小型门禁考勤系统设计毕业论文.docx
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小型门禁考勤系统设计毕业论文
1概述…………………………………………………………………………2
1.1课题研究的背景与意义…………………………………………………2
1.2论文的容………………………………………………………………6
2GPRS网络技术………………………………………………………………………6
2.1GPRS的基本理论………………………………………………………6
2.2GPRS的网络结构………………………………………………………7
2.3GPRS网络的特点………………………………………………………8
3门禁考勤终端系统的设计………………………………………………10
3.1门禁考勤终端的主要功能与其硬件组成……………………………10
3.2单片机（MCU）的选择………………………………………………12
3.3液晶显示模块…………………………………………………………14
3.4实时时钟模块…………………………………………………………16
3.5EPROM模块……………………………………………………………19
3.6GPRS传输模块…………………………………………………………22
3.7串行通信模块…………………………………………………………24
3.8读卡模块………………………………………………………………24
3.9门禁考勤系统的总体电路图与工作过程……………………………28
4上位机软件设计…………………………………………………………30
4.1上位机软件工作流程…………………………………………………30
4.2上位机的主要功能模块………………………………………………30
4.3后台数据库设计………………………………………………………31
4.4主要模块的程序实现…………………………………………………31
结论…………………………………………………………………………………34
致…………………………………………………………………………………35
参考文献……………………………………………………………………………36
附录…………………………………………………………………………………37
1概述
1.1课题研究的背景与意义
门禁系统是最近几年才在国广泛应用的又一高科技安全设施之一，现已成为现代建筑的智能化标志之一。
在越来越注重商业情报和安全的今天，对进出一些重要机关、科研实验室、档案馆、以与关系到国计民生的公用事业单位的控制中心、民航机场等场所的工作人员，给予进出授权控制。
门禁系统之所以可以如此广泛的应用，这主要是因为门禁系统的功能早就超过了单纯的要是管理功能，门禁系统已经逐渐的发展成为一套完整的出入管理系统，它还在人事考勤管理和工作环境安全方面等行政管理工作中发挥着巨大的作用。
经济的增长有时引发犯罪的发生，对安全感的追求导致现代化楼宇对保安系统的要求也越来越高。
楼宇保安系统不仅包括闭路电视与防盗报警，此外还包括一些门锁、防盗门、防盗网与保安人员等，以满足不了人们日益增加的安全要求。
----保安管理功能，可以设置使用人的权限和进出时间，可以将使用人的、年龄、职务、相片等多达18种容的数据输入电脑中，便于查询统计与验证身份；
----考勤功能，可以根据实际情况将人员编组分类，针对各种节假日，工作日进行考勤记录；
----巡更功能，可以记录保安员巡更的路线，时间以与巡更点发生的事件如房门损坏，电梯故障等；
----多种门禁方式组合，可以设置门锁为只进不出，长开，定时开关等多种功能与各种组合；
----应急与统计功能，本系统可以在电脑上显示出指定持卡人所处的物理位置，便于与时联系。
发生火警等紧急情况时，防火门会自动打开，便于逃生，出入口也可以自动打开；当发生非法进出时，会自动报警；本系统还可以根据客户的需要，打印出各种统计报表。
门禁系统属公共安全管理系统畴。
在建筑物的主要管理区、出入口、电梯厅、主要设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部 位的通道口，安装门磁开关、电控锁或读卡机等控制装置，由中心控制室监控，系统采用计算机多重任务的处理，能够对各通道口的位置、通行 对象与通行时间等实时进行控制或设定程序控制，适应一些银行、金融贸易楼和综合办公楼的公共安全管理。
