基于单片机的智能小区门禁系统设计.docx

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基于单片机的智能小区门禁系统设计

基于单片机的智能小区门禁系统设计

学生姓名：

学生学号：

院（系）：

电气信息工程学院

年级专业：

电子信息工程

指导教师：

助理指导教师：

二〇一五年五月

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

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，中国安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和在财富不断增长的同时，也带来了许多不安全因素，仅仅依靠单一的物理防范远远不够的。

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，它涉及电子、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。

而智能小区中，作为从进入小区开始的第一道关——小区门禁系统，是其中一个关键。

所以此次，我便是基于单片机设计和制作了一个简单的智能小区门禁系统。

再采用RC522读卡器模块，射频卡，还有一些基本元件做硬件。

软件部分用C语言，还有仿真软件结合完成。

该门禁系统由门禁控制电路，门禁卡，刷卡感应部分，报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分组成。

我设计的门禁系统能够实现刷卡进门功能，管理者对该片区的卡还能进行注册和注销的管理，如果有意外发生使系统崩溃，还能及时恢复。

关键词：

门禁系统，单片机，IC卡

ABSTRACT

Withthedevelopmentofthenationaleconomyandtheacceleratingprocessofeconomicglobalization,peopleforhigh-techserviceliferequirementsarealsogettinghigherandhigher.Chinasecurityindustryhasdevelopedrapidly,expandingthefieldofsecurityindustry.However,peoplefeelthehigh-techgivethemgreatconvenienceandwealthisgrowingatthesametime,alsohasbroughtmanyunsafefactors.Soonlyrelyonisnotenoughtopreventphysicalsingle.Theintelligententranceguardsystemappearsintimeandagain.Theintelligententranceguardsystemisasetofhigh-techtechnologyonekindofcomprehensivemultidisciplinary,itinvolvesalotofnewtechnologyinthefieldofelectronic,mechanical,optical,computertechnology,communicationtechnology,biologicalstatistics,etc.

Intelligentresidentialarea,residentialentranceguardsystemisenteredfromthedistrictstartedthefirstroad,isoneofthekey.Sothistime,Idesignedandbuiltasimpleintelligentaccesscontrolsystembasedonsingle-chip.ThentheRC522cardreadermodule,RFcard,andsomebasicelementsasthehardware.SoftwarepartusingCprogramminglanguage,thereiscompletedbasedonsimulationsoftware.

Thesystemiscomposedofaccesscontrolcard,cardreader,theaccesscontroller,alarmcircuit,liquidcrystaldisplaycircuit,cancellationandregistration.TheaccesscontrolsystemIdesignedcanopenthedoorwhenswingcard.Themanagementofregistrationandcancellationoftheareabutalsomanagement.Ifthesystemfailswhenanaccidenthappened,itcanrecoverimmediately.

Keywords：

AccessControlSystem，SCM，ICcard

1绪论

门禁系统作为出入口控制系统，是一种新型的现代化安全管理系统。

它的作用在于管理人群是否可以进出重要管制区域，限制没有经过允许的人进入，为所需保护的对象提供安全有效的保障，在必要时还要做到查询相关出入记录。

在财富不断增长的今天，人们对安全问题的关注促使社会对安防产品的需求日益增长。

小区的门禁系统就是保障住户人身财产安全的目前常见的办法。

1.1门禁系统及研究意义

在这个科学飞速发展，技术日新月异的信息时代。

我们可以感受到信息时代带给我们的方便和好处，与此同时高科技服务着我们的生活。

不过，我们周围的不安全因素也变得不同，高科技犯罪与日俱增，仅仅依靠以前的普通门锁、防盗门或监控是不够了。

由此智能小区门禁系统应运而生。

小区门禁系统是目前安全防范系统中常见的措施，能够对智能住宅的重要通道进行管理，保障住户的人身及财产安全，减少或防止非法行为的发生。

这个系统还可以对住户以及访客的出入情况进行常规统计管理，并记录档案为突发事件提供相关资料，以便以后的查阅。

该系统为住户和访客提供了便捷有效的出入方式，方便人与人之间的交往，实现了社会的融洽相处。

门禁系统是在传统的门锁基础上发展而来的。

传统的门锁只是单纯的契合性机械装置，无论它的结构如何复杂坚固，只要配到了钥匙就能轻易打开。

所以随着电子技术的发展，出现了电子密码锁、电子磁卡锁等电子门禁系统，大大提高了人们对出入口的管理程度。

之后，电子芯片的高度集成化和生物识别技术开始发展，出现了智能门禁系统。

门禁系统发展完善是现代科技与人类文明相结合并逐步完善的过程。

而门禁系统以其优良的性能和方便、安全的操作为人类社会生产力的发展做出了重要的贡献。

1.2国内外研究现状和发展趋势

门禁系统被引进国内已有十多年的历史了，从最初的独立型、密码型或是刷卡型，发展到现在感应读卡以及联网型。

如今在小区中应用的还是密码门禁和刷卡门禁。

密码门禁成本低，而且使用方便，但是安全系数较低，只适合应用于对安全需求不高的场所。

随着技术的进步和人们对于安全的需求不断提高，密码门禁逐渐被刷卡门禁代替。

IC卡门禁具有逻辑加密功能，不易被破解，安全系数较高，现在已被普遍应用在小区门禁中。

进入到90年代中期由于非接触式读写技术、IC卡技术及通讯技术的不断发展，真正意义上的门禁系统在企业管理中发挥作用变为了现实。

非接触式IC卡（又称射频IC卡），使世界上近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术结合起来，解决了无源（卡中无电池）和免接触这一难题，是卡应用领域的一大突破。

