求状况对于那些希望切实监控商场各个门店客流销售情况，并且正确的做出决策的管理者，人流统计分析是一个很好地辅助工具。它可以向管理者展示当前的事实客流数据，使管理者对各个时段的客流做出分析，高效的完成商场的管理工作。对于人流量比较集中的大型公共场所，掌握各个区域的人流量变化情况显得更加重要，管理者可以提前对流量比较大的区域采取预防突发事件措施，所以说人流量统计系统的发展前景非常好。随着电子技术的迅猛发展，智能视频技术将成为研究的热点，并替代传统的人流统计系统。1.3 本文的工作和结构本次设计的主要内容是：以51单片机为核心，添加必要的元器件，实现一个简易的人流量统计系统，它符合人流量统计的基本要求，并且具有显示时间和时间可调的功能。论文首先讨论了研究方案的选择以及各种元器件的选择之后，开始介绍整个系统的硬件电路的各个模块的功能，以及整个系统的仿真结果。最后通过必要的流程图讲解了整个软件的设计过程，最终完成论文的编写。第2章 设计方案研究2.1 设计内容本次的设计内容是利用单片机和必要的元器件设计一个简易的公共场所人流量统计系统，具体要求如下：(1)、用电子器件设计制作一个人流量系统，使之可以统计和显示在某一时间内进出的人流量。(2)、每当有一个人从门进入时，in门将显示加一；当有一个人从门出去时，out门将显示加一。(3)、该系统能够显示时间从早上8:00晚上8:00，从而计算在这段时间的人流量。2.2 设计方案讨论此次设计的人流量统计系统有两种方案：第一种是采用压力传感器来检测，通过判断人体的重量来判断是否有人进出。第二种是采用红外传感器检测，其中方案一传感器对人体重量要求严格，对踩在上面的人所产生的压力的不确定性而产生误判，而且工程量大，不易安装。所以，在本次设计中我决定采用红外传感器来得到是否有人通过的信号，传感器与单片机相连，单片机通过传感器输入的电信号的变化判断人员的进出，最后由单片机将人员进出情况送液晶显示屏进行显示，原理框图如图2-1所示。显示单片机红外传感器图2-1 人流量统计系统原理框图系统想要准确的统计出进出门的人数，就要求传感器要有很强的抗干扰性，现在最常用的传感器是红外对管和热释电人体红外传感器。红外对管的原理是：一个红外发射，一个红外接收，当有物体档在中间时，接收管接收不到信号，发出的电脉冲也不一样大小，可以利用电脉冲的变化来判断有无人员通过门3。但是采用红外对管不利于安装，并且干扰很大，比如一个人推着一个箱子通过门进入室内，这时红外信号将被遮挡两次，导致统计结果就是进入2人，统计误差将会很大4。所以在这次的设计中我将采用热释电人体红外传感器来检测人员的进出，热释电人体红外传感器的特点是它只有在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再没有信号输出，所以热释电人体红外传感器只对运动的人体敏感，不会被其他物体干扰，所以不会出现上面的情况。所以说热释电人体红外传感器比红外对管具有更高的抗干扰性，而且安装更为方便。此外系统还要求能显示时间并且时间可调，一种方法是通过程序控制单片机自己的系统时钟做“秒”“分”“时”的累计，模拟出一个标准时间。另一种是用ds1302时钟芯片，它能够向单片机提供秒、分、时、日、月、年、及星期等实时时间信息，并能够对闰年天数自动调整，日历有效至2100年。第一种方案中单片机的定时器用的是它自己的晶振，不是专门用来做电子钟的，因此精度不高，而且操作麻烦，不容易实现。ds1302它是一种时钟芯片，内部有专用的寄存器用于存年月日时分秒，用的晶振也是另接的，高精度。当秒改变到一定量是，分会自动加一，写程序比较简单，所以采用时钟芯片向单片机提供时间信息。在显示方面可以采用lcd或led来显示，其中数码管显示内容单一，液晶则比较丰富；数码管一般就是一个7段的8字，当然多的有16段的中间米字型的，液晶可以显示各种内容。(最基本的)数码管是自发光的，液晶是靠背光(环境)的。数码管是led发光的效果，液晶是分子偏转引起的暗影效果，而且数码管比液晶耗电。所以在系统中采用lcd显示内容5。系统总体框图如图2-2所示。显示：lcd1602红外传感器时钟芯片：ds1302单片机时间设置：按键图2-2 系统框图第3章 人流量统计系统的硬件电路3.1 单片机最小系统系统3.1.1 stc89c51芯片简介stc89c51rc是采用8051核的isp（in system programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80mhz，片内含8k bytes的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，具有在系统可编程（isp）特性，配合pc端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。stc89c51系列单片机是从引脚到内核都完全兼容标准8051的单片机，有pdip-40、plcc-44、pqfp-44三种封装形式。stc89c51/52/53/54/55/58/516芯片分别含有4k8k/15k/16k/20k/32k/64k字节flash rom供用户编程使用。除了内含flash rom容量的不同外，stc89c系列单片机还分成stc89c5xrc/rd+(vcc为5v)、s17c89le5xrc/rd+(vcc为3.3v)、stc89le5xad(vcc为3.3v，带8位a/d转换电路)等型号。其中51/52/53型号后缀为rc，表明片内集成了512字节ram。54/58/516型号后缀为rd+，表明片内集成了1280字节ram。后缀为ad则表明片内集成了a/d转换电路和512字节ram。stc89c系列单片机是高速/低功耗的新一代8051单片机，最高工作频率可分别达到25mhz50mhz，具体在芯片上的型号名称后以“-xx”标注。stc89c系列单片机有较宽的工作电压，5v型号的可工作于3.4v6.0v，3.3v型号的可工作于2.0v4.0v(isp/iap操作时对电压要求会稍严)。正常工作模式下的典型耗电为4ma7ma，空闲模式为2ma，掉电模式(可由外部中断唤醒)下则小于0.1a。3.1.2 stc89c51各引脚功能stc89c51芯片总共有有40个引脚，其中32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。stc89c51芯片的引脚分布图如图3-1所示。图3-1 stc89c51引脚图stc89c51芯片的各引脚的功能如下：p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如表3-1所示。p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。