门禁系统作用在于管理人群进出管制区域，限制未授权人仕进出特定区域，并使已授权者在进出上更简捷。
系统可用感应卡、指纹、密码等，作为授权识别，通过控制机编程，记录进出人仕时间日期，并可配合警报与闭路电视系统以达致最佳管理。
适用于各类型办公室、计算机室、数据库、停车场与仓库等。
出入口门禁控制系统采取以感应卡来取代用钥匙开门的方式。
使用者用一卡可以打开多把门锁, 对门锁的开启也可以有一定的时间限制。
如果卡丢失了，不必更换门锁，只需将其从控制主机中注销。
出入口门禁控制系统是通过对出入口的准入情况进行控制、管理和记录的设备，对何人何时在何地进行详细跟踪，以实现中心对出入口的24小时控制作、监视与管理。
每一个出入口设置一个读卡器，所读取的门禁卡参数经由控制器判断分析：
准入则电锁打开，人员可自行通过。
禁入则电锁不动作而且立即报警并作出相应的记录；用户可以选择各种类型的读卡器：
磁卡读卡器、韦根式读卡器、感应式读卡器、免持式读卡器、遥距式红外线读卡器，也可选用数字密码键盘开锁；管理软件不仅可以对不同出入口读卡器的开启时间、准入时间进行编程，还可以对每一门禁卡允许进入的区域、时间进行限制防止人员“误入歧途”，并可随时查询出入情况；可根据用户的具体要求定做考勤软件，统计加班时间、迟到时间、次数，并计算当月应得工资、应扣工资与实得工资等；对于单位领导等特别人员，可以有特殊的权限设定，从而达到对每个出入口和每个出入人员的单独编程、统一管理；对于整个系统的每个动作，如哪扇门开启，时间多长，是谁在开门等情况，管理中心全部记录在案。
一旦有事故发生，这些记录将成为有力和无法更改的证据。
系统具有防返传功能：
防止有人进入某区域后，将卡回传给区域外企图用同一卡进入的另一人员；具有人员追踪功能：
在外门未关闭之前，无法打开门；若发生强行破门、恶意破坏读卡器或键盘、无效卡或错误密码企图开门等不正常事件，管理中心立即获知并提醒值班警卫。
系统同时启动现场探照灯、录像机等相关设备。
随着国民经济的发展和经济全球化进程的加快，人们对于高科技服务于生活的要求也越来越高，中防产业也取得迅速发展，安防行业领域不断扩大；然而人们感受着高科技给他们带来的极大便利的同时，也带来了许多不安全因素。
例如，运用高科技手段进行盗窃、抢劫等犯罪行为与日俱增。
怎样才能使安全防措施跟得上科技的发展、更有效的阻止犯罪行为的发生？
仅仅依靠单一的物理防远远不够的。
于是智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。
智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术集合，它涉与电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域。
目前门禁系统与监控、防盗报警、对讲系统的整合是大势所趋，且安防四大系统的界限也越来越模糊，而门禁系统在四个安防系统中,最依赖于计算机软件集成平台,所以其产品数字化、网络化都比其他系统要早，因此也就在计算机集成方面占了先机。
同时，门禁系统能进行多界面管理，软件功能丰富，也能更容易去兼容其他简单的系统，由此也可看出，门禁系统在安防四个系统中，最适合担任一个基础平台的角色。
除此之外，门禁系统与办公自动化、短信平台的整合也出现端倪，由此也能窥见门禁产品的趋势是技术上的不断改革和更新，大步向智能集成化迈进。
最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，集成了微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉与电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多技术。
它是解决重要部门出入口实现安全防管理的有效措施。
适合各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。