随着国内‘金卡工程’各类项目的深入开展，IC卡技术在社会经济生活的大部分领域得到了应用。

国内经过近几年的市场准备，以及系统集成技术的不断完善,非接触式IC卡已经得到了行业人士以及相当一部分用户的认同。

非接触式IC卡应用快捷、灵活，易于保管，可靠性高的众多方面赢得了国内人士的信心，可以预测，在不远的将来，非接触式IC卡会在更大范围的加以推广应用。

目前国内外的门禁系统的技术发展很快，更新换代的速度也很迅猛。

从系统架构上看，有RS485架构，RS485+IP网络混合架构和全IP网架构，三网并存。

其中RS485架构最为普及，发展较快的却是全IP网架构，但是用户还是较为钟情于RS485+IP网络混合架构。

读卡技术也是发展很快，近年CPU卡将逐步取代IC卡，不过普及还需要些时间。

而新兴的生物识别技术将会受到用户的青睐，特别是指纹，掌型以及面相的识别。

目前，被越来越多的人所推崇的“一卡通”，因为都是基于感应卡或生物特征的身份识别，所以门禁系统有很大的趋势会向其发展。

现在因为“一卡，一库，一平台”的前景，还有与网络的联合给门禁系统的应用和维护带来很大的方便，这一趋势正逐渐被市场所接受。

现在生物识别门禁系统是新兴的一种门禁系统。

生物识别技术是通过各种生物特征采集传感器和生物统计学原理等手段密切结合，利用人体固有的生理特征和行为特征来进行个人身份认证技术。

利用生物识别具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地地可用的特点。

目前指纹识别门禁系统应用最为广泛。

2方案论证和研究内容

本次设计的门禁系统由门禁控制器，刷卡感应部分（即读卡器部分），报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分和门禁卡2张组成。

设计需要实现刷卡进门，蜂鸣器报警，用户卡注册注销，一键复位的功能。

在实现这些要求和功能的过程中，实现这些功能的方式有很多种，不过要选择其中更好更划算更耐用的方案，才能使整个系统更加完美。

2.1门禁卡的选择

在选择门禁卡的时候，面临着两种选择：

方案一是使用接触式IC卡，方案二是使用非接触式IC卡。

顾名思义，接触式IC卡需要与卡槽等读卡设备接触才可读写数据，而且接触式IC卡芯片封装在PVC料卡片中，芯片外露，所以抗干扰能力差，容易损坏，且易被复制。

这些缺点对于门禁系统来说都是致命的，抗干扰能力差和易损坏可能导致小区居民无法进入小区，已被复制又给了坏人可乘之机。

而非接触式IC卡芯片封装在PVC料中，通过卡中芯片无线电波可远距离与读卡设备进行感应即可读取数据。

IC卡只要距离读卡器一定距离内，读卡器就可以读取卡内数据。

虽然刷卡距离随着补偿电容的改变而改变，不过最大的刷卡距离有5至12CM。

相比来说，非接触式IC卡保密性好，安全性能高，储存量大，传递速度快，同时便于携带并且抗干扰能力强。

所以在这两种方案中，选择方案二，使用非接触式IC卡。

2.2单片机控制芯片

智能小区的门禁系统的核心部分便是单片机，不过目前市面上常见的两种单片机控制芯片是AT89S52和STC89C58，所以问题是到底用哪一种。

方案一是使用AT89S52，方案二是使用STC89C58。

AT89S52芯片它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

易失性存储与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

在单芯片上，拥有8位CPU和在系统可编程Flash，拥有256字节的数据储存空间。

STC89C58芯片内部集成有8K字节Flash程序存贮器，系统完全采用SPI通信，其接口管脚少、连线简单。

而且与传统51单片机不同的是，STC89C58可以用串口下载程序。

同时STC89C58是低电压、加密性强，高性能的CMOS8位单片机，拥有512字节的数据存储空间。

AT系列的需要下载器才能写程序，而STC系列的用串口线就可以下载进去了。

而且STC可以在线编程很方便。

AT系列的是没有ISP端口的，而STC已经集成了这个端口。

这样一番比较下来STC89C58比AT89S52使用起来更方便且性能也略高一筹，所以选择方案二使用STC89C58单片机控制芯片。

2.3蜂鸣器问题

门禁系统中蜂鸣器有着很多作用，但是蜂鸣器容易出现不响或者不停地响的问题。

所以为了预防这种情况的发生，我给蜂鸣器连上一个三极管，用来驱动蜂鸣器，同时也能保护蜂鸣器。

三极管有放大电流的作用。

以共发射极接法为例，当基极电压有一个微小的变化时，基极电流也会随之有小的变化，受基极电流的控制，集电极电流会有一个很大的变化，基极电流越大，集电极电流也越大。

反之，基极电流越小，集电极电流也越小。

但集电极电流的变化比基极电流的变化大很多，这就是三极管的放大作用。

2.4本课题研究内容

这次我的设计是基于单片机的智能小区门禁系统，是小区的第一道关。

本次设计是以单片机为控制核心，利用IC卡感应，识别用户，判断该用户所持的卡是否为已有的用户卡，判断该用户是否安全，判断该用户能否进入小区，从而做到小区的第一道筛选。

