“教室”人数检测器智控设计报告书.pdf

智控设计报告书 题目“教室”人数检测器 队伍名称 学生姓名 上交日期 目录 一 . 设计要求 1 1. 基本要求 . 1 2. 拓展要求 . 1 二． 方案设计 . 1 1. 总体方案说明 . 1 2. 功能模块说明 . 1 三．中央控制模块 . 2 四． 时间模块 . 3 五． 数据读写模块 . 6 六． 输出显示模块 . 6 六，硬件结构 . 13 七，程序概要 . 13 八，源程序（部分） 14 1 “教室”人数检测器 一 . 设计要求 1. 基本要求 1 设计检测器，检测教室人员进出（检测方法不限，尽可能简单和实用）； 2 设计良好的人机交互界面，实现对出入人数的统计情况显示； 3 添加按键以方便管理员对检测器做简单设置（具体功能自行设计）。 2. 拓展要求 1 添加时钟模块，对自习室人数作分时段检测； 2 实现与上位机的通信，能够实时显示教室出入人数的统计情况； 3 通过上位机，可以对检测器做简单设置； 4 开发手机 APP，能够远程查询教室出入人数的统计情况； 5 其他创新功能。 二． 方案设计 1. 总体方案说明 本次“教室”人数检测器设计任务，以 stc89c51 为控制中心，使用了 ds1302 时钟芯片，红外传感器 e18-8mnk，蓝牙 HC-05,12864 液晶显示器等元件。整个 控制系统分为检测模块，中央控制模块，数据读写功能模块和输出显示功能模块。 2. 功能模块说明 系统的主要功能模块组成和功能如表 1 所示 2 表格 1 教师人数检测器功能主要模块组成和功能表 模块名称 使用元件 模块功能 中央控制模块 stc89c51 对系统进行控制 检测 模块 红外传感器 e18-8mnk 获得人数进出数据 输出显示模块 12864 液晶显示器，蓝牙 HC-05 输出显示数据 三．中央控制模块 1.stc89c51 芯片 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 4K 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。 STC89C51RC 系列 单片机 是单时钟 /机器周期 1T的兼 容 8051 内核单片机，是高速 / 低功耗的新一代 8051 单片机，全新的流水线 / 精简指令集 结构 ,内部集成 MAX810 专用复位电路。 2.特点 1增强型 1T 流水线 /精简指令集 结构 8051 CPU 2（ 5V 单片机 ） / 2.0V-3.8V （ 3V 单片机 3时钟频率 035MHz，相当于普通 8051 的 0～ 420MHz.实际工作频率可达 48MHz. 4用户应用程序空间 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字节 5片上集成 512 字节 RAM 6通用 I/O 口（ 27/23 个），复位后为 准双向口 / 弱上拉（普通 8051 传 统 I/O 口） 可设置成四种模式准双向口 / 弱上拉，推挽 / 强上拉，仅为输入 /高阻 ，开 漏 每个 I/O 口 驱动能力 均可达到 20mA，但整个芯片最大不得超过 55mA 7ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用 编程器 3 可通过串口（ P3.0/P3.1）直接下载 用户程序 ，数秒即可完成一片 8EEPROM 功能 9看门狗 10内部集成 MAX810 专用 复位电路 （外部晶体 20M 以下时，可省外部复 位电路） 11时钟源 外部高精度晶体 / 时钟，内部 R/C 振荡器。用户在下载用户程 序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 / 时钟。常温下内部 R/C 振 荡器频率为 5.2MHz ～ 6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为 有温漂，请选 4MHz ～ 8MHz 12有 2 个 16 位 定时器 / 计数器 13外部中断 2 路 ,下降沿中断或低电平触发中断 ,Power Down 模 式可由外 部中断低电平触发 中断方式 唤醒 14PWM 4 路） / P C A（可编程计数器阵列），也可用来再实现 4 个定时器 或 4 个外部中断 上升沿中断 / 下降沿中断均可支持 15STC89Cc516AD 具有 ADC 功能。 10 位精度 ADC，共 8 路 16通用异步 串行口 UART 17SPI 同步通信 口，主模式 / 从模式 18工作温度范围 0 -75℃/ -40 -85℃ 19封装 PDIP-28， SOP-28， PDIP-20， SOP-20， PLCC-32,TSSOP-20超小封装， 定货 四． 时间模块 1. DS1302 芯片 DS1302[1] 的在实时显示时间中的应用。它可以对年、月、日、周、时、分、 秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。 工作原理 4 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时 钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能， 工作电压为 2.0V～ 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 318 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 /后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充 电的能力。 结构 DS1302 的引脚排列 ,其中 Vcc2 为主电源， VCC1 为后备电源。在主电源关闭的 情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc10.2V 时， Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时， DS1302 由 Vcc1 供电。 X1 和 X2 是振荡源，外接 32.768kHz 晶振。 