基stm32智家庭出入控制系统设计实现
Design and implementation of smart home access control system based on stm32
容摘
提高出入安全方便减少家庭出入时繁琐实现家庭室外出入安全监测温度差方便出行次研究中基stm32智家庭出入控制系统设计实现完成温度采集功键功体检测功数显示功指示灯功
文做方面工作：分析智家居门禁系统国外市场研究现状针智家居基求提出基stm32智家庭出入控制系统设计实现设计家庭出入控制系统硬件框架介绍模块具体情况分析软件系统框架模块软件设计设计相应模块代码设计家庭出入系统做体检测温度采集数显示键输入指示灯模块等五模块证明基stm32出入控制系统设计实现行性
关键词：智家居 出入控制系统 体 温度 键
Abstract
In order to improve the safety and convenience of people＇s access reduce the complexity of family access and realize the safety monitoring of indoor and outdoor access and temperature difference to facilitate travel In this study the design and implementation of smart home access control system based on STM32 will complete the functions of temperature collection key press human detection data display and indicator light
This paper mainly does the following work analyzes the market and research status of smart home access control system at home and abroad puts forward the design and implementation of smart home access control system based on STM32 according to the basic requirements of smart home designs the hardware framework of the home access control system and introduces the specific situation of each module also analyzes the software system In the end five modules of the home access system such as human body detection temperature collection data display key input and indicator module are designed to prove the feasibility of the design and implementation of the access control system based on STM32
Key words smart home access control system human body temperature buttons
目 录
第章 绪 1
11 选题背景意义 1
12 研究现状 1
13 研究目标 2
14 文结构安排 2
第二章 系统方案构思 3
21 系统整体方案设计 3
22 控制器方案 3
23 显示模块方案 3
24 温度检测方案 4
25 体采集方案 4
26 章结 5
第三章 硬件系统设计 6
31 控制器 6
32 显示模块 7
33 温度检测模块 8
34 体检测模块 8
35 键输入模块 9
36 指示灯模块 10
37 章结 10
第四章 软件系统开发 11
41 软件系统框架 11
42 软件整体设计 11
43 显示软件设计 12
44 温度采集软件设计 13
45 键扫描软件设计 13
46 章结 14
第五章 测试 15
51测试环境测试目 15
52 系统电测试 15
53 章结 20
总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
第章 绪
11 选题背景意义
着科技水越越发达越越先进科学技术断进步火5g技术物联网技术新代wifi技术物联网高速发展时代瞬息万变科学技术发展智家居系统应普智家居系统理推动家居领域深产品开发设计提供理实现国家宣布十二五计划高新技术发展予更台智家居发展起推动作加生活水断提高越越买房买车力时家智家居求越越高智家居已成未发展趋势
着智家居求越越高家庭出入安全引起重视尤里老孩北方家庭冬天时明显感受温度降发愁出门时应该穿厚衣服室外温度显示必然出入时家庭门锁非常重视点出门携带钥匙难免会较方便携带时候出门忘记带钥匙研究员电子密码锁研究受喜爱运
12研究现状
智家居利网络通信技术音视频技术综合布线技术安全防范技术动控制技术智家居关设备集成构建高效舒适住宅设施理系统提升家庭舒适性安全性便利性等实现高效环保节居住生活环境
智家居处成长期导入期中间市场消费水高着智家居快速发展会进步形成定消费观念培养起惯智家居市场着限全景光明
方面着深入研究结合前困开创技术提出智家居出入控制系统市场着较创新思路智家居部分重心放生态构建面：智水质控制智环境控制智电器控制智场景等等较注重家庭情况注重家里更方便更省心忽视室外进出方便种情况作品思路发现市场缺口情况思考提出
旅游时发现北方室供暖系统非常室外穿衣室穿短袖存非常明显温度差导致外出时候常常先出外面体验温度考虑穿少衣服考虑外出体验温度获取温度信息特点外置（屋外）温度置（屋）显示解决思路结合门前安防拥现智家居门前系统