在数字技术网络化的今天，门禁系统早已超出了单纯的门道与钥匙管理，已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。
它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。
在该系统的基础上，增加了相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出管理、物业消防监控、保安巡检管理、消费收费管理等、真正实现了区域一卡通智能管理。
门禁系统从前端识别设备来看，非接触式IC卡是绝对的主流和以后的发展方
向，目前已经占据了约9成以上的市场。
在非接触式IC卡门禁系统销售额中，卡片和读卡器占了3成以上，飞利浦的Mifare卡是目前中国市场上最主要产品，但是基于目前，Mifare技术被破解的说法越来越普遍，人们纷纷采用CPU卡或是iCLASS系列的卡片。
RFID技术的运用是非接触式卡目前的潮流，更快的响应速度和更高的频率是未来的发展趋势。
与此同时，智能卡也开始应用在门禁设备中，继美国宇航局之后，不少美国大公司也开始淘汰原有的非接触式IC卡片门禁系统，改用安全性和信息量更高的智能卡。
随着性的提高，有些用户需要更高级别的门禁系统，因此更高级别的门禁识别仪器也应运而生。
生物识别作为门禁识别前端的一种，在一些关键场所已经得到应用，这些生物识别包括指纹、掌形、面向识别、虹膜等方式。
其中指纹识别是全球所有生物识别技术中应用最广泛的一种，约占了50%。
随着计算机图像处理和模式识别理论以与大规模集成电路技术的不断发展和成熟，指纹自动识别系统的体积会不断缩小，价格也会不断降低，市场需求也会不断增大。
前面已经介绍了，门禁系统是安防领域的基础平台，随着门禁系统的普与以与门禁应用领域的不断扩展，门禁系统将不单单局限于传统的安防系统，基于不同行业的应用需求，将会出现门禁系统与短息平台的整合，通过短信进行报警和控制；门禁系统与办公自动化的整合；门禁系统与ERP的整合。
在办公自动化中，门禁与IT的整合还属于新鲜事物，通过在门禁控制器上增加一些设备和借口，增加其扩展功能，便于实现门禁与办公自动化的联动，目前已经能做到门禁安保信息与电脑登陆等程序的整合。
在不久的将来，门禁还将与打印、复印、人事管理等办公模块相联动，而门禁与IT、办公自动化、通信的整合，也必将成为未来门禁系统的一大看点。
而在现阶段应用的门禁考勤系统一般都需要复杂的布线和调试，往往需要投入大量的人力、物力和财力。
对于大型的企业来说，这样做是有意义的，但是对于中小型企业来说，这些投入无非是增加了企业的经营成本。
本课题研究的是基于GPRS的门禁系统设计，正是由于带有GPRS模块，它无需铺设网络和过多的调试，只需要一台可以上网的计算机和一个门禁考察终端就可以稳定的工作，为企业降低了考勤这一方面的成本。
对企业的快速发展提供一个良好的保障。
1.2论文的容
本论文设计并实现一种小型门禁考勤系统，门禁的身份识别用ID卡作为员工识别卡，数据传输则通过GPRS网络来完成考勤数据的传输。
其总体框图如下图所示：
系统总体框图
系统预期功能：
1、可以实现对射频卡卡号的正确识别和存储。
2、可以实现对员工的进入进行控制，并记录时间和日期。
3、实现下位机的打卡数据向上位机的无线传输。
4、可以实现对员工的打卡信息进行查询的功能。
2GPRS网络技术
本文的门禁考勤系统在信息传输是采用的是GPRS技术，下面将对这项技术进行介绍和分析。
2.1GPRS的基本理论
GPRS称为通用无线分组业务，是GSM演进过程中推出的一项高速数据服务。
与无线应用协议（WAP）技术不同，它将移动通信技术和IP技术进行了有机的结合，组成了移动IP网络：
可以实现与IP网络的无缝连接，可以直接访问Internet中的所有站点和资源，为用户提供数据、语音、图像等多种多媒体业务。
2.2GPRS的网络结构
GPRS是基于现有的GSM网络实现的，需要在现有的GSM网络中增加一些节点，如网关GPRS支持节点GGSN,服务GPRS支持节点SGSN。
而且还对GSM网络中的系统进行升级，增加分组数据交换所需的数据处理单元，
GSM系统主要由三个相互独立的子系统组成：
移动台（MS）、网络子系统（NSS）、基站子系统（BSS）.