RST 是复位 /片选线 ，通 过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的 数据传送 。 RST 输入有两种功能首先， RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入 移位寄存器 ；其次， RST 提供终止单 字节或多字节数据传送的方法。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化， 允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次数 据传送， I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc2.0V 之前， RST 必须保持低 电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 I/O 为串行数据输入输 出端 双向 ，后面有详细说明。 SCLK 为时钟输入端。 下图为 DS1302 的引脚功能 图 DS1302 封装图 控制字节 DS1302 的控制字如图 2 所示。控制字节的最高有效位 位 7必须是逻辑 1， 如果它为 0，则不能把数据写入 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 指示操作单元的地址 ;最低有效位 位 0如为 0 表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始 输出。 5 数据流 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302， 数据输入从低位即位 0 开始。同样，在紧跟 8 位的控制 指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据，读出数据时从低位 0 位到高位 7。 寄存器 DS1302 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 ,其日历、时间寄存器及其控制字见表 1。 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 外的所有寄存器内容。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元 组态 为一个 8 位的字节，其命令控制字为 C0H～ FDH， 其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM 寄存器，此方 式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节，命令控制字为 FEH写 、 FFH读 。 软硬件 DS1302 与 CPU 的连接需要三条线，即 SCLK7、 I/O6、 RST5。 CPU 连接 实际上，在 调试程序 时可以不加电容器，只加一个 32.768kHz 的晶振即可。 只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。 问题说明 6 DS1302 与 微处理器 进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节， 命令字节最高位 Write ProtectD7必须为逻辑 1，如果 D70，则禁止写 DS1302， 即 写保护 ； D60，指定时钟数据， D61，指定 RAM 数据； D5～ D1 指定输入或 输出的特定 寄存器 ；最低位 LSBD0为逻辑 0，指定写操作 输入 ， D01，指定 读操作 输出 。 在 DS1302 的时钟日历或 RAM 进行 数据传送 时， DS1302 必须首先发送命令 字节。若进行单字节传送， 8 位命令字节传送结束之后，在下 2 个 SCLK 周期的 上升沿输入数据字节，或在下 8 个 SCLK 周期的下降沿输出数据字节。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类 一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每 个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 C0H～ FDH，其中奇数为读操作， 偶数为写操作；再一类为突发方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性读、 写所有的 RAM 的 31 个字节。 要特别说明的是备用电源 B1，可以用电池或者超级电容器 0.1F 以上 。虽然 DS1302 在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好 选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的 3.6V 充电电池。如果断电时间较 短 几小时或几天 时 ， 就可以用漏电较小的普通电解电容器代替 。 100 μF 就可以 保证 1 小时的正常走 时。 DS1302 在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始 化后就可以按正常方法调整时间。 五． 数据读写模块 . 按键 六． 输出显示模块 1. 12864 液晶 名称含义 12864 是 128*64 点阵 液晶模块的点阵数简称。 7 基本参数 视角 6 点钟 驱动方式 1/64 DUTY 1/9 BIAS 背光 LED 控制器 KS0108 或兼容 IC 数据总线 8 位并口 /6800 方式 温度特性 工作温度 -20C ---- 70C 储藏温度 -30C ---- 80C 点阵格式 128 x 64 点尺寸 0.39 x 0.55mm 点中心距 0.44 x 0.60mm 视域 62.0 x 44.0mm 有效显示区域 56.27 x 38.35mm 外形尺寸 78.0 x 70.0 x 12.5mm Max. 