13 研究目标
作品STM32控制芯片温度传感器温度显示模块LCD1602液晶显示屏显示温度红外感应模块测量否员通控制灯开光密码识模块作门锁安全防护
需外出时候北方家庭供暖非常常常室知道室外温度安装室外温度传感器户提供准确户外温度信息户需查安装室LCD1602模块轻松获取户外温度信息外出做充足衣着准备户回家时需会会忘记携带钥匙烦恼作品提供密码识作门锁安全防护需额外带钥匙需输入正确密码轻松进入家门安全烦恼果晚回家话必摸着黑找灯光开关烦恼作品红外感应模块感应进家门门口时候会动开灯然优雅
14 文结构安排
课题基stm32智家庭出入控制系统设计实现第部分查阅课题相关背景解相关设计背景资料掌握现阶段相关产品设计技术第二部分系统整体结构进行设计完成系统架构图部分进行详细说明部分选择具体技术方案明确具体选原件器件型号第三部分需第二部分明确器件设计相关硬件电路绘制出部分硬件电路图通单片机硬件电路进行连接实现功组合控制部分电路原理进行说明第四部分前面设计硬件电路单片机设计软件代码完成重点功模块软件流程图实现系统软件设计第五部分第三部分设计硬件第四部分设计软件进行联合调试验证系统功否实现通调试优化设计终实现系统功
第二章 系统方案构思
21 系统整体方案设计
文需基stm32智家庭出入控制系统设计实现完成温度采集功键功体检测功数显示功指示灯功智家庭出入控制系统中单片机模块组合控制枢纽系统模块模块通输出输入连接单片机单片机完成采集外设数判断外设控部分实现智家庭出入控制系统功系统果采集控制黄色指示灯亮输入密码控制家庭出入门禁密码输入正确控制绿色指示灯亮系统设计方案图21示
图21 系统结构框图
22 控制器方案
基stm32智家庭出入控制系统设计实现选择STM32实现系统控制STM32F103C8T6意法半导体企业设计生产款电子元器件该器件拥32位数处理力器件成低性强耗[1]相单片机言器件资源非常广性增强器件核心CortexM3求较高产品中选择器件进行开发CortexM3种结构性强资源快收开发者追捧应部分电子开发项目开发技术采THUMB2指令更加方便开发者进行开发加快项目完成进度器件封装贴片形式占空间集成度高器件48外设接口器件工作频率72MHz[2]满足更项目开发加入64K存储空间搭配20K读写存储模块器件电源求范围2036V芯片部配置包括模数转换PWM功CAN通信USB通信等模数转换功高达12位适应更环境器件运行价温度零40零85度[3]器件部设置时钟信号源时钟信号通程序设置否样节省系统耗
23 显示模块方案
基stm32智家庭出入控制系统设计实现选择LCD1602显示系统温度输入密码等信息LCD1602种液晶显示屏应非常广液晶屏显示原理利电压变化充满液晶屏部两块板间材料中实现光控制样达深浅功功实现样图案部分开发者起初会通款液晶屏进行学具备款液晶屏操作力进开发者前期历初学阶段初学者学款液晶屏少实验开发者熟悉款产品进行开发应[4]液晶显示两行字符行16字符宽度缺点显示汉字字符基显示应较广泛显示控制容易液晶部集成字符库芯片需点显示输入想显示容字符者字符串形式显示完成
24 温度检测方案
基stm32智家庭出入控制系统设计实现选择LM75a采集温度数LM75a种数字接口（i2c）温度传感器单片机器件通两条线连接单片机器件采集温度数进行读取两条通信线成低稳定性强够非常恶劣调节工作器件采集温度范围宽够达55℃+ 125℃测量精度高零10度85度测量精度正负05度
器件优势器件单片机连接需辅助器件直接连接实现温度采集[5]LM75A进行级联器件统通条信号线连接单片机器件部唯ID单片机采集温度时候需先访问ID找应器件便进行点温度采集设计开发器件供电方式两种种直接电源端供电第二种通信号线器件部寄生电路获电源样设计起更加方便器件数采集分辨率范围912位开发者通程序选择具体分辨率位数果器件电源反接器件会烧坏器件部设置温度报警值开发者设置温度报警值分辨率器件掉电会丢失
25 体采集方案
LM75a选择AM312热释电红外传感器采集体AM312热释电红外传感器够采集体散发出红外信号模块接收体发射信号会体发射信号模块输出电信号便单片机做出判断传感器方方形处滤光物绿光片传感器允许体红外信号通910μm波长红外信号通波长段信号会全部滤传感器检测更加稳定[6]果体传感器附传感器会感应体红外信号波长910μm范围红外信号采集信号信号进行放稳定处理输出控制器进行识样实现体检测模块熟料光滑外壳菲涅尔透镜增强模块识力
26 章结
章介绍整系统功分析系统结构设计方案认证首先分析系统需求接系统架构进行设计系统方案进行认证STM32F103C8T6控制芯片采LM75a进行温度采集选择LCD1602显示作显示模块
第三章 硬件系统设计
31 控制器
STM32F103C8T6单片机作款深受初学者喜欢处理器开发者初期入门时候必学单片机单片机业开发者非常熟悉处理器具32位数操作力单片机专仪器仪表方案单片机电源求33V处理器带低功耗模式款芯片优势仪器仪表产品选择方案作开发技术[7]款器件32位单片机德国家科技公司开发设计成1995年已面市刚市受开发团队青睐产品功耗低性强
单片机电源求33V单片机封装类型包括DIP直插封装LQFP贴片封装PLCC贴片封装PQFP贴片封装贴片封装体积重量轻适合集成度高项目DIP封装方便手工焊接万表面包板洞洞板等进行学初期便进行次学校家等般条件进行开发学[8]单片机运行代码需外部输入信号时钟信号通晶振器件输入节拍时序单片机代码运行提供节拍通常说单片机工作效率单片机晶振参数数关系选择晶振12兆赫兹换算成时间数112微秒节拍果选择晶振频率节拍处理器工作效率单片机求晶振频率70MHz图31示
图31 单片机引脚说明
时钟电路缺样单片机法工作复位电路样重复位电路顾名思义复位回原位电子系统言重新运行单片机启动时会复位做电复位复位电路提供复位动作必须条件搭配键达键复位功通键进行复位复位系统调试时起关键作数手册中求复位信号持续时间5毫秒满足求输入复位引脚单片机会复位设计调试时尤软件调试复位工程师解软件设计问题光产品中起作[9]单片机运行代码需外部输入信号时钟信号通晶振器件输入节拍时序单片机代码运行提供节拍通常说单片机工作效率单片机晶振参数数关系选择晶振12兆赫兹换算成时间数112微秒节拍果选择晶振频率节拍处理器工作效率单片机求晶振频率20MHz