1、移动台（MS）
GSM移动台包括移动物理设备和SIM卡两部分。
移动台的种类很多，常用的有便携式的移动台，车载移动台，但是最大众化的是手持台即手机。
2、网络子系统（NSS）
网络子系统由六个功能单元组成：
（1）移动业务控制中心（MSC）是整个网络子系统的核心。
因为，MSC是交换机，MSC通过A接口和其他MSC或者PSTN进行连接、呼叫控制和计费。
（2）移动设备标识存储器（EIR），EIR中存储着移动设备的国际移动设备标识码（IMEI）。
一般的在EIR中有三种清单：
白、黑、灰。
ACU根据MSC的要求，检查IMEI与其状态，然后将结果报告给MSC，以确保入网设备的安全，确保注册用户的安全。
（3）操作维护中心（OMC），OMC的作用是对GSM系统进行集中的操作与维护，并且允许远程介入对系统进行运行、维护以与管理，它还可以提供和高层网络管理中心之间的接口。
（4）归属用户位置寄存器（HLR）是GSM的中央数据库，它存储着该HLR控制区所有用户的相关数据。
一个MSC只能对应一个HLR，但是一个HLR可以控制一个或者是若干个MSC。
（5）访问用户位置存储器（VLR），MSC通常和VLR集成在一起，VLR中所存放的容就是和它集成在一起的MSC管辖围的用户的所有信息。
VLR负责用户的位置记录和位置信息的更新，MSC可以根据用户在VLR中的登记位置，对其发起寻呼。
（6）鉴权中心（ACU）对GSM系统采取了许多特殊的安全措施，例如，对无线接口上的话音、数据和信号信息进行加密、用户鉴权等。
ACU中存储着加密钥匙和鉴权算法，用来防止非法用户的入侵，并通过无线接口进行通信的用户的数据安全。
以上的网络是GPRS网络运行的基础，是在它们的基础上进行升级，那是因为BSC采用的是电路交换传输数据，不能提供分组交换的功能，所以必须在BSC中集成一个分组控制单元对接受的数据进行分析和处理，除此之外还要增加两个节点来构成GPRS网络（其整体框图如下图1所示）：
（1）SGSN（服务GPRS支持节点），他负责GPRS与无线端的接入控制、路由选择、加密、鉴权、移动管理；完成它与MSC、SMS、HLR、IP与其它分组网之间的传输与网络接口；SGSN可以看作是一个无线接入的路由器。
（2）
GGSN（网关GPRS支持节点），它是与外部因特网的网关，GGSN可以看作提供移动用户IP地址的网关路由器；还可以包含防火墙和分组滤波器等；提供网间的安全机制。
另外，它还可以根据移动台的位置为其指定一个SGSN。
3、基站子系统（BSS）
基站子系统是由基站控制器（BSC）基站收发台（BTS）和两部分组成，基站子系统一方面通过BSC和网络子系统（NSS）中的移动业务中心（MSC）相连，实现和用户之间的通信连接；另一方面通过BTS利用无线接口与移动台相连，用以负责无线资源的无线发送或接受和无线资源的管理。
2.3GPRS网络的特点
相对原来的GSM的拨号方式的电路交换数据传输方式，GPRS是分组交换方式，GPRS是分组交换方式，具有以下优点：
（1）实时在线：
用户可以随时与网络保持联系。
例如，当用户访问因特网时，手机就在无线信道上接受和发送数据，就算是没有数据的传送，手机还一直与网络保持着连接，不但可以从从用户侧发起数据传输，还可以从网络侧随时启动push类业务，不像普通的拨号连接那样断线后必需得重新拨号才能上网。
（2）按量计费：
用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使上网，也是不收费的。
（3）快捷登陆：
GPRS的用户一开机，就始终附着在GPRS网络上，每次使用只需要一个激活过程，一般都需要1-3s的时间就能马上连接到互联网，而固定的拨号连接方式，需要拨号、验证用户名密码与登录服务器等过程，至少需要7-10s甚至更长的时间。
（4）高速传输：