净重 65g 电气特性 项目 符号 最小 典型 最大 单位 电源电压 VDD-VSS 4.75 5.0 5.25 V 液晶驱动 电压 VDD-VA DJ Ta0 -11.0 -11.5 -12.0 Ta25 -10.5 -11.0 -11.5 Ta50 -10.0 -10.5 -11.0 输入信号 电压 VIH 0.8 VDD - VDD0.3 VIL 0 - 0.2 VDD LCM 工作 电流 IDD - 3 8 mA 8 背光驱动 电流 ILED - 60 80 液晶驱动 电流 IEE - 1.0 - 极限参数 项目 符号 最小 最大 单位 备注 电源电压 VDD-VSS -0.3 7.0 V 液晶驱动 电压 VDD –VADJ - 15 工作温度 范围 TOP -20 70 C 储存温度 范围 TST -30 80 光学特性 项目 符号 条件 典型 单位 备注 视角范围 f 对比度 ≥ 2 40 弧度 f 视角方向 b 30 b 视角反方向 l 30 l 视 角左方向 r 30 r 视 角右方向 上升时间 TR TA25C 120 ms 下降时间 TF 130 帧频 FRM 64 Hz 对比度 CR 6.0 - 2.基本用途 该点阵的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。 9 液晶模组使用注意事项 1 当您在你的产品设计中使用本液晶模组，注意液晶的视角与你的产品用途 相一致。 2 液晶屏是玻璃为基础的，跌落或与硬物撞击会引起液晶屏破裂或粉碎。尤 其是边角处。 3 尽管在液晶表面的偏振片有抑制反光的表层，应当小心不要划伤表面，一 般推荐在液晶表面采用透明塑胶材料的保护屏。 4 如果液晶模组储藏在低于规定的温度以下，液晶材料会凝结而性能恶化。 如果液晶模组储藏在高于规定的温度以上，液晶材料的分子排列方向会转变为液 态，可能无法恢复到原来的状态。超出温度和湿度范围，会引起偏振片剥落或起 泡。因此，液晶模组应储藏在规定的温度范围。 5 如液晶表面遇口水或滴水，应立即擦除，避免长时间过后引起色彩变化或 留下 污点 。水蒸气会引起 ITO 电极腐蚀。 6 如果需要清洁液晶屏表面，应该用棉或软布轻快地擦拭，仍不能清除时， 呵气之后再擦拭。 7 液晶模组的驱动应遵照规定的额定指标，避免故障及永久损坏。对液晶材 料施加直流电压，会引起液晶材料迅速恶化，应该确保提供交流波形的 M 信号 的连续应用。特别是，在电源开关时应遵照供电顺序，避免驱动锁存及直流直接 加至液晶屏。 3.管脚号 管脚 号 管脚名 称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC 3.05V 电源正 3 V0 - 对比度（亮度）调整 4 RSCS） H/L RS“H”,表示 DB7DB0 为显示数据 RS“L”,表示 DB7DB0 为显示指令数据 5 R/WSID H/L R/W“H”,E“H”,数据被读到 DB7DB0 R/W“L”,E“H→L”, DB7DB0 的数据被写到 IR 或 DR 6 ESCLK H/L 使能信号 10 7 DB0 H/L 三态数据线 8 DB1 H/L 三态数据线 9 DB2 H/L 三态数据线 10 DB3 H/L 三态数据线 11 DB4 H/L 三态数据线 12 DB5 H/L 三态数据线 13 DB6 H/L 三态数据线 14 DB7 H/L 三态数据线 15 PSB H/L H 8 位或 4 位并口方式， L串口方式（见注释 1） 16 NC - 空脚 17 /RESET H/L 复位端，低电平有效（见注释 2） 18 VOUT - LCD 驱动电压输出端 19 A VDD 背光源正端（ 5V）（见注释 3） 20 K VSS 背光源负端（见注释 3） *注释 1如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将 PSB 接固定高电平。 *注释 2模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该 端悬空。 *注释 3如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的 JA JK 连接到 VCC 及 GND 电源口。 4.指令说明 模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令如下 基本指令 指令 指令码 功 能 R S R/ W D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 清除显 示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 将 DDRAM 填满 “20H“,并且设 定 DDRAM 的地址计数器 AC 到 “00H“ 地址归 位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 设定 DDRAM 的地址计数器 A C到 “00H“,并且将游标移到 11 开头原点位置 ;这个指令不改 变 DDRAM 的内容 显示状 态开 / 关 0 0 0 0 0 0 1 D C B D1 整体显示 ONC1 游 标 ON B1游标位置反白允 许 进入点 设定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/ D S 指定在数据的读取与写入时 , 设定游标的移动方向及指定 显示的移位 游标或 显示移 位控制 0 0 0 0 0 1 S/ C R /L X X 设定游标的移动与显示的移 位控制位 ;这个指令不改变 D DRAM 的内容 功能设 定 0 0 0 0 1 D L X R E X X DL0/1 4/8 位数据 RE1 扩 充指令操作 RE0 基本指令 操作 设定 C GRAM 地址 0 0 0 1 A C 5 A C 4 A C 3 A C 2 A C 1 A C 0 设定 CGRAM 地址 设定 D DRAM 地址 0 0 1 0 A C 5 A C 4 A C 3 A C 2 A C 1 A C 0 设定 DDRAM 地址（显示位 址）第一行 80H－ 87H 第二 行 90H－ 97H 读取忙 标志和 地址 0 1 B