单片机运行代码必须时钟电路支持句代码运行条指令运行时钟电路时钟信号运行晶振频率代表单片机运行速度果没时钟电路者时钟电路异常单片机运行会停止甚法烧写程序时钟电路少电路单片机定时器相关设计建立晶振基础定时器时间计时定时器初始值等需时钟电路支持综述时钟电路重性想知电路搭配110592Mhz晶振定时器项参数需通频率进行计算晶振源晶振必须搭配两起振电容没起振电容晶振电路法工作复位电路单片机系统终组成部分复位功单片机回代码初始位置重新开始运行系统开发阶段系统阶段复位功必少设计[10]电路电源通电瞬间进行复位器件启动执行程中实现复位功硬件设计器件10K电阻元件键元件10uf电解电容元件控制器复位信号求少维持两晶振频率周期效信号单片机第9接口RST加载两晶振频率周期效信号够完成单片机复位动作
32 显示模块
显示模块完成系统采集温度数输入信息数显示硬件电路中液晶需16接口进行连接1脚电源GND2脚电源VCC3脚接电位器电位器作条件液晶度液晶显示容更加清晰般选择10310K电位器4脚RS控制输入容命令数果控制RS低电输入容指令果控制RS高电输入容数5脚RW控制单片机读液晶数液晶写数果控制RW低电液晶进行写指令者写数果控制RW高电读取液晶显示状态6脚E控制端7脚16脚8数口输入输出15脚背光灯电源VCC16脚背光灯电源GND背光灯晚液晶显示容液晶电源求5V液晶D0D7接单片机PA口RS接单片机PB15RW接单片机PB14EN接单片机PB13图32示
图32 显示模块图
33 温度检测模块
LM75A实现环境温度采集LM75A器件部具64位ROM2字节温度存储器1字节温度报警限限数存储器字节分辨率设置存储器ROM中数器件ID具唯性器件ID样ID找器件实现级器件级联温度采集器件选择分辨率9101112[11]器件信号线设计拉电阻样实现开漏输出器件部存储器9字节字节低8位温度数字节高8位温度数字节温度限报警数字节温度限报警数配置数CRC校验数余3字节保留果断开器件电源存储数会消失继续保留器件重新通电继续设置数通代码重新设置LM75ASDA接单片机PB7LM75ASCL接单片机PB6温度检测电路图图33示
图33 温度检测模块图
34 体检测模块
AM312实现系统体信号采集AM312传感器感应红外信号放信号定电压等级保证电压放等级模块增加放电路次信号进行放输出信号更加稳定信号较传送中般会干扰信号更噪声信号传感器红外信号非常敏感模块搭配较器增强系统稳定运行避免出现误判利较器设计阈值电压样较输出问电压信号果检测信号达阈值输出效信号[12]模块中设计控制电路包括光控延时功光控较器进行控制延时功传感器检测红外信号果没体出现进行段时间延时取消效信号输出免情况信号立消失图34示
图34 体检测模块图
35 键输入模块
键控制系统运行状态输入密码数键选择轻触开关键坏素包括键防护性焊接程度寿命键机动性键手感制作工艺安装方法等素轻触开关引脚材料选择黄铜磷铜键作导通减触电电阻引脚需镀银银会空气中SO2产生化学反应会影响键引脚接触电阻焊接强度优质轻触开关第步必须引脚基础材料镀银厚度镀银技术做[13]轻触开关引脚镀银完成需进行保护键需需进行防水处理非常重素否镀银处理工艺键引脚会氧化键否效取决键接触点机械装置轻触开关特点键触点弹片连接会导通否良接触达面积接触非常重
系统设计需进行机交互户需输入相关数信息产品通键进行输入普通键盘非编码方式包括独立键矩阵键盘两种方案矩阵键盘键数量求较设计非常适合节省外围接口数量设计需输入数界报警值进行设置键数量较少选择独立键键通高低电变化输入单片机单片机判断电变化识键动作矩阵键盘完成系统控制进行签添加学号录制指纹膜查缺勤等操作选择
键设计时硬件电路较简单通软件进行识键低电输入单片机接口果键低电输入单片机键松开单片机默认高电样识键动作图35示
图35 键输入模块图
36 指示灯模块
指示灯指示系统否检测体输入密码否正确发光二极输入电输出光元器件通常做LED器件构造PN结设计成特性电流正流动果发光二极正负极准备供电PN结会导通P区N区发射空穴N区P区发射电子样部电子空穴会出现反应会出现光线[14]制造材料样发光二极部反应样组成PN结产生空穴电子数量产生空穴电子数量越发出光波长越短设计两指示灯果检测LED0亮果密码输入正确LED1亮电路图36示
图36 指示灯模块图
37 章结
章介绍明系统硬件电路部分首先介绍控模快设计接介绍信号采集模块设计介绍显示模块温度检测模块体模块键模块指示灯模块设计
第四章 软件系统开发
41 软件系统
C语言开发者入门必学门语言通C语言学熟悉编程概念编程定认识清楚认识程序运行机制例计算机部分样进行数交互程序运行时存样工作系统程序前样爱恨情仇底层运行机制C语言中学[15]C语言基础知识点少关键词容易理解类型编程语言基C语言发展C++Java等说C语言做编程语言开山鼻祖续学基础正C语言初学者必学门基础语言代码编写方案选择C语言合适软件编写方案快速完成系统软件设计实现系统软件功
42 软件整体设计
基stm32智家庭出入控制系统设计实现首先完成温度采集接口键接口体检测接口数显示接口指示灯接口进行初始化系统果采集控制黄色指示灯亮输入密码控制家庭出入门禁密码输入正确控制绿色指示灯亮见图41 整体软件设计流程图示
图41 系统软件设计流程图
43 显示软件设计
LCD1602液晶全称1602字符型液晶种类型液晶显示字母数字符号等字符点阵式液晶屏幕液晶屏部集成存储器分三种：CGROMCGRAMDDRAMDDRAM专门液晶存储显示数存储器存储需显示字符编码DDRAM具体功作实电脑显存样原理需屏幕显示容直接通软件写入想显示容样屏幕会写入容显示LCD1602液晶屏设计80字节显示存储DDRAMLCD1602次性显示容直接写入DDRAM字符会全部显示液晶屏未显示出字符需通软件设置显示移动命令显示容移动未显示容会慢慢显示出样实现字符移动显示设计DDRAM会显示字符数量想显示什容字符输入DDRAM中加入需显示字符A字符A应ASCLL41H（十六进制）写入DDRAM中第写入字符会存DDRAM00H址处软件设计流程图图42示
