毕业设计 基于51单片机射频安全防盗报警系统的设计

序
🔥 毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。
为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是：基于51单片机射频安全防盗报警系统的设计

1 项目硬件设计

1.1 单片机控制设计

1.1.1 主控芯片

本设计使用STC89C52单片机作为主控芯片，该单片机的CPU处理器十分的高效，随机存储器RAM、只读存储器ROM容量大，而且具有多个I/O口供使用，同时内部包含了中断系统、定时器/计数器等功能[10]。主要参数表1.1所示。

表1.1 STC89C52单片机主要参数表

参数名称

参数说明

工作电压

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）

工作频率

0～40MHz，实际工作 频率可达48MHz

工作温度

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

定时器/计数器

共3个16 位，即定时器T0、T1、T2

应用程序空间

8K字节

数据存储空间

512 字节RAM

EEPROM存储空间

内带4K字节

STC89C52单片机外部有32个I/O端口可供用户使用，在本设计当中使用了11个引脚来连接LCD1602液晶显示屏模块，需要1个引脚来连接蜂鸣器模块，需要1个引脚来连接按键模块，需要5个引脚来连接RFID模块。单片机引脚如图1.1所示。

图1.1 STC89C52单片机引脚图

其部分引脚功能如表1.2所示。

表1.2 STC89C52单片机引脚功能表

端口

引脚

位置

第一功能

符号

功能

第二功能

符号

功能

P0

39-32

P0.0-P0.7

通用I/0口

AD0-AD7

地址数据总线

P1

43473

P1.0-P1.7

通用I/0口

P2

21-28

P2.0-P2.7

通用I/0口

A8-A15

地址总线（高位）

P3

10

P3.0

通用I/0口

RXD

串行通信发送口

11

P3.1

通用I/0口

TXD

串行通信接收口

12

P3.2

通用I/0口

INT0

外部中断0

13

P3.3

通用I/0口

INT1

外部中断1

14

P3.4

通用I/0口

T0

计数器0输入端口

15

P3.5

通用I/0口

T1

计数器1输入端口

16

P3.6

通用I/0口

WR

外部存储器写功能

17

P3.7

通用I/0口

RD

外部存储器读功能

STC89C52单片机VCC口接入+5V电压即可正常工作。其中XTAL1脚为反向振荡放大器和内部时钟工作电路的输入，XTAL2引脚为反向振荡器的输出[11]。

1.2.2 时钟电路设计

单片机在处理任何事件都需要时序，时钟晶振电路为系统稳定运行提供保障。时钟电路主要是由两个部分构成，一个晶振以及两个电容，其中晶振11.0592MHz，电容30PF，电容起到了帮助晶振进行起振的作用，满足了数字控制器上电以后可以正常工作。时钟电路原理图如图1.2所示。

图1.2 时钟电路原理图

1.2.3 复位电路设计

当单片机系统运行时，如果因为环境问题导致程序运行出错了，那么按下复位按钮则可以解决该问题，内部的程序会自动从头开始执行。系统的第一次复位是在单片机系统通电并且启动的时候，当按下键时，是系统的第二次复位，如果该键被释放并再次按下，系统将会被重置。在本设计中，RST引脚是复位输入脚，STC89C52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路如图1.3所示。

图1.3 复位电路原理图

1.2.4 单片机控制电路整体设计

STC89C52单片机最小系统由STC89C52芯片、时钟晶振电路、复位电路组成。这三部分电路缺一不可，只有都具备单片机才可以正常工作[12]。单片机最小系统原理图如图1.4所示。

图1.4 单片机最小系统原理图

1.2 按键电路设计

本设计方案采用了一枚按键用于实现商品的设防状态的设置。通过按键控制单片机引脚的高低电平从而对设防状态的控制。按键的一端接GND，一端与单片机引脚相连。在本设计当中，按键与单片机引脚P1.1相连，与按键相连的单片机控制引脚默认为高电平，按键按下时，信号传送到单片机的I/O口相当于接地，检测到低电平。在单片机检测到管脚为低电平后，调用执行相应的程序流程，作为系统的输入，起到了控制开关的作用。其电路原理图如图1.5所示。