从而保护小区中的居民的人身与财产安全，同时维持小区居民生活环境的和谐。

本次设计的智能小区门禁系统由刷卡感应部分（即读卡器），门禁控制电路，报警控制电路，液晶显示电路，注册注销部分和门禁卡组成。

其中为了方便管理人员对用户进行管理和用户使用的方便，将门禁卡分为管理卡和用户卡。

该门禁系统中设计有报警系统。

用户IC卡正确时，刷卡识别后继电器动作，门打开进入小区即可，但是如果出现错误的用户IC卡时将会不识别，继电器不动作，这样持卡人就无法进入小区。

此次设计为了能让管理者方便地管理IC卡，在设计管理卡的使用时特意避免了繁琐的操作并联网，使得整个系统更加地安全便于查询。

此次课题我采用的是非接触式IC卡，可以说属于RFID射频卡范畴，是一种经常使用的门禁卡系列。

RFID卡是一种拥有无限射频自动识别技术非接触式卡，它只要通过射频信号识别，无需人工干预，在各种恶劣环境和高速运动的情况下都可自动识别，同时RFID卡一次能读取多个卡。

因此使用这种卡能够避免普通接触式IC卡的不足，同时还能避免很多外界的因素的干扰，使我的门禁系统更加稳定可靠。

2.5本课题设计要求

①读卡功能

②注册、注销用户卡功能

③刷卡后开门

④按键控制管理卡操作

⑤蜂鸣器实现刷卡、操作提示

⑥一键复位功能

⑦USB供电

⑧显示功能

3系统硬件设计

如果把一个完整的系统比作一个人的身体，那么硬件部分便是骨骼，没有骨骼整个身体就是软趴趴的，所以硬件部分就是整个系统的支撑。

有了硬件这样的骨骼，我们才能在后面为这个身体加上血肉，用软件部分来丰富系统，让系统完美地实现其功能。

此次门禁系统的电路包括主要的门禁控制器电路与液晶显示电路，还有门禁控制器外围的报警控制电路，复位电路，刷卡模块供电电路，USB供电电路，注册注销电路六大部分。

这六部分为整个门禁系统从理论到功能实现搭建了桥梁，每个部分都实现了其中的一个功能，从而完成了整个门禁系统。

本次门禁系统中的这些电路都是一些基本的电路，经过小小的改动便能实现更多的功能。

这些电路都是我们平时书上教的，这次设计我将书本上的电路实体化，为我的硬件所用，帮助我实现了门禁系统的功能。

3.1门禁系统的组成

该门禁系统由门禁控制电路，刷卡感应部分（即读卡器部分），报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分和门禁卡2张组成。

如图3.1所示。

系统中最为核心的部分是门禁控制器，门禁控制器是整个门禁系统的心脏，它控制着门禁系统的所有处理和操作。

而在门禁控制器中最核心的是单片机，一切执行指令通过单片机发出。

在门禁卡方面，为了方便管理，我将门禁卡分为管理卡和用户卡。

用户卡提供给住户使用，只有开门功能。

管理卡顾名思义，除了具有开门功能，还有对用户卡进行管理的功能，包括注册和注销用户卡。

注册和注销的卡会通过读卡器被门禁控制器部分储存起来，然后连接的电脑就会记录每张卡的信息。

因为系统联网，所以每次操作都会被电脑记录下来，方便以后的查询。

报警响应部分用蜂鸣器来体现。

该部分的主要工作是用利用蜂鸣器发出不同的声音来提示管理者IC卡的识别结果和整个系统是否出现问题。

液晶显示部分用来显示刷卡后用户的基本信息。

注册注销部分是分为注册和注销两个按键，只需将卡放在读卡器处，按下按键即可完成操作。

另外，为了以防万一，在系统出现大问题后利用复位装置，使整个门禁系统复原，重新开始工作。

图3.1门禁系统的组成

3.2门禁系统的工作原理

门禁卡置于RC522刷卡模块上时，正确识别后液晶上显示门禁卡的卡号和卡对应的使用者名字缩写，如果卡号为注册过的卡，显示认证成功英文，且蜂鸣器发出声音，继电器会动作，模拟门打开。

注册卡流程为，放置卡与刷卡模块上，待识别出卡号后，按下注册按键，同时液晶显示“RegisterOK！

”，然后卡注册成功。

注册成功的卡再次执行刷卡操作时继电器动作，模拟门打开。

注销卡流程，刷卡模块识别出卡号后，按下注销键，液晶显示“CancellationOK！

”提示注销卡成