图42 液晶显示软件设计流程图
44 温度采集软件设计
LM75A器件中采集温度数16位二进制存图中示S表示温度数符号位S0表示温度零S1表示温度零温度采集分辨率分辨率设置9101112温度数05度025度0125度00625度器件启动运行默认分辨率12位器件设置12位分辨率时温度寄存器位具具体数含义器件设置11位分辨率时温度寄存器0位没具体含义器件设置10位分辨率时温度寄存器0位1位没具体含义器件设置9位分辨率时温度寄存器0位1位2位没具体含义程序设计图43示
图43 温度采集软件设计流程图
45 键扫描软件设计
进行代码设计前需键真实动作状态进行解键低电事实键动作程中高低电完美动作程中高低电抖动手抖动键机械结构导致结果单片机单纯检测低电采集正确信号会产生误操作键稳定稳定信号单片机时检测键信号正确时刻述波形情况软件检测时候需进行消抖等键抖动信号检测键信号般键抖动时间35毫秒首次扫描效键信号35毫秒继续扫描键信号果然效表示键确实软件设计流程图45示
图45 键软件设计流程图
46 章结
章介绍系统软件设计首先介绍控制端程序设计接完成显示软件设计温度采集软件设计键扫描软件设计等
第五章 测试
51测试环境测试目
仿真功实现法进行测试进行实物组装进行测试实物组装讲究购买器件焊接组装时候第组装应该核心部分控制器电路电路部分电路控制必须控制器电路部分电路组装焊接完成需进行测量供电端否短路等需组装电源电路供电验证控制器电路电源组装时候时连接模块必须测试电测试没问题连接控制器样话果电源问题会影响部分部分组装部分连接起必须先独立测量验证没问题方连接模块控制器电源组装完成控制器烧写执行文件验证两部分电路正确性进行模块电路制作
52 系统电测试
供电接口定进行测量果出现短接 会烧坏器件次接通电源开关前测量电源接口正常情况接通电源供电实物运行否正确显示功电源指示灯见现象否正常果异常马切断电源需关注实物某部分出现发热般电源发热属正常现象部分果发热数异常现象需关注否发热切正常实物项功进行测试否满足设计求设计图51示没出现情况系统采集温度数液晶显示温度数23摄氏度
图51 系统温度采集电测试
系统采集出现黄色指示灯亮起表示出现时采集环境温度数图52示
图52 系统体采集电测试
通测试环境时黄灯进行测试实验数表51示
表51采集测试数表
序号
预期黄灯亮情况
实际情况
结
1
时黄色指示灯亮没亮
黄色指示灯亮
通
2
黄色指示灯亮
通
3
黄色指示灯亮
通
4
黄色指示灯亮
通
5
没
黄色指示灯亮
通
6
没
黄色指示灯亮
通
7
没
黄色指示灯亮
通
8
没
黄色指示灯亮
通
户通矩阵键盘输入密码输入密码时液晶第二行显示PW*密码显示*号代会密码图53示
图53 系统输入密码电测试
户通矩阵键盘输入密码果输入密码数系统设置密码致控制绿色指示灯亮表示运行家庭员出入液晶显示password correct表示密码正确图54示
图54 系统输入密码正确电测试
通次誓言测试输入正确密码绿色指示灯亮实验数表52示
表52 输入密码测试数表
序号
输入
预期情况
实际情况
结
1
正确密码
绿色指示灯亮
绿色指示灯亮
通
2
正确密码
绿色指示灯亮
通
3
正确密码
绿色指示灯亮
通
4
正确密码
绿色指示灯亮
通
5
正确密码
绿色指示灯亮
通
6
正确密码
绿色指示灯亮
通
7
正确密码
绿色指示灯亮
通
8
正确密码
绿色指示灯亮
通
通次测试输入正确密码绿色指示灯亮实验数表53示
表53输入错误密码测试数表
序号
输入
预期情况
实际情况
结
1
正确密码
绿色指示灯亮
绿色指示灯亮
通
2
正确密码
绿色指示灯亮
通
3
正确密码
绿色指示灯亮
通
4
正确密码
绿色指示灯亮
通
5
正确密码
绿色指示灯亮
通
6
正确密码
绿色指示灯亮
通
7
正确密码
绿色指示灯亮
通
8
正确密码
绿色指示灯亮
通
户通矩阵键盘输入密码果输入密码数系统设置密码致液晶显示password error表示密码正确图55示
图55 系统输入密码错误电测试
系统修改密码数液晶显示PO：提示户输入旧密码必须正确输入前密码进行密码修改图56示
图56 系统输入旧密码电测试
输入正确旧密码液晶提示PN：表示时输入新密码设置新密码数图57示
图57 系统输入新密码电测试
输入新密码定记住新密码液晶提示Password Change表示新密码设置成功图58示
图58 系统设置新密码电测试
53 章结
章中文设计系统进行全面测试首先硬件进行调试接系统性进行测试均实现功测试通进行系统温度采集测试输入正确密码测试输入错误密码测试修改密码测试体检测测试系统电述功进行逐条测试验证系统功温度采集测试输入正确密码测试输入错误密码测试修改密码测试体检测测试结果符合系统设计求说明整设计完成基stm32智家庭出入控制系统设计
总结
基stm32智家庭出入控制系统设计实现完成温度采集功键功体检测功数显示功指示灯功硬件电路设计软件设计系统果采集控制黄色指示灯亮输入密码控制家庭出入门禁密码输入正确控制绿色指示灯亮
然系统功已实现难免存足处温度采集速度否时效获取温度数体数时显示温度数整操作需稳定需进步完善查阅资料设计相关方案系统更加稳定安全系统设计需进步完善设计电路板够程度模拟实际控制情况针实际出现键读取出现障收控制信息时单片机法控制显示等情况进行次调试证明系统稳定性预期效果致
设计开始方案设计电路原理代码编写终系统调试终实现系统求功整系统设计程中学阶段学理知识进行巩固新整理单片机开发设计流程进步加强系统开发设计力整程处处困难解决困难程中样解决难题水提高学奠定基础断努力老师学帮助完成硬件软件设计程中前没获知识整程断思考断进取更提升专业兴趣更助完成毕业设计
参考文献
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附录
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基stm32智家庭出入控制系统设计实现