图1.5 按键电路原理图

其中按键S2代表对设防模式的设置，当按下按键，即开启设防模式，如果RFID模块识别到有效卡，就会引起蜂鸣器报警。

1.3 蜂鸣器报警电路设计

本次设计需要一款能够提醒工作人员检测顾客是否带有未结账的商品出门的模块，所以需要一个蜂鸣器来做报警提示作用的。

本系统选择有源蜂鸣器来做报警模块，采用三极管9012来驱动电路，它的额定电压为5V，三极管按极性划分为两种：NPN型三极管和PNP型三极管，该三极管为PNP型，起到一个开关的作用[13]，只要单片机控制引脚为低电平，蜂鸣器就会报警，反之则不报警。三极管的基极电阻通常选择在1K到10K之间。为了保证三极管处于饱和状态而不烧毁，为了保证有足够的电流来驱动蜂鸣器，选择了1K电阻。本设计中与单片机引脚P1.0相连。原理图如图1.6所示。

图1.6 蜂鸣器报警电路原理图

1.4 液晶显示电路设计

本设计具有可以通过显示屏知道商品是否设置了设防状态功能，并且也可以显示商品名称以及价格信息，所以需要一个显示屏显示提示信息。

本设计采用LCD1602液晶显示屏，该液晶显示屏是由单片机进行驱动，其显示功能强大，可以显示多量的数字和文字、图形等，显示清晰且美观，价格也十分便宜，最佳工作电压为5V。显示器的命令操作插脚为RS、RW和EN，分别连接到单片机的P2.4、P2.5和P2.6引脚。数据插脚D0-D7分别与单片机的P0.0-P0.7引脚相连。在本电路中电位器可以调节液晶显示的对比度即清晰度。其具体电路原理图如图1.7所示。

图1.7 LCD1602液晶显示电路原理图

本设计中主要用于显示商品的名和价格信息，当前台工作人员刷到对应的RFID卡，其中“WP”后边的信息代表商品的名称，“DJ”代表商品的价格信息，当我们将RFID设置为设防状态时，LCD1602液晶显示屏上会显示“SF”，当出现了“SF”字样时，代表开启设防模式，否则反之。

1.5 射频识别电路设计

本系统选择MFRC522射频模块进行刷卡操作。MFRC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度的读写卡芯片，本模块可直接装入各种读卡器模具[14]。该模块的工作电压为3.3V，和单片机的通信方式极其简单，只需要通过几条线将SPI接口与单片机引脚相连即可，可以保证模块稳定可靠的工作、读卡距离远。其中RST脚与单片机引脚P3.3相连；MISO脚与单片机引脚P3.4相连；MOSI脚与单片机引脚P3.5相连；SCK脚与单片机引脚P3.6相连；SDA脚与单片机引脚P3.7相连[15]。模块接口原理图如图1.8所示。

图1.8 射频模块接口电路原理图

1.6 电源电路设计

1.6.1 总电源电路设计

这本次设计中，由于STC89C52单片机主控芯片、按键电路模块、蜂鸣器电路模块、液晶显示屏电路模块的最佳工作电压均为5V[16]，所以本设计选用5V电源作为整个系统的主电源，电路简单稳定。电源的直流插座直接连接到USB电源线就可以通电。电源插座口称作DC插座，一端接在5V电源上，如2.1图中所示的端口1引脚，接在正极上，来提供电源。另一端如2.1图中的端口2、3引脚 ，连接在一起接在GND上。电源模块还需要有一个LED灯来显示是否通电成功，起提示作用，同时也需要一个1K电阻，起限流作用，来保护LED灯以防被烧坏。当SW自锁开关按下后，整个电路接通，系统电源输出5V直流电压，红灯亮，再次按下开关后，系统停止工作，红灯灭，没有电源输出[17]。电源电路原理图如1.9所示。

图1.9 5V电源电路原理图

1.6.2 5V转3.3V电源电路设计

因为射频模块的额定电压为3.3V，而系统中提供的电源电压为5V，所以需要通过AMS1117-3.3芯片进行降压处理，它是一种正向低压降稳压器，输出的电压为3.3V，适用于高效率的线性开关。其输出电流为1A，系统电路简单，工作稳定。本电路中，通过AMS1117-3.3芯片2引脚与射频识别模块1引脚连接，将5V直流电压降为3.3V给系统的射频识别模块电路供电[18]。

其电路原理图如图1.10所示。电容为电解电容，起到滤波作用，滤除电源中的低频参量，让电压输出更加平稳。

图1.10 5V转3.3V电源电路原理图

2 项目焊接与调试

2.1 电路焊接

本次设计使用原始的焊接方法，焊接的成功是项目成功的关键因素之一。如果焊接本质上出现问题，则会影响到整个控制系统，所以在焊接的过程中一定要十分的小心。焊接的步骤如下：

