智能门禁系统毕业设计.docx
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智能门禁系统毕业设计
智能门禁系统毕业设计
本课题主要是简易门禁电路的设计与改进，课题的意义、所属领域的发展状况、本课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤以及参考数目等如下：
一、课题研究的意义及现状：
当今社会是科学技术日新月异、飞速发展的信息时代。
人们正感受这高科技给他们带来的极大方便和益处，同时，人吗对于高科技服务于生活的要求也越来越高。
但随着科技的发展，也带来了许多不安全的方面。
例如，运用高科技手段进行盗窃、抢劫等犯罪行为与日增多。
怎样才能是人们的安全防范措施跟得上科技的发展、更有效的阻止这些犯罪行为的侵犯呢？
仅仅依靠普通的门锁、防盗门或者监控、报警等系统是不够的。
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只能门禁系统是怎么发展起来的并且有哪些特点呢？
让我们来看一下门禁系统的发展过程。
门禁系统，又称出人口控制系统。
在何处放行某些人，拒绝某些人，合适要发出警报，记忆出入的过程，以达到安全的目的，是门禁系统最基本的功能。
门禁系统的发展是随着人类社会的发展一起进步的。
从原始社会以来，随着剩余价值的产生，人吗有了自己的财产和物业，为了保护自己的产业不受他人的侵犯，人们用杠棒或木插将门锁起。
于是，人类从有看家护院的意识起，就有了最初的出入口的控制概念，门禁因为就随之产生了。
随着社会的发展和人吗安全意识的提高，产生了铁锁和暗锁等门锁设备。
但是传统的门锁仅仅是单纯的契合性机械装置，无论它的结构如何复杂坚固，一把在街头就可以配制的钥匙就能打开，并且不留痕迹。
如果钥匙遗失连带门锁也要一起更换。
为了你不这些缺点，又产生了磁卡门禁系统。
用磁卡控制锁，各种性能均有所提高，但由于磁条存储的信息量小，磁卡与读卡器之间容易产生机械磨损，并且达卡去的刷卡口容易被人为破坏，它的安全性和可靠性便受到限制。
随着现代化经济建设和管理的发展，各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，对门禁系统的需求正发生着重大的变化，其核心是对门锁及其开启、关闭实现智能化管理。
电子门锁是近几年随着电子计算机技术，尤其是智能IC卡和密码键盘门禁系统因为越来越被人们重视和使用。
电子计算机作为系统管理主机，通过连接系统的各个卡卡切（即开门控制器）管理门锁。
智能IC卡具有存储运算功能，经初始化和授权后成为控制门锁开和关的特殊钥匙，从而便构成一个现代化的门禁系统。
目前市场上烟有多种多样的门铃，按发声原理可分机械敲击式和电子音乐式两种，安装环境可分有线式和无线式两种。
无线式安装方便，无需布线，适用于难于布线的环境：
有线式控制方式最简单，较省电。
机械敲击式门铃的优点是铃声自然、清脆、锐耳，声响适中，不会影响近邻。
缺点是声响固定不能调节大小，声音只有“叮咚”一种可选，体积略大。
电子音乐式门铃的优点：
体积小，外型多样，有多样声音可选，如小段歌曲，自然界模拟声等等。
缺点是电子发生不自然，铃声冗长，使人产生听觉疲劳。
无线控制信号穿透力强，特别适合在现代家居盗门和内门搭配安装的情况下使用。
我选择了《简易门禁电路》这个课题作为毕业设计其主要目的是通过此次课程设计学习和巩固所学过的高频电路、电子技术基础、电路分析原理等专业课程，学会利用所学的知识去开发研究，在设计过程中能综合运用所学知识内容，进一步熟悉和掌握Protrl99以及其他EDA软件的使用方法，有效地训练运用计算机工作的能力，掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力等等，提高实际工作效率。
通过对一个使用电路的设计与改进，使开发者能运用所学的专业理论知识去解决实际的应用问题，为即将进入社会参加工作打下坚实的基础。
在此次研究中，能让研究者由表及里，由浅入深，一步一步的剖析门铃的一切，深刻的了解，认识门禁的内在结构及制作的原理，更重要的是能针对市场上门铃的缺陷，进行一些改造，培养自己的创新与动手能力。
另外，通过此次研究，还可以增强实践能力，培养科学研究、工程设计、技术论文的撰写等方面的基本能力，在研究的过程中还能够体会到其中的酸甜苦辣，让自己学习到课堂上学不到的东西。
二、发展趋势。
前端输入设备的水平及发展方向。
在读卡器及卡方面的，由于磁卡、接触式IC卡对操作环境的要求较高，磁卡及IC卡本身的工作有一定寿命期，再加之识别过程中操作者的动作和所需时间明显多于非接触式卡，因此，虽然磁卡，接触式IC卡、读卡器在门禁系统的应用中还有一部分市场，但从发展趋势上看，除宾馆锁外，磁卡IC卡读卡器已在逐步快速地退出门禁系统的市场。
势必将全面取代磁卡、IC卡市场的是目前发展势头最旺的非接触式D卡和IC卡。
非接触式1卡和读卡器的关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲国家中，单真正形成大批量生产的厂家还只有美国、英国次之；日本、台湾、新加坡处于同一档次；中国还正处于起步跟进。
全世界最大的1卡及读卡器供应商是美国HID公司，年销售额1997年大于7000万美元，1998年约在1亿美元左右。
如果多安装几个触发器，可以又煤气报警、火灾呼救、定时提醒、等不同音响与作用，而智能化多元也是门铃发展的必然趋势。
三、研究的主要内容及研究方法与手段
1、研究的主要内容
本课题为建议门禁电路的设计与改进。
结合实际门铃电路进行改造，创新出的更实用的门禁电路。
它是利用一块tw8751集成块和外围元件组成的，在这电路的基础上利用演示电路与语言模块加入了错键闭锁和接触错键的功能。