Design and implementation of smart home access control system based on stm32
容摘
提高出入安全方便减少家庭出入时繁琐实现家庭室外出入安全监测温度差方便出行次研究中基stm32智家庭出入控制系统设计实现完成温度采集功键功体检测功数显示功指示灯功
文做方面工作：分析智家居门禁系统国外市场研究现状针智家居基求提出基stm32智家庭出入控制系统设计实现设计家庭出入控制系统硬件框架介绍模块具体情况分析软件系统框架模块软件设计设计相应模块代码设计家庭出入系统做体检测温度采集数显示键输入指示灯模块等五模块证明基stm32出入控制系统设计实现行性
关键词：智家居 出入控制系统 体 温度 键
Abstract
In order to improve the safety and convenience of people＇s access reduce the complexity of family access and realize the safety monitoring of indoor and outdoor access and temperature difference to facilitate travel In this study the design and implementation of smart home access control system based on STM32 will complete the functions of temperature collection key press human detection data display and indicator light
This paper mainly does the following work analyzes the market and research status of smart home access control system at home and abroad puts forward the design and implementation of smart home access control system based on STM32 according to the basic requirements of smart home designs the hardware framework of the home access control system and introduces the specific situation of each module also analyzes the software system In the end five modules of the home access system such as human body detection temperature collection data display key input and indicator module are designed to prove the feasibility of the design and implementation of the access control system based on STM32
Key words smart home access control system human body temperature buttons
目 录
第章 绪 1
11 选题背景意义 1
12 研究现状 1
13 研究目标 2
14 文结构安排 2
第二章 系统方案构思 3
21 系统整体方案设计 3
22 控制器方案 3
23 显示模块方案 3
24 温度检测方案 4
25 体采集方案 4
26 章结 5
第三章 硬件系统设计 6
31 控制器 6
32 显示模块 7
33 温度检测模块 8
34 体检测模块 8
35 键输入模块 9
36 指示灯模块 10
37 章结 10
第四章 软件系统开发 11
41 软件系统框架 11
42 软件整体设计 11
43 显示软件设计 12
44 温度采集软件设计 13
45 键扫描软件设计 13
46 章结 14
第五章 测试 15
51测试环境测试目 15
52 系统电测试 15
53 章结 20
总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
第章 绪
11 选题背景意义
着科技水越越发达越越先进科学技术断进步火5g技术物联网技术新代wifi技术物联网高速发展时代瞬息万变科学技术发展智家居系统应普智家居系统理推动家居领域深产品开发设计提供理实现国家宣布十二五计划高新技术发展予更台智家居发展起推动作加生活水断提高越越买房买车力时家智家居求越越高智家居已成未发展趋势
着智家居求越越高家庭出入安全引起重视尤里老孩北方家庭冬天时明显感受温度降发愁出门时应该穿厚衣服室外温度显示必然出入时家庭门锁非常重视点出门携带钥匙难免会较方便携带时候出门忘记带钥匙研究员电子密码锁研究受喜爱运
12研究现状
智家居利网络通信技术音视频技术综合布线技术安全防范技术动控制技术智家居关设备集成构建高效舒适住宅设施理系统提升家庭舒适性安全性便利性等实现高效环保节居住生活环境
智家居处成长期导入期中间市场消费水高着智家居快速发展会进步形成定消费观念培养起惯智家居市场着限全景光明
方面着深入研究结合前困开创技术提出智家居出入控制系统市场着较创新思路智家居部分重心放生态构建面：智水质控制智环境控制智电器控制智场景等等较注重家庭情况注重家里更方便更省心忽视室外进出方便种情况作品思路发现市场缺口情况思考提出
旅游时发现北方室供暖系统非常室外穿衣室穿短袖存非常明显温度差导致外出时候常常先出外面体验温度考虑穿少衣服考虑外出体验温度获取温度信息特点外置（屋外）温度置（屋）显示解决思路结合门前安防拥现智家居门前系统