GPRS采用的是分组交换的技术，数据传输速率最高理论值可达171.2kbit/s，但是实际的速度受到编码和手机终端的限制，一般情况下会有所不同。
3门禁考勤终端系统的设计
本章节主要介绍的是门禁考勤终端的总体设计和各模块的设计。
3.1门禁考勤终端的主要功能与其硬件组成
3.1.1设计原则
门禁系统依实际需求千差万别，可以是仅控制一道门的简单系统，也可以是能控制多门、具有远程监控和网络功能的复杂系统。
但不管是哪类门禁系统，设计时均遵循以下的原则：
（I）完整性原则：
最大限度地满足用户对门禁系统的要求。
（2）可靠性原则：
确保整个门禁系统运行的可靠性。
（3）经济性原则：
在确保功能的前提下，力求系统简单、经济、实用、合理。
（4）发展性原则：
设计要考虑到将来系统发展的需要，在I／O接口、存储容量通信等方面要留有可扩展的余地。
3．1.2系统实现的主要功能
电子门禁系统采用个人识别卡方式，给每个有权进入的人发一个个人识别卡，它相当于一把钥匙，系统根据该卡的卡号和当前的时间信息等，判断该持卡人是否可以进入，如果可以，则自动开门，否则不开门。
对于需要考勤的场所，门禁系统还可以记录每个职工是否按时上下班，可以随时增加或删除一卡，而不必担心某一卡丢失后会造成什么损失。
门禁系统所表现的具体功能如下：
1．1登记注册卡
凡是新增加的卡，都要进行登记注册。
登记时输入卡号、和有效时段等信息，登记完成后，该卡在所登记的有效时段使用就可以开门了。
1．2删除注册卡
当识别卡丢失或由于某种原因不能使用时，可随时将该卡注销。
输入要删除的卡号即可注销该卡。
l.3记录读卡信息并控制门的开关
当有人读卡后控制器将读卡器的送出信号读入，根据卡号、当前时间和登记信息进行判断该卡是否有效，控制是否开锁，同时将卡号和时间记录下来。
1.4实时监测
将系统设置成实时监测状态，这时每读一次卡，控制器所记录的卡号、是否注册以与有效无效等信息会立即显示在计算机上。
另外门的状态（开或关）也可实时显示。
1.5统计与考勤功能
通过设定班次和时间，系统可以对所有存储的记录进行考勤统计。
如：
查询某人在某段时间的上下班情况、正常上下班次数、迟到次数、早退次数，从而进行有效的管理
3．1.3门禁考勤终端的硬件组成
门禁考勤终端主要由以下几个部分组成（其硬件框图如图2所示）：
（1）读卡模块：
负责采集射频卡卡号，采用射频ID卡作为射频卡，采用一个载波是1.25KHz的射频读卡模块进行识别，并传输给单片机（MCU）。
（2）储存器：
负责储存用户的对应卡号和用户的登录时间，这里由于采用GPRS定时传输数据，所以储存器只用储存一定量的数据即可。
（3）时钟模块：
负责提供系统的工作时间和打卡的统一时间记录。
（4）液晶显示器：
负责系统信息的显示，同时为用户打卡时提供打卡信息显示。
（5）GPRS：
向主机传输一段时间的打卡信息（卡号和时间）。
（6）串行模块：
用于发卡操作，还用于打卡时的信息核对，判断射频卡的合法性。
图2门禁考勤系统的硬件框图
门禁考勤系统的工作过程为：
持卡者“刷卡”时，读卡器读卡，将个人识别卡中的信息通传输给主控制模块，主控制模块根据卡号和部存储的信息，判断该卡是否有效，从而控制电锁是否打开。
3.2单片机（MCU）的选择
门禁系统中的核心是单片机，门禁系统的智能化程度也取决于这部分的设计。
本案设计中，由于主控制模块需要控制身份识别单元、可视对讲系统、人机交互平台等三大功能模块，系统要求所选用的单片机功能强大，处理速度足够快，并有利于将来系统的升级和扩展。
目前市场上流行的单片机主要有：
Intel公司的MCS51系列和MCS96系Mholitek公司的HT48XX系列、Motorla公司的68XX系列、Microchip公司的PICl6CXX系列等，它们的功能都很强大，不同的是性能、价格与应用领域。
由于PICl6CXX系列单片机的程序存储器的大小一般在4K以下，且该公司只提供汇编语言编译器，不提供该系列的C编译器（只有第三方提供的C编译器，且不支持浮点运算）。