表3-1 p3口特殊功能引 脚功 能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2int0（外部中断0）p3.3int1（外部中断1）p3.4t0（记时器0外部输入）p3.5t1（记时器1外部输入）p3.6wr（外部数据存储器写选通）p3.7rd（外部数据存储器读选通）rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不会出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。3.1.3 最小系统电路图单片机最小系统,或者称为最小应用系统, 就是指一个单片机能开始独立工作所需的最基本的外部电路连接6。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。在protues中绘制的最小系统如图3-2所示。 图3-2 单片机最小系统图在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序运行不正常或死机（停止运行）时，就需要进行复位操作。mcs-5l 系列单片机的复位引脚rst（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果rst 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。在电路图中，电容的的大小是10uf，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5v，所以当充电到0.7倍即为3.5v），需要的充电时间是电容的值与电阻的值相乘为0.1s。在启动的0.1s内，电容两端的电压从03.5v增加。这个时候10k电阻两端的电压为从51.5v减少。所以在0.1s内，rst引脚所接收到的电压是5v1.5v。而在51单片机中小于1.5v的电压信号为低电平信号，所以在开机0.1s内，单片机系统自动复位。在单片机启动0.1s后，电容c两端的电压持续充电为5v，这是时候10k电阻两端的电压接近于0v，rst处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1s内，从5v释放到变为了1.5v，甚至更小，这个时候10k电阻两端的电压为3.5v，甚至更大，所以rst引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作7。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性。电路中的电容典型值通常选择30pf左右，该电容大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性8。晶振的振荡器频率的范围通常在1.212mhz之间，晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就变高，单片机的运行速度也就越快。但反过来运行速度快，对存储器的速度要求就高。对印刷电路板的工艺要求也高，即要求浅间的寄生电容要小；晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生生活，更好的保证振荡器稳定，可靠地工作。电路中的两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振（c1c2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是对振荡器的频率起到微调的作用（c1c2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。本设计采用12mhz晶振，并联两个22pf瓷片电容c1及c2构成时钟电路。3.2 ds1302时钟芯片模块3.2.1 ds1302 时钟芯片简介ds1302是 dallas 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态 ram，可以通过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、星期、月、年的信息，每个月的天数和闰年的天数可以自动调整，时钟操作可通过 am/pm 标志位决定采用24或12小时时间格式。ds1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根 i/o线：复位（rst）、i/o数据线、串行时钟（sclk） 。时钟/ram 的读/写数据以一字节或多达31字节的字符组方式通信。ds1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功耗小于1mw。工作电压宽达2.55.5v。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。ds1302的外部引脚功能说明如图3-3所示。图3-3 ds1302引脚图ds1302各引脚功能如表3-2所示。表3-2 ds1302各引脚功能引 脚功 能x1，x232.768khz 晶振引脚gnd地rst复位(低电平有效)i/o数据输入/输出sclk串行时钟vcc1可提供单电源控制也可用作备用电源vcc2主电源引脚ds1302的内部主要组成部分为：电源控制、移位寄存器、命令与控制逻辑、振荡器与分频器、实时时钟以及 ram。虽然数据分成两种，但是对单片机的程序而言，其实是一样的，就是对特定的地址进行读写操作。ds1302的内部结构如图3-4所示。图3-4 ds1302结构图3.2.2 ds1302芯片工作原理ds1302工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（rst）置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟（sclk）的上升沿时串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8位地址+8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。 3.2.3 ds1302的寄存器和控制命令 对 ds1302的操作就是对其内部寄存器的操作，ds1302内部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 bcd码形式。此外，ds1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 ram 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器以外的寄存器。日历、时间寄存器及控制字如表3-3所示。