13 研究目标
作品STM32控制芯片温度传感器温度显示模块LCD1602液晶显示屏显示温度红外感应模块测量否员通控制灯开光密码识模块作门锁安全防护
需外出时候北方家庭供暖非常常常室知道室外温度安装室外温度传感器户提供准确户外温度信息户需查安装室LCD1602模块轻松获取户外温度信息外出做充足衣着准备户回家时需会会忘记携带钥匙烦恼作品提供密码识作门锁安全防护需额外带钥匙需输入正确密码轻松进入家门安全烦恼果晚回家话必摸着黑找灯光开关烦恼作品红外感应模块感应进家门门口时候会动开灯然优雅
14 文结构安排
课题基stm32智家庭出入控制系统设计实现第部分查阅课题相关背景解相关设计背景资料掌握现阶段相关产品设计技术第二部分系统整体结构进行设计完成系统架构图部分进行详细说明部分选择具体技术方案明确具体选原件器件型号第三部分需第二部分明确器件设计相关硬件电路绘制出部分硬件电路图通单片机硬件电路进行连接实现功组合控制部分电路原理进行说明第四部分前面设计硬件电路单片机设计软件代码完成重点功模块软件流程图实现系统软件设计第五部分第三部分设计硬件第四部分设计软件进行联合调试验证系统功否实现通调试优化设计终实现系统功
第二章 系统方案构思
21 系统整体方案设计
文需基stm32智家庭出入控制系统设计实现完成温度采集功键功体检测功数显示功指示灯功智家庭出入控制系统中单片机模块组合控制枢纽系统模块模块通输出输入连接单片机单片机完成采集外设数判断外设控部分实现智家庭出入控制系统功系统果采集控制黄色指示灯亮输入密码控制家庭出入门禁密码输入正确控制绿色指示灯亮系统设计方案图21示
图21 系统结构框图
22 控制器方案
基stm32智家庭出入控制系统设计实现选择STM32实现系统控制STM32F103C8T6意法半导体企业设计生产款电子元器件该器件拥32位数处理力器件成低性强耗[1]相单片机言器件资源非常广性增强器件核心CortexM3求较高产品中选择器件进行开发CortexM3种结构性强资源快收开发者追捧应部分电子开发项目开发技术采THUMB2指令更加方便开发者进行开发加快项目完成进度器件封装贴片形式占空间集成度高器件48外设接口器件工作频率72MHz[2]满足更项目开发加入64K存储空间搭配20K读写存储模块器件电源求范围2036V芯片部配置包括模数转换PWM功CAN通信USB通信等模数转换功高达12位适应更环境器件运行价温度零40零85度[3]器件部设置时钟信号源时钟信号通程序设置否样节省系统耗
23 显示模块方案
基stm32智家庭出入控制系统设计实现选择LCD1602显示系统温度输入密码等信息LCD1602种液晶显示屏应非常广液晶屏显示原理利电压变化充满液晶屏部两块板间材料中实现光控制样达深浅功功实现样图案部分开发者起初会通款液晶屏进行学具备款液晶屏操作力进开发者前期历初学阶段初学者学款液晶屏少实验开发者熟悉款产品进行开发应[4]液晶显示两行字符行16字符宽度缺点显示汉字字符基显示应较广泛显示控制容易液晶部集成字符库芯片需点显示输入想显示容字符者字符串形式显示完成
24 温度检测方案
基stm32智家庭出入控制系统设计实现选择LM75a采集温度数LM75a种数字接口（i2c）温度传感器单片机器件通两条线连接单片机器件采集温度数进行读取两条通信线成低稳定性强够非常恶劣调节工作器件采集温度范围宽够达55℃+ 125℃测量精度高零10度85度测量精度正负05度
器件优势器件单片机连接需辅助器件直接连接实现温度采集[5]LM75A进行级联器件统通条信号线连接单片机器件部唯ID单片机采集温度时候需先访问ID找应器件便进行点温度采集设计开发器件供电方式两种种直接电源端供电第二种通信号线器件部寄生电路获电源样设计起更加方便器件数采集分辨率范围912位开发者通程序选择具体分辨率位数果器件电源反接器件会烧坏器件部设置温度报警值开发者设置温度报警值分辨率器件掉电会丢失
25 体采集方案
LM75a选择AM312热释电红外传感器采集体AM312热释电红外传感器够采集体散发出红外信号模块接收体发射信号会体发射信号模块输出电信号便单片机做出判断传感器方方形处滤光物绿光片传感器允许体红外信号通910μm波长红外信号通波长段信号会全部滤传感器检测更加稳定[6]果体传感器附传感器会感应体红外信号波长910μm范围红外信号采集信号信号进行放稳定处理输出控制器进行识样实现体检测模块熟料光滑外壳菲涅尔透镜增强模块识力
26 章结
章介绍整系统功分析系统结构设计方案认证首先分析系统需求接系统架构进行设计系统方案进行认证STM32F103C8T6控制芯片采LM75a进行温度采集选择LCD1602显示作显示模块
第三章 硬件系统设计
31 控制器
STM32F103C8T6单片机作款深受初学者喜欢处理器开发者初期入门时候必学单片机单片机业开发者非常熟悉处理器具32位数操作力单片机专仪器仪表方案单片机电源求33V处理器带低功耗模式款芯片优势仪器仪表产品选择方案作开发技术[7]款器件32位单片机德国家科技公司开发设计成1995年已面市刚市受开发团队青睐产品功耗低性强
单片机电源求33V单片机封装类型包括DIP直插封装LQFP贴片封装PLCC贴片封装PQFP贴片封装贴片封装体积重量轻适合集成度高项目DIP封装方便手工焊接万表面包板洞洞板等进行学初期便进行次学校家等般条件进行开发学[8]单片机运行代码需外部输入信号时钟信号通晶振器件输入节拍时序单片机代码运行提供节拍通常说单片机工作效率单片机晶振参数数关系选择晶振12兆赫兹换算成时间数112微秒节拍果选择晶振频率节拍处理器工作效率单片机求晶振频率70MHz图31示
图31 单片机引脚说明
时钟电路缺样单片机法工作复位电路样重复位电路顾名思义复位回原位电子系统言重新运行单片机启动时会复位做电复位复位电路提供复位动作必须条件搭配键达键复位功通键进行复位复位系统调试时起关键作数手册中求复位信号持续时间5毫秒满足求输入复位引脚单片机会复位设计调试时尤软件调试复位工程师解软件设计问题光产品中起作[9]单片机运行代码需外部输入信号时钟信号通晶振器件输入节拍时序单片机代码运行提供节拍通常说单片机工作效率单片机晶振参数数关系选择晶振12兆赫兹换算成时间数112微秒节拍果选择晶振频率节拍处理器工作效率单片机求晶振频率20MHz
