矩阵键盘为3x4

<think>我们正在设计一个基于51单片机的智能门禁系统，需要整合多个模块：AT24C64（EEPROM存储器）、OLED显示屏、蓝牙模块、舵机、薄膜键盘（3x4矩阵键盘）、超声波模块、信号灯XD10-6和DHT11温湿度传感器。下面将分步骤进行代码框架设计，并特别关注3x4矩阵键盘的代码实现。 ### 系统设计思路 1. **系统初始化**：初始化各个模块，包括OLED、DHT11、超声波模块、舵机、矩阵键盘、蓝牙模块等。 2. **主循环**： - 读取矩阵键盘输入，获取用户输入的密码。 - 通过蓝牙接收密码（可选）。 - 读取超声波模块检测门前是否有人。 - 读取DHT11获取环境温湿度。 - 将输入的密码与存储在AT24C64中的密码进行比对。 - 如果密码正确，则控制舵机转动（模拟开门），同时信号灯显示绿色；否则，信号灯显示红色，并提示错误。 - OLED显示系统状态、温湿度、输入密码的星号（或直接显示数字）等。 ### 硬件连接（部分关键引脚说明，具体需根据实际电路连接） - **矩阵键盘3x4**：通常连接至P1口（例如P1.0-P1.6，其中3行4列或4行3列，注意行列扫描方式） - **OLED**：通常使用I2C接口，连接P2.0（SCL）、P2.1（SDA） - **AT24C64**：I2C接口，与OLED共用I2C总线（注意地址不同） - **蓝牙模块**：串口通信，连接P3.0（RXD）、P3.1（TXD） - **舵机**：使用PWM控制，连接P3.2（或其他支持定时器输出的引脚） - **超声波模块**：Trig连接P3.3，Echo连接P3.4 - **DHT11**：单总线，连接P3.5 - **信号灯XD10-6**：这是一个6位信号灯模块，可以使用6个IO口控制，例如P0口 ### 代码框架 #### 1. 头文件及全局变量定义 ```c #include <reg52.h> #include <intrins.h> #include "oled.h" // OLED显示驱动 #include "i2c.h" // I2C通信，用于AT24C64和OLED（如果OLED使用I2C） #include "dht11.h" // DHT11温湿度传感器 #include "delay.h" // 延时函数 // 矩阵键盘定义（假设3行4列，行线接P1.0-P1.2，列线接P1.3-P1.6） #define KEY_PORT P1 sbit ROW1 = P1^0; sbit ROW2 = P1^1; sbit ROW3 = P1^2; sbit COL1 = P1^3; sbit COL2 = P1^4; sbit COL3 = P1^5; sbit COL4 = P1^6; // 超声波模块 sbit Trig = P3^3; sbit Echo = P3^4; // 舵机控制 sbit Servo = P3^2; // 舵机信号线 // 信号灯XD10-6（假设使用P0口，6个灯分别接P0.0-P0.5） #define SIGNAL_PORT P0 // 全局变量 unsigned char password[6] = {1,2,3,4,5,6}; // 默认密码 unsigned char input[6]; // 存储输入的密码 unsigned char count = 0; // 输入密码位数计数 bit door_open = 0; // 门状态标志 ``` #### 2. 矩阵键盘扫描函数 ```c // 矩阵键盘扫描函数，返回按键值（0-9，*，#），0xFF表示无按键 unsigned char key_scan() { unsigned char key_value = 0xFF; // 第一行置低，其他行高 ROW1 = 0; ROW2 = 1; ROW3 = 1; if (COL1 == 0) { delay_ms(10); if (COL1 == 0) key_value = '1'; } if (COL2 == 0) { delay_ms(10); if (COL2 == 0) key_value = '2'; } if (COL3 == 0) { delay_ms(10); if (COL3 == 0) key_value = '3'; } if (COL4 == 0) { delay_ms(10); if (COL4 == 0) key_value = 'A'; } // A作为删除键 ROW1 = 1; // 第二行置低 ROW2 = 0; ROW1 = 1; ROW3 = 1; if (COL1 == 0) { delay_ms(10); if (COL1 == 0) key_value = '4'; } if (COL2 == 0) { delay_ms(10); if (COL2 == 0) key_value = '5'; } if (COL3 == 0) { delay_ms(10); if (COL3 == 0) key_value = '6'; } if (COL4 == 0) { delay_ms(10); if (COL4 == 0) key_value = 'B'; } // B作为确认键 ROW2 = 1; // 第三行置低 ROW3 = 0; ROW1 = 1; ROW2 = 1; if (COL1 == 0) { delay_ms(10); if (COL1 == 0) key_value = '7'; } if (COL2 == 0) { delay_ms(10); if (COL2 == 0) key_value = '8'; } if (COL3 == 0) { delay_ms(10); if (COL3 == 0) key_value = '9'; } if (COL4 == 0) { delay_ms(10); if (COL4 == 0) key_value = 'C'; } // C作为取消键 ROW3 = 1; return key_value; } ``` #### 3. 