F A C 6 A C 5 A C 4 A C 3 A C 2 A C 1 A C 0 读取忙标志 BF可以确认内 部动作是否完成 ,同时可以读 出地址计数器 AC的值 写数据 到 RA M 1 0 数据 将数据 D7D0 写入到内部 的 RAM DDRAM/CGRAM/IRA M/GRAM 读出 R AM 的 值 1 1 数据 从内部 RAM 读取数据 D7 D0DDRAM/CGRAM/IRAM/GR AM 扩充指令 指令 指 令 码 功 能 R S R/ W D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 待命模 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 进入待命模式 ,执行其他指令都 12 式 可终止待命模式 卷动地 址开关 开启 0 0 0 0 0 0 0 0 1 S R SR1允许输入垂直卷动地址 S R0允许输入 IRAM 和 CGRAM 地址 反白选 择 0 0 0 0 0 0 0 1 R 1 R 0 选择 4 行中的任一行作反白显 示，并可决定反白与否。初始值 R1R000，第一次设定为反白显 示，再次设定变回正常 睡眠模 式 0 0 0 0 0 0 1 S L X X SL0进入睡眠模式 SL1脱 离睡眠模式 扩充功 能设定 0 0 0 0 1 C L X R E G 0 CL0/1 4/8 位数据 RE1 扩充 指令操作 RE0 基本指令操作 G1/0绘图开关 设定绘 图 RA M地址 0 0 1 0 A C 6 0 A C 5 0 A C 4 A C 3 A C 3 A C 2 A C 2 A C 1 A C 1 A C 0 A C 0 设定绘图 RAM 先设定垂直 列 地址 AC6AC5AC0 再设定水平 行 地址 AC3AC2AC1AC0 将以上 16 位地址连续写入即可 13 六，硬件结构 七， 程序概要 利用水平的两个红外传感器判断人的出入，分别接在外部中断 0， 1 保证不会错过。利 用 12864 进行显示。按下设置键可以进行对座位数，时钟，系统开闭等的设置。按下 detail 键可显示分时段人流量以及一周内不同时段的平均人流量。并且串口接 hc05，可以用上位 机与手机 app 与之通信，实时远程获取数据。 14 八，源程序（部分） include define uchar unsigned char define uint unsigned int define wsecond 0 x80 define wminute 0 x82 define whour 0 x84 define rsecond 0 x81 define rminute 0 x83 define rhour 0 x85 define wprotect 0 x8E sbit rsP10; sbit rwP11; sbit enP12; sbit upP15; sbit downP14; sbit setP16; sbit selectP17; sbit detailP13; sbit SCLKP35; sbit DIOP36; sbit CEP37; sbit ACC_7ACC7; char a,i,flag_tmsg,t0,seat,sec00 x00,min00,hour00,flag_sys1,clk0,out_flag0,in_flag0,flag_we ek0,temp0,temp1,temp2; int seat0100,people0,people_zao0,people_wu0,people_wan0; char zao_wp[]{0,0,0,0,0,0,0}; char wu_wp[]{0,0,0,0,0,0,0}; char wan_wp[]{0,0,0,0,0,0,0}; void delayuint ms; void wuchar ; void wdatauchar dat; void lcdinit; void mcuinit; void displayinit; void init1302; 15 void clean_GDRAM; void show0; //人数显示 void show1; //座位数显示 void show2; //调时时显示 void show3; //实时时钟 uchar read1302uchar addr; void write1302uchar addr,dat; void settings; void messages; void send_datauchar ch; void init1302 { uchar i,flag_pointer12,flag_spdup00,flag_spdup10,auxs0 x00,auxm0 x00,auxh0 x00; w0 x80; fori0;i2 { flag_pointer12; } delay500; } } ifset0 { delay10; ifset0 { flag_spdup00; flag_spdup10; flag_pointer1--; ifflag_pointer123 { hour00; } break; case 1 min0; 17 ifmin059 { min00; hour0; ifhour023 { hour00; } } break; case 0 ifsec00 { sec030; } else { sec00; } break; } ifflag_spdup09 { auxm0 x10; min0-10; } auxmmin0; whilehour09 { auxh0 x10; hour0-10; } auxhhour0; write1302 wprotect,0 x00; write1302 wsecond,auxs; write1302 wminute,auxm; write1302 whour,auxh; write1302 wprotect,0 x80; w0 x0c; } void displayinit { w0 x80; fori0;i12 } out_flag0; } else { in_flag1; } } void ser interrupt 4 { RI0; aSBUF; flag_tmsg1; }