单片机运行代码必须时钟电路支持句代码运行条指令运行时钟电路时钟信号运行晶振频率代表单片机运行速度果没时钟电路者时钟电路异常单片机运行会停止甚法烧写程序时钟电路少电路单片机定时器相关设计建立晶振基础定时器时间计时定时器初始值等需时钟电路支持综述时钟电路重性想知电路搭配110592Mhz晶振定时器项参数需通频率进行计算晶振源晶振必须搭配两起振电容没起振电容晶振电路法工作复位电路单片机系统终组成部分复位功单片机回代码初始位置重新开始运行系统开发阶段系统阶段复位功必少设计[10]电路电源通电瞬间进行复位器件启动执行程中实现复位功硬件设计器件10K电阻元件键元件10uf电解电容元件控制器复位信号求少维持两晶振频率周期效信号单片机第9接口RST加载两晶振频率周期效信号够完成单片机复位动作
32 显示模块
显示模块完成系统采集温度数输入信息数显示硬件电路中液晶需16接口进行连接1脚电源GND2脚电源VCC3脚接电位器电位器作条件液晶度液晶显示容更加清晰般选择10310K电位器4脚RS控制输入容命令数果控制RS低电输入容指令果控制RS高电输入容数5脚RW控制单片机读液晶数液晶写数果控制RW低电液晶进行写指令者写数果控制RW高电读取液晶显示状态6脚E控制端7脚16脚8数口输入输出15脚背光灯电源VCC16脚背光灯电源GND背光灯晚液晶显示容液晶电源求5V液晶D0D7接单片机PA口RS接单片机PB15RW接单片机PB14EN接单片机PB13图32示
图32 显示模块图
33 温度检测模块
LM75A实现环境温度采集LM75A器件部具64位ROM2字节温度存储器1字节温度报警限限数存储器字节分辨率设置存储器ROM中数器件ID具唯性器件ID样ID找器件实现级器件级联温度采集器件选择分辨率9101112[11]器件信号线设计拉电阻样实现开漏输出器件部存储器9字节字节低8位温度数字节高8位温度数字节温度限报警数字节温度限报警数配置数CRC校验数余3字节保留果断开器件电源存储数会消失继续保留器件重新通电继续设置数通代码重新设置LM75ASDA接单片机PB7LM75ASCL接单片机PB6温度检测电路图图33示
图33 温度检测模块图
34 体检测模块
AM312实现系统体信号采集AM312传感器感应红外信号放信号定电压等级保证电压放等级模块增加放电路次信号进行放输出信号更加稳定信号较传送中般会干扰信号更噪声信号传感器红外信号非常敏感模块搭配较器增强系统稳定运行避免出现误判利较器设计阈值电压样较输出问电压信号果检测信号达阈值输出效信号[12]模块中设计控制电路包括光控延时功光控较器进行控制延时功传感器检测红外信号果没体出现进行段时间延时取消效信号输出免情况信号立消失图34示
图34 体检测模块图
35 键输入模块
键控制系统运行状态输入密码数键选择轻触开关键坏素包括键防护性焊接程度寿命键机动性键手感制作工艺安装方法等素轻触开关引脚材料选择黄铜磷铜键作导通减触电电阻引脚需镀银银会空气中SO2产生化学反应会影响键引脚接触电阻焊接强度优质轻触开关第步必须引脚基础材料镀银厚度镀银技术做[13]轻触开关引脚镀银完成需进行保护键需需进行防水处理非常重素否镀银处理工艺键引脚会氧化键否效取决键接触点机械装置轻触开关特点键触点弹片连接会导通否良接触达面积接触非常重
系统设计需进行机交互户需输入相关数信息产品通键进行输入普通键盘非编码方式包括独立键矩阵键盘两种方案矩阵键盘键数量求较设计非常适合节省外围接口数量设计需输入数界报警值进行设置键数量较少选择独立键键通高低电变化输入单片机单片机判断电变化识键动作矩阵键盘完成系统控制进行签添加学号录制指纹膜查缺勤等操作选择
键设计时硬件电路较简单通软件进行识键低电输入单片机接口果键低电输入单片机键松开单片机默认高电样识键动作图35示
图35 键输入模块图
36 指示灯模块
指示灯指示系统否检测体输入密码否正确发光二极输入电输出光元器件通常做LED器件构造PN结设计成特性电流正流动果发光二极正负极准备供电PN结会导通P区N区发射空穴N区P区发射电子样部电子空穴会出现反应会出现光线[14]制造材料样发光二极部反应样组成PN结产生空穴电子数量产生空穴电子数量越发出光波长越短设计两指示灯果检测LED0亮果密码输入正确LED1亮电路图36示
图36 指示灯模块图
37 章结
章介绍明系统硬件电路部分首先介绍控模快设计接介绍信号采集模块设计介绍显示模块温度检测模块体模块键模块指示灯模块设计
第四章 软件系统开发
41 软件系统
C语言开发者入门必学门语言通C语言学熟悉编程概念编程定认识清楚认识程序运行机制例计算机部分样进行数交互程序运行时存样工作系统程序前样爱恨情仇底层运行机制C语言中学[15]C语言基础知识点少关键词容易理解类型编程语言基C语言发展C++Java等说C语言做编程语言开山鼻祖续学基础正C语言初学者必学门基础语言代码编写方案选择C语言合适软件编写方案快速完成系统软件设计实现系统软件功
42 软件整体设计
基stm32智家庭出入控制系统设计实现首先完成温度采集接口键接口体检测接口数显示接口指示灯接口进行初始化系统果采集控制黄色指示灯亮输入密码控制家庭出入门禁密码输入正确控制绿色指示灯亮见图41 整体软件设计流程图示
图41 系统软件设计流程图
43 显示软件设计
LCD1602液晶全称1602字符型液晶种类型液晶显示字母数字符号等字符点阵式液晶屏幕液晶屏部集成存储器分三种：CGROMCGRAMDDRAMDDRAM专门液晶存储显示数存储器存储需显示字符编码DDRAM具体功作实电脑显存样原理需屏幕显示容直接通软件写入想显示容样屏幕会写入容显示LCD1602液晶屏设计80字节显示存储DDRAMLCD1602次性显示容直接写入DDRAM字符会全部显示液晶屏未显示出字符需通软件设置显示移动命令显示容移动未显示容会慢慢显示出样实现字符移动显示设计DDRAM会显示字符数量想显示什容字符输入DDRAM中加入需显示字符A字符A应ASCLL41H（十六进制）写入DDRAM中第写入字符会存DDRAM00H址处软件设计流程图图42示