（1）检查元器件：元器件不能有一点损坏，不然会影响整个项目进度，所以在开始焊接之前一定要对所有元器件进行仔细的检查，在检查好每个元器件无损坏后才能够进行安装和焊接，以防出现在焊接完成后因某个元件有损坏而使系统无法正常运行。

（2）放置、焊接各元件：检查好元器件没有任何损坏之后，要根据原理图排好各元器件的位置，元器件的放置顺序高低也是很有讲究，首先放置那些焊接位置比较低的元器件，然后是那些焊接位置比较高的元器件，再就是特别注意的一点就是，要最后再焊接那种易损的元器件。焊接后实物图如图2.1所示。

图2.1 焊接实物图

需要注意的是，补焊锡一定要适量，因为在焊接的过程中总会遇到焊锡不足的问题，焊锡过多可能会导致将两个本不应该相连的两个引脚连在一起。如果真的不小心补过多的焊锡，那也是有办法可以解决的，在工具不是十分齐全的情况下，可以选择用电烙铁带走多余的焊锡，如果工具准备的充分，则可以使用吸锡器除掉多余的焊锡。

2.2 系统调试

在整个系统通电之前，观察焊接是否存在问题。如出现明显断裂，正负极连接、器件连接、焊接不实等问题，可以通过重新焊接或者更换元器件来解决。接着用万用表检测电源正负电压，是否出现严重的电源问题，如短路等。最后确认并保证系统没有问题。

在进行程序调试之前，要配置调试环境以及平台，都准备充分之后，要对系统功能进行检测，检测过程中也会遇到很多问题，可能是环境或者平台配置出现问题，那么可能需要重新进行配置。一般情况下，需要反复进行测试，直到没有问题为止。

2.2.1 软件调试

在软件调试的过程中，点击编译按键，文件在系统内正常运行，运行的提示信息会自动输出到编译窗口。如果提示信息中显示“error(s)”字样，说明程序有错误，需要根据提示信息找到错误并及时改正[19]，否则说明程序运行成功。无错误信息提示，如图2.2所示。

图2.2 无错误信息提示图

当出现“0 Error(s)”说明程序成功，确保没有任何问题之后，就可以将程序代码烧录到单片机当中。同样也需要继续调试，调试到没有问题为止。但在实际调试过程中，会遇到很多问题。常见的错误有定义多个无效的变量、函数未作宣告或未作外部宣告导致不能被其他函数调用、元器件没有正确设置高低电平等等[20]。

2.2.2 硬件调试

焊接好的电路板在上电之前必须得经过调试，以免发生短路烧毁元器件或者因为断路导致的元器件无法工作的情况。

（1）单片机电路调试

单片机是整个系统核心部件。在最初的调试中，出现了调节按键失灵，经过多次调试实验后发现是由于单片机的P1.1引脚脱焊导致的，经过再次焊接后故障问题便消除了。

（2）系统电源供电路调试

在供电接口VCC与GND两端接上电源后，闭合开关，发现系统无供电，用万用表检测USB供电口的引脚发现无电压。将引脚重新焊接后再检测发现电压正常，可以为系统可以正常供电。

（3）LCD1602液晶显示模块电路的调试

在调试上电后发现LCD1602液晶屏幕虽然亮起来，但是发现没有显示出任何字符，后来用螺丝刀调节电位器，发现电位器旋钮位于最左端，此时灰度值最低因此无法显示字符，经过调试向右旋转后发现屏幕可以清晰地显示出字符来。

2.3 实物测试

根据本设计需求，对实物功能进行逐一测试：

（1）打开电源后，电源指示灯长亮，初始化商品信息；

（2）共计有两个测试卡，一个是写入的单片机的有效卡，一个是没有写入单片机的无效卡，进行刷卡测试；

（3）如果RFID刷到有效卡，会在LCD1602液晶显示屏上显示商品的名称以及价格信息，如果刷到无效卡，则LCD1602液晶显示屏不会显示商品信息；

（4）按下设防按键，开启设防模式，测试设防模式的效果；

（5）当LCD1602液晶显示屏显示了“SF”字样时，代表设防模式已开启，否则反之；

（6）如果RFID识别到的是设防状态的有效卡，则蜂鸣器会报警。

所有预设功能均以实现，实物展示图如图2.3所示。

图2.3 实物展示图

原理图

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