虽Motorola公司的仿真器支持汇编语言与c编译器，但其价格非常昂贵。
最为流行的是ATMEL公司生产的AT89系列芯片，价格低廉，功能齐全，使用方便，我们选用了其中的AT89C52型单片机作为本系统的主控CPU。
3.2.1性能特点
AT89C52是美国ATMEL公司采用高密度、非易失性存储技术生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片含8K字节的可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器，在经受1000次擦除和编程之后，仍能可靠保存Flash存储器中的容，可方便地应用在各种控制领域。
除此之外，AT89C52还具有以下标准功能：
3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，21个特殊功能寄存器，片振荡器与时钟电路。
支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口与中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.2.2芯片的引脚图和主要管教功能的介绍
管脚描述：
符号
描述
EA
外部访问使能：
此管脚使处理器访问外部ROM。
当EA
保持高电平时，ROM的地址和数据就不会出现在总线上。
PSEN
程序存储使能：
此管脚允许外部ROM数据出现在P0口的地址/数据总线上。
当访问部ROM时，此管脚上不输出PSEN信号。
ALE
地址锁存使能：
ALE用于将P0口地址锁存，使其和数据分离。
RST
复位：
振荡器运行时，此管脚上出现两个机器周期的高电平将使器件复位。
XTAL1
石英晶体1：
晶体振荡器的输入。
此管脚可由一个外部时钟驱动。
XTAL2
石英晶体2：
晶体振荡器的输出。
XTAL2是XTAL1的反相端。
VSS
地：
地电位
VDD
电源：
电源工作电压
P0.0-P0.7
端口0：
端口0是一个双向I/O口，在访问外部存储器时，端口0可用作低位地址/数据总线。
端口0是一个开漏极端口，在进行编程时需要连接一个外部上拉电路。
P1.0-P1.7
端口1：
端口1是一个具有部上拉电路的双向I/O口。
有复用功能位，如下：
T2（P1.0）：
定时/计数器2的外部计数输入
T2EX（P1.1）定时/计数器2的重装载/捕获控制
P2.0-P2.7
端口2：
端口2是一个具有部上拉电路的双向I/O口。
此端口提供访问外部存储器的高位地址。
其芯片如下图所示：
89C52芯片引脚图
3.3液晶显示模块
在单片机系统中，最常用的显示器有：
LED（发光二极管的简称）；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。
在这些显示器当中LCD是一种功耗极低的显示器，广泛应用于电子表、袖珍式仪表、计算器、便携式微型计算机产品中，在本系统中使用再合适不过了。
由于本设计中还需要显示汉字，所以应选用点阵型液晶。
其中CMOS功耗低，可显示汉字。
液晶有自带字库和不带字库的，若选择带字库的液晶，无非就是降低了编程的难度，但是它却打大大的提高了设计的成本，出于实际考虑本设计选用不带字库的液晶显示器Hs12864。
3．3.1HS12864结构与硬件连接
HS12864是一种图形点阵型的液晶显示器，它主要由行驱动/列驱动与全点阵液晶显示器组成。
单片机MCU和HS12864的硬件连接和各种操作的地址分配如下：
HS12864的左半屏控制端CS1，右半屏控制端CS2，都是低电平有效，它们分别连接MCU的
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