表3-3 ds1302时间寄存器及控制字寄存器名称取值范围d7d6d5d4d3d2d1d0秒寄存器0059ch秒的十位秒的个位分寄存器00590分的十位 分的个位小时寄存器0112或002312/240a/phr 小时的个位日寄存器013100日的十位 日的个位月寄存器01120001/0 月的个位星期寄存器01070000 星期几年寄存器0199年的十位 年的个位写保护寄存器wp00000000涓流充电寄存器tcstcstcstcsdsdsrsrsrs时钟突发寄存器小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义 ds1302是运行于12小时模式还是24小时模式。 当为高时， 选择12小时模式。 在12小时模式时，位5是 ，当为1时，表示 pm。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。 秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（ch）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，ds1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。 控制寄存器（8fh、8eh）的位7是写保护位（wp） ，其它7位均置为0。在任何的对时钟和 ram 的写操作之前，wp 位必须为0。当wp 位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。ds1302的控制字如3-5图所示，要想与 ds1302通信，首先要先了解ds1302的控制字。图3-5 ds1302控制字控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到 ds1302中。 位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取 ram 数据。位5至位1（a4a0）：指示操作单元的地址。位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个sclk 时钟的上升沿时，数据被写入 ds1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个 sclk 脉冲的下降沿，读出 ds1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图3-6所示。图3-6 ds1302读写时序3.2.4 时钟电路在系统的时钟电路模块的设计中，将ds1302时钟芯片的sclk、i/o、rst引脚分别与单片机的p3.4 p3.6口连接构成实时时钟电路的控制部分，将调整时间的4个按键分别与单片机的p1.0p1.3接口连接组成系统的按键电路。时钟电路的连接如图3-7所示。图3-7 时钟电路时钟芯片部分，将ds1302的x1与x2引脚分别与晶振相连，并通过两个分立电容相连然后接地vcc2与主电源相连，vcc1与电池相连用作备用电源，构成ds1302的供电电路9。将ds1302的slk引脚与单片机的p3.4引脚相连构成ds1302的时钟端电路；将ds1302的i/o引脚与单片机的p3.5引脚相连构成ds1302的i/o端口电路；将ds1302的rst引脚与单片机的p3.6引脚相连构成ds1302的复位引脚电路。四个按键key1key4分别与单片机的p1.0p1.3引脚相连，key1按键作为切换键用来选择调整时间的小时或分钟；key2按键作为加；key3按键作为减；key4按键作为确认键，时间调整好之后，按key4键即可确认。3.3 lcd1602液晶显示模块3.3.1 lcd1602简介1602液晶显示屏也叫1602字符型液晶显示屏，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。它由若干个5x7或者5x11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义cgram，显示效果也不好）。1602lcd是指显示的内容为16x2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。lcd1602引脚图如图3-8所示。图3-8 lcd1602引脚图lcd1602各引脚功能如下：第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。第3脚：vl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：r/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平r/w为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。第6脚：e端为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：d0d7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.3.2 lcd1602指令及时序说明1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3-4所示：表3-4 lcd1602控制指令序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001i/ds4显示开/关控制0000001dcb5光标/字符移位000001r/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符发生存储地址0001字符发生存储器地址8置数据存储器位置001显示数据存储器地址9读忙标志或地址01bf计数器地址10读数到cgram或dram10要写入的数据内容11从gram或dram读数据11要读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01h,光标复位到地址00h位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00h。指令3：光标和显示模式设置 i/d：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 d：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 c：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标b：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 s/c：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 dl：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 f: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器ram地址设置。