舵机控制函数 舵机控制通常使用PWM信号，周期为20ms，高电平时间在0.5ms-2.5ms之间对应0°-180°。 ```c // 舵机转动角度，angle:0-180 void servo_angle(unsigned char angle) { unsigned int high_time = 500 + angle * 2000 / 180; // 计算高电平时间（单位us） // 使用定时器产生PWM，这里简化使用延时模拟（实际应用需用定时器中断） Servo = 1; delay_us(high_time); Servo = 0; delay_us(20000 - high_time); // 整个周期20ms } ``` #### 4. 超声波测距函数 ```c // 超声波测距，返回距离（单位：cm） unsigned int ultrasonic_distance() { unsigned int time = 0; Trig = 1; delay_us(12); Trig = 0; while (!Echo); // 等待高电平 while (Echo) { // 高电平期间计时 time++; delay_us(1); if (time > 30000) break; // 超时 } return time / 58; // 计算距离（单位cm） } ``` #### 5. AT24C64读写函数（略，使用I2C协议） #### 6. 主函数框架 ```c void main() { unsigned char key; unsigned char i; unsigned int distance; unsigned char temp, humi; // 初始化 OLED_Init(); DHT11_Init(); // 初始化定时器（用于舵机PWM、超声波计时等） // 初始化串口（蓝牙） // 初始化信号灯（全灭） SIGNAL_PORT = 0xFF; while (1) { // 检测是否有人（超声波距离小于一定值，比如10cm） distance = ultrasonic_distance(); if (distance < 10) { // 显示输入密码界面 OLED_ShowString(0,0,"Input Password:"); // 矩阵键盘扫描 key = key_scan(); if (key != 0xFF) { if (key >= '0' && key <= '9') { // 数字键 if (count < 6) { input[count] = key - '0'; count++; // OLED显示星号 OLED_ShowChar(0, 1 + count, '*'); } } else if (key == 'A') { // 删除 if (count > 0) { count--; OLED_ShowChar(0, 1 + count, ' '); // 清除星号 } } else if (key == 'B') { // 确认 // 验证密码 bit correct = 1; for (i=0; i<6; i++) { if (input[i] != password[i]) { correct = 0; break; } } if (correct) { door_open = 1; servo_angle(90); // 开门 SIGNAL_PORT = 0xFE; // 第一个灯亮（绿色） OLED_ShowString(0,2,"Open Door!"); delay_ms(2000); // 关门（延时后自动关门） delay_ms(5000); // 开门5秒 servo_angle(0); // 关门 door_open = 0; SIGNAL_PORT = 0xFF; // 灯灭 } else { SIGNAL_PORT = 0xFD; // 第二个灯亮（红色） OLED_ShowString(0,2,"Wrong Password!"); delay_ms(2000); } // 清除输入 count = 0; for (i=0; i<6; i++) input[i]=0; OLED_ClearLine(1); // 清除输入行 } else if (key == 'C') { // 取消 count = 0; for (i=0; i<6; i++) input[i]=0; OLED_ClearLine(1); // 清除输入行 } } } else { // 无人时，显示待机界面，如温湿度 DHT11_Read(&temp, &humi); OLED_ShowString(0,0,"Temp: "); OLED_ShowNum(0,6,temp,2); OLED_ShowString(0,9,"C Humi: "); OLED_ShowNum(0,16,humi,2); OLED_ShowString(0,18,"%"); } delay_ms(100); // 延时防止过于频繁 } } ``` ### 注意事项 1. 