图42 液晶显示软件设计流程图
44 温度采集软件设计
LM75A器件中采集温度数16位二进制存图中示S表示温度数符号位S0表示温度零S1表示温度零温度采集分辨率分辨率设置9101112温度数05度025度0125度00625度器件启动运行默认分辨率12位器件设置12位分辨率时温度寄存器位具具体数含义器件设置11位分辨率时温度寄存器0位没具体含义器件设置10位分辨率时温度寄存器0位1位没具体含义器件设置9位分辨率时温度寄存器0位1位2位没具体含义程序设计图43示
图43 温度采集软件设计流程图
45 键扫描软件设计
进行代码设计前需键真实动作状态进行解键低电事实键动作程中高低电完美动作程中高低电抖动手抖动键机械结构导致结果单片机单纯检测低电采集正确信号会产生误操作键稳定稳定信号单片机时检测键信号正确时刻述波形情况软件检测时候需进行消抖等键抖动信号检测键信号般键抖动时间35毫秒首次扫描效键信号35毫秒继续扫描键信号果然效表示键确实软件设计流程图45示
图45 键软件设计流程图
46 章结
章介绍系统软件设计首先介绍控制端程序设计接完成显示软件设计温度采集软件设计键扫描软件设计等
第五章 测试
51测试环境测试目
仿真功实现法进行测试进行实物组装进行测试实物组装讲究购买器件焊接组装时候第组装应该核心部分控制器电路电路部分电路控制必须控制器电路部分电路组装焊接完成需进行测量供电端否短路等需组装电源电路供电验证控制器电路电源组装时候时连接模块必须测试电测试没问题连接控制器样话果电源问题会影响部分部分组装部分连接起必须先独立测量验证没问题方连接模块控制器电源组装完成控制器烧写执行文件验证两部分电路正确性进行模块电路制作
52 系统电测试
供电接口定进行测量果出现短接 会烧坏器件次接通电源开关前测量电源接口正常情况接通电源供电实物运行否正确显示功电源指示灯见现象否正常果异常马切断电源需关注实物某部分出现发热般电源发热属正常现象部分果发热数异常现象需关注否发热切正常实物项功进行测试否满足设计求设计图51示没出现情况系统采集温度数液晶显示温度数23摄氏度
图51 系统温度采集电测试
系统采集出现黄色指示灯亮起表示出现时采集环境温度数图52示
图52 系统体采集电测试
通测试环境时黄灯进行测试实验数表51示
表51采集测试数表
序号
预期黄灯亮情况
实际情况
结
1
时黄色指示灯亮没亮
黄色指示灯亮
通
2
黄色指示灯亮
通
3
黄色指示灯亮
通
4
黄色指示灯亮
通
5
没
黄色指示灯亮
通
6
没
黄色指示灯亮
通
7
没
黄色指示灯亮
通
8
没
黄色指示灯亮
通
户通矩阵键盘输入密码输入密码时液晶第二行显示PW*密码显示*号代会密码图53示
图53 系统输入密码电测试
户通矩阵键盘输入密码果输入密码数系统设置密码致控制绿色指示灯亮表示运行家庭员出入液晶显示password correct表示密码正确图54示
图54 系统输入密码正确电测试
通次誓言测试输入正确密码绿色指示灯亮实验数表52示
表52 输入密码测试数表
序号
输入
预期情况
实际情况
结
1
正确密码
绿色指示灯亮
绿色指示灯亮
通
2
正确密码
绿色指示灯亮
通
3
正确密码
绿色指示灯亮
通
4
正确密码
绿色指示灯亮
通
5
正确密码
绿色指示灯亮
通
6
正确密码
绿色指示灯亮
通
7
正确密码
绿色指示灯亮
通
8
正确密码
绿色指示灯亮
通
通次测试输入正确密码绿色指示灯亮实验数表53示
表53输入错误密码测试数表
序号
输入
预期情况
实际情况
结
1
正确密码
绿色指示灯亮
绿色指示灯亮
通
2
正确密码
绿色指示灯亮
通
3
正确密码
绿色指示灯亮
通
4
正确密码
绿色指示灯亮
通
5
正确密码
绿色指示灯亮
通
6
正确密码
绿色指示灯亮
通
7
正确密码
绿色指示灯亮
通
8
正确密码
绿色指示灯亮
通
户通矩阵键盘输入密码果输入密码数系统设置密码致液晶显示password error表示密码正确图55示
图55 系统输入密码错误电测试
系统修改密码数液晶显示PO：提示户输入旧密码必须正确输入前密码进行密码修改图56示
图56 系统输入旧密码电测试
输入正确旧密码液晶提示PN：表示时输入新密码设置新密码数图57示
图57 系统输入新密码电测试
输入新密码定记住新密码液晶提示Password Change表示新密码设置成功图58示
图58 系统设置新密码电测试
53 章结
章中文设计系统进行全面测试首先硬件进行调试接系统性进行测试均实现功测试通进行系统温度采集测试输入正确密码测试输入错误密码测试修改密码测试体检测测试系统电述功进行逐条测试验证系统功温度采集测试输入正确密码测试输入错误密码测试修改密码测试体检测测试结果符合系统设计求说明整设计完成基stm32智家庭出入控制系统设计
总结
基stm32智家庭出入控制系统设计实现完成温度采集功键功体检测功数显示功指示灯功硬件电路设计软件设计系统果采集控制黄色指示灯亮输入密码控制家庭出入门禁密码输入正确控制绿色指示灯亮
然系统功已实现难免存足处温度采集速度否时效获取温度数体数时显示温度数整操作需稳定需进步完善查阅资料设计相关方案系统更加稳定安全系统设计需进步完善设计电路板够程度模拟实际控制情况针实际出现键读取出现障收控制信息时单片机法控制显示等情况进行次调试证明系统稳定性预期效果致
设计开始方案设计电路原理代码编写终系统调试终实现系统求功整系统设计程中学阶段学理知识进行巩固新整理单片机开发设计流程进步加强系统开发设计力整程处处困难解决困难程中样解决难题水提高学奠定基础断努力老师学帮助完成硬件软件设计程中前没获知识整程断思考断进取更提升专业兴趣更助完成毕业设计
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附录
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