指令8：ddram地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 bf：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。基本操作时序如表3-5所示：表3-5 lcd1602基本操作时序状态输入输出读状态rs=l,rw=h,e=hdb0-db7=状态字写指令rs=l,rw=l,e=下降沿脉冲db0-db7=指令码无读数据rs=h,rw=he=hdb0-db7=数据写数据rs=h,rw=l,e=下降沿脉冲db0-db7=数据无3.3.3 lcd1602的ram地址映射液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，如果忙标志位高电平，则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图3-9是1602的内部显示地址。图3-9 lcd1602的内部显示地址想要在lcd1602屏幕的第一行第一列显示一个“a”字，就要向ddram的00h地址写入“a”字的代码就行了。3.3.4 显示电路的设计lcd1602液晶显示屏的硬件电路连接如图3-10所示，其中1602的d0d7与单片机的p0口相连10，传送数据信息，分别用p2.5、p2.6、p2.7作为lcd1602的rs、rw、e控制线，传输lcd1602的控制信息。图3-10 显示电路的连接3.4 人体红外感应模块3.4.1 人体红外感应模块说明热释电红外传感器是一种能够检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器11。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用12。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。它正在被广泛的应用到各种自动化控制装中。本次设计中用到hc-sr501 人体红外感应模块，如图3-11所示。图3-11 hc-sr501人体红外感应模块hc-sr501人体红 外感应模块参数如表3-6所示。表3-6人体红外感应模块参数产品型号hc-sr501人体红 外感应模块工作电压直流电压：4.5v20v静态电流小于50ua电平输出高电平3.3v/低电平0v触发方式l不可重复触发/h重复触发延时时间0.5200s（可调）可制作范围零点几秒几十分钟封锁时间2.5s（默认）调整方式未知人体红外感应模块具有以下功能特点：1.全自动感应：感应角度为小于100度的锥脚，当有人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。延时时间可调(0.5秒200秒)。2.光敏控制(可选，出厂时未设）：模块预留有专门的位置，可以设置光敏控制，白天或光线强时不感应。3.两种触发方式：l不可重复，h可重复。可跳线选择，默认为h。 a.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。b.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内活动，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)。4.具有感应封锁时间(默认设置：2.5秒，调整方式未知)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。5.工作电压范围宽：默认工作电压dc4.5v至20v。6.微功耗：静态电流小于50微安，特别适合干电池供电的电器产品。7.输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。8.外接示意图和典型应用如图3-12所示。图3-12 外接示意图和典型应用3.4.2 人体红外感应模块的硬件电路连接由于在protues仿真库中没有人体红外感应模块，所以在protues仿真电路中我用开关代替人体红外感应模块，作为传感器感应到人时的感应信号的输入，连接如图3-13所示。图3-13 红外感应模块的硬件电路连接人体红外感应模块1、2分别与单片机的p1.6和p1.7口相连，1表示进门的传感器，2表示出门的传感器，在两个传感器同时检测到人的情况下，通过两个传感器检测不到人的先后顺序来判断人员的进出。3.5 系统性能仿真3.5.1 仿真结果keil c51标准c编译器为8051微控制器的软件开发提供了c语言环境，在keil中编写完程序后，就要将正确无误的程序通过烧写器烧写到单片机中，这时就需要在keil中产生一个.hex格式的文件，只有通过这种格式，烧录器才能将写好的程序烧写到单片机中运行。.hex文件格式是由intel公司提出的按地址排列的数据信息，数据宽度为字节，所有数据使用16进制数字表示, 常用来保存单片机或其他处理器的目标程序代码，它保存物理程序存储区中的目标代码映象，一般的编程器都支持这种格式。protues是世界上著名的eda工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。将单片机各部分硬件电路在protues中绘制好之后，选中单片机点击右键，找到用keil c51编译后产生的目标代码文件：.hex文件，将文件添加到单片机中，点击开始仿真的按钮，就可以在protues的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程，如图3-14所示。图3-14 系统电路连接系统默认的时间是8点整，我们可以通过接在p0.0p0.3的按键key1key4来调整时间。按一下key1（时间设置按钮），屏幕右上方出现h字样，如图3-14 所示此时可以通过 key2（加）和key3（减）按键来调整小时的数值。此时如果按key4按键则确认并退出时间调整模式，如果按key1按键，则屏幕右上方出现f字样，如图3-15 所示。此时可以通过 key2和key3按键来调整分钟的数值。调整完之后可以通过确认键key4来完成调整。 图3-14 调试过程a 图3-15 调试过程b 在判断人员进出情况时，由于单片机的p1.6和p1.7脚上电时默认为高电平，我们可以认为两个传感器一直处于同时检测到有人在门附近的情况，如果按下与p1.6相连的按键时，p1.6脚变为低电平，可以认为是第一个传感器先检测不到人的信号，此时表示有人通过门进入，in显示加一。按下与p1.7相连的按键时，p1.7脚变为低电平，可以认为是第二个传感器先检测不到人的信号，此时表示有人通过门出去，out显示加一，仿真结果如图3-16所示。图3-16 系统仿真结果3.5.2 仿真分析在仿真过程中，点击开始仿真后发现液晶显示屏只有背光灯亮，显示屏上没有内容显示，查阅资料后才知道是因为p0口没有加上拉电阻，而protues软件中的1602内部也没有集