上述代码是一个框架，具体实现需要根据实际硬件连接和模块驱动进行调整。 2. 矩阵键盘扫描中，为了防止抖动，在检测到按键后需要延时去抖。 3. 舵机控制实际应用中应使用定时器中断产生PWM信号，避免使用延时导致主循环卡顿。 4. 超声波测距函数中的计时方式（使用while循环）会占用CPU，可以考虑使用外部中断和定时器来精确计时。 5. AT24C64的读写需要按照I2C协议实现，注意地址设置（默认地址0xA0）。 6. 蓝牙模块可以通过串口中断接收数据，实现远程开锁功能。 ### 相关问题 1. 如何优化矩阵键盘的扫描效率？ 2. 舵机控制中如何避免使用延时函数？ 3. 超声波测距的精确计时方法有哪些？ 4. 如何通过蓝牙修改门禁系统的密码？ 5. 如何实现密码错误次数限制？</think>### 基于51单片机的智能门禁系统实现 下面提供一个整合AT24C64、OLED、蓝牙模块、舵机、薄膜键盘（3x4矩阵键盘）、超声波模块、信号灯XD10-6和DHT11的智能门禁系统代码框架。核心代码使用Keil C51语法编写，特别标注了矩阵键盘的实现部分。 ```c #include <reg52.h> #include <intrins.h> #include "oled.h" // OLED显示驱动 #include "i2c.h" // I2C通信（AT24C64和OLED共用） #include "dht11.h" // 温湿度传感器 // 矩阵键盘定义（3x4薄膜键盘） #define KEY_PORT P1 // 键盘连接端口 sbit ROW1 = P1^0; // 行线1 sbit ROW2 = P1^1; // 行线2 sbit ROW3 = P1^2; // 行线3 sbit COL1 = P1^4; // 列线1 sbit COL2 = P1^5; // 列线2 sbit COL3 = P1^6; // 列线3 sbit COL4 = P1^7; // 列线4 // 其他设备引脚定义 sbit Servo = P2^0; // 舵机控制 sbit Trig = P2^1; // 超声波Trig sbit Echo = P2^2; // 超声波Echo sbit LED_R = P3^0; // 信号灯红色 sbit LED_G = P3^1; // 信号灯绿色 // 全局变量 unsigned char password[6] = {1,2,3,4,5,6}; // 默认密码 unsigned char input[6]; // 输入密码缓存 unsigned char count = 0; // 输入位数计数 /****************** 矩阵键盘扫描函数 ******************/ unsigned char KeyScan() { unsigned char key_value = 0; // 扫描第一行 ROW1 = 0; ROW2 = 1; ROW3 = 1; if (!COL1) key_value = '1'; if (!COL2) key_value = '2'; if (!COL3) key_value = '3'; if (!COL4) key_value = 'A'; // 功能键A ROW1 = 1; // 扫描第二行 ROW2 = 0; ROW1 = 1; ROW3 = 1; if (!COL1) key_value = '4'; if (!COL2) key_value = '5'; if (!COL3) key_value = '6'; if (!COL4) key_value = 'B'; // 功能键B ROW2 = 1; // 扫描第三行 ROW3 = 0; ROW1 = 1; ROW2 = 1; if (!COL1) key_value = '7'; if (!COL2) key_value = '8'; if (!COL3) key_value = '9'; if (!COL4) key_value = 'C'; // 功能键C ROW3 = 1; // 第四行扫描（特殊功能键） ROW1 = 1; ROW2 = 1; ROW3 = 0; if (!COL1) key_value = '*'; // 删除键 if (!COL2) key_value = '0'; if (!COL3) key_value = '#'; // 确认键 if (!COL4) key_value = 'D'; // 功能键D ROW3 = 1; return key_value; } /****************** 舵机控制函数 ******************/ void ServoControl(bit open) { unsigned int i; if (open) { for (i = 0; i < 50; i++) { // 开门位置 Servo = 1; delay_us(1500); // 1.5ms高电平 Servo = 0; delay_ms(20); } } else { for (i = 0; i < 50; i++) { // 关门位置 Servo = 1; delay_us(500); // 0.5ms高电平 Servo = 0; delay_ms(20); } } } /****************** 超声波测距函数 ******************/ unsigned int UltrasonicMeasure() { unsigned int time = 0; Trig = 1; delay_us(12); Trig = 0; while (!Echo); // 等待高电平 while (Echo) { time++; delay_us(1); if (time > 30000) break; // 超时 } return time / 58; // 返回厘米距离 } /****************** 主函数 ******************/ void main() { unsigned char key; unsigned char temp, humi; // 初始化 OLED_Init(); DHT11_Init(); EA = 1; // 开启总中断 OLED_ShowString(0, 0, "Smart Door Lock"); OLED_ShowString(2, 0, "Pass:"); while (1) { // 1. 检测超声波（是否有人靠近） if (UltrasonicMeasure() < 30) { OLED_ShowString(4, 0, "Input Password"); // 2. 矩阵键盘输入 key = KeyScan(); if (key != 0) { if (key >= '0' && key <= '9') { // 数字键 if (count < 6) { input[count] = key - '0'; OLED_ShowChar(2, 6 + count, '*'); // 显示星号 count++; } } else if (key == '#') { // 确认键 // 3. 密码验证 bit match = 1; for (unsigned char i = 0; i < 6; i++) { if (input[i] != password[i]) { match = 0; break; } } // 4. 执行开门操作 if (match) { LED_G = 1; // 绿灯亮 ServoControl(1); // 开门 OLED_ShowString(4, 0, "Access Granted! "); delay_ms(3000); ServoControl(0); // 关门 LED_G = 0; } else { LED_R = 1; // 红灯亮 OLED_ShowString(4, 0, "Access Denied! "); delay_ms(2000); LED_R = 0; } // 清除输入 for (unsigned char i = 0; i < 6; i++) { OLED_ShowChar(2, 6 + i, ' '); input[i] = 0; } count = 0; } else if (key == '*') { // 删除键 if (count > 0) { count--; OLED_ShowChar(2, 6 + count, ' '); input[count] = 0; } } delay_ms(200); // 按键消抖 } } // 5. 显示温湿度 DHT11_Read(&temp, &humi); OLED_ShowString(6, 0, "Temp:"); OLED_ShowNum(6, 6, temp, 2); OLED_ShowString(7, 0, "Humi:"); OLED_ShowNum(7, 6, humi, 2); delay_ms(100); } } ``` ### 关键模块说明 1. **矩阵键盘实现（3x4）** - 采用行列扫描法，通过控制行线电平变化检测列线状态 - 定义功能键：`#`确认、`*`删除、`A-D`特殊功能 - 消抖处理：检测到按键后延时200ms - 返回ASCII码值，数字键直接转换为数值 2. **AT24C64 EEPROM集成** ```c // 密码存储示例 void SavePassword() { I2C_Start(); I2C_WriteByte(0xA0); // 器件地址 I2C_WriteByte(0x00); // 存储地址高位 I2C_WriteByte(0x10); // 存储地址低位 for (int i=0; i<6; i++) { I2C_WriteByte(password[i]); } I2C_Stop(); } ``` 3. **多模块协同逻辑** ```mermaid graph TD A[超声波检测有人] --> B[OLED提示输入密码] B --> C[矩阵键盘输入] C --> D{确认键按下?} D -->|是| E[验证AT24C64存储的密码] E -->|匹配| F[舵机开门/绿灯亮] E -->|不匹配| G[红灯亮/报警] F --> H[延时后自动关门] ``` ### 注意事项 1. 需要根据实际硬件连接修改引脚定义 2. 舵机控制参数需根据具体型号调整PWM脉宽 3. AT24C64需通过I2C协议访问，注意器件地址0xA0 4. 超声波模块需在中断中实现精确计时 5. 蓝牙模块可通过串口中断实现： ```c void UART_ISR() interrupt 4 { if (RI) { unsigned char cmd = SBUF; if (cmd == 'O') ServoControl(1); // 蓝牙开门指令 RI = 0; } } ``` ### 相关问题 1. 如何优化矩阵键盘的扫描效率？ 2. 当需要存储多个密码时，AT24C64的地址如何分配？ 3. 如何通过蓝牙模块实现远程开门功能？ 4. 超声波模块测量误差较大的可能原因有哪些？ 5. 如何添加温度补偿功能来提高DHT11的测量精度？