2、门禁电路的研究方法与手段
以已有的一个门铃电路为蓝本，对其进行该井与完善，利用protel99软件绘制出改进后的电路图，通过计算机仿真确定电路中各元件的具体参数，并输出改门禁电路原理图，依据计算机的电路板印刷PCB板。
四、工作的主要阶段、进度
1、2010年秋季学期第13周前
接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。
2、2010年秋季学期14~15周
阅读制定的参考资料及文献（包括10万印刷符号外文资料），基本完成开题报告、外门翻译等任务。
3、2011年春季学期第一周
经一部修订完善开题报告、外文翻译，使其在内容及格式上符合毕业设计（论文）规范要求。
4、2011年春季第二周到第六周
完成各单位电路设计，protel辅助分析
5、第6周至第13周完成电路制作，调试
6、第14周完成毕业设计，全部成果交指导老师批阅。
7、第15周毕业答辩
五、最终目标及完成时间
完成硬件设计，提供protel电路原理图及pcb印制版图，最终达到硬件软件能准确无误的应用的目标。
六、现有条件
现有protel软件及制作硬件的必要设备，可以完成本课题的研究与设计。
七、主要参考书目：
1．张著、程震先、刘继华编著《数字设计——电路与系统》北京理工大学出版社
2．姚福安编著《低能耗电路设计与实践》山东科学技术出版社
3．刘征宇编著《电子设计时间攻略》福建科学技术出版社
4．黄昌继、郭继忠、张海贵编著《数字集成电路300例》人民邮电出版社
5．肖景编著《数字集成电路应用精粹》人民邮电出版社
6．张华林、周小芳编著《电子设计竞赛实训教程》北京航天大学出版社
7．陈有卿、叶桂娟编著《555时基电路原理、设计及应用》电子工业出版社
8．Rechard.R.Spencer&Mohammed.S.Ghausi编著《电子线路设计基础》电子工业出版社
9．Donald.G.Fink&Donald.Christiansen编著《EletronicsEngneer’Handbook》McGraw-hillCompany
指导老师签名：
年月日
摘要
通过一个电话通话电路和一个密码锁电路组合，使该电路不太复杂但是有了较齐全的功能，可以语音对话，错键闭锁和消除错键的功能。
主任可以当着别人的面开门而不至于泄露密码，保障安全。
另外，在室外加一个开关当有人拜访时可以直接开门而不需要输入密码，简单方便。
关键字:
TWH8571,三极管BC109C，语音对话，错键闭锁和解除错键
1引言………………………………………………………………………
2设计任务……………………………………………………………....
2.1设计指标…………………………………………………………
2.1.1基本要求………………………………………………...
2.1.2发挥部分………………………………………………...
3电路原理图设计………………………………………………………
3.1方案的选择论证及其分析………………………………………
3.1.1控制器分析……………………………………………...
3.1.2语音模块………………………………………………...
3.1.3各个单元电路的设计…………………………………..
3.2设计思想…………………………………………………………
4电路板设计……………………………………………………………
4.1电路原理图的设计步骤………………………………………
4.2生成网络表………………………………………………………
4.3印制电路板的设计………………………………………………
5电路板制作中的现象记录与错误分析………………………………
5.1设计制作过程中遇到的困难……………………………………
6结束语…………………………………………………………………
6.1对设计题目的结论性意见………………………………………
6.2总体的设计的收获与体会………………………………………
7元件清单………………………………………………………………
8外文资料………………………………………………………………
9中文翻译………………………………………………………………
10致谢……………………………………………………………………
1引言
“门铃”（doorbell）作用顾名思义就是提醒主人开门。
古代人们在自家的门上装有门户啊，叫门的人可用环拍击环下的门铃发出较大的响声，有现代“门铃”的作用。
而现代“门铃”多为电子类产品。
最常见的是“电子门铃”，一般安放两节5号电池在内，门外的触发电钮被人按动后，门内的“门铃”就“嘟嘟”地响几声。
也有的是由IC片播放一段电子音乐的。
后来发展到个人可以在门口与楼上家里的主人讲话的或者是高级公寓里的“门铃”，不但可以叫门讲话，还可以通过摄像头让家中的主人在屏幕上看到在门外楼下的来客。
“门铃”在生活中所起作用越来越不可忽视。
2设计任务
2.1设计指标
2.1.1基本要求
（1）电子锁要有事空编码的优点。
即输入密码必须按一定的顺序，而且要在规定的时间内输入完，否则，即使输入密码正确也打不开锁；
（2）该锁具有错键闭锁和消除错键的功能；
2.1.2发挥部分
在完成基本要求的基础上，增加如下功能：
（1）有语音通话功能。
来人能和住户直接对话并且住户能够在家里开锁。
3电路原理图设计
3.1方案的选择论证及其分析
3.1.1控制器分析
方案一：
开始考虑使用基本时序逻辑电路来实现控制部分设计。
即用一个CD4017（十进制计数/分配器），一个脉冲差生电路，两个74LS163（4位计数器），几个基本或、与、肺门逻辑器件，一个555产生多谐振荡，用来实现产生秒脉冲。
考虑当按门铃时，讲一个高电平触发输出到一个基本R，S锁存器，用来输出产生一个单次脉冲，输入到CD4017的CLOCK端，输出YO,Y1,Y2经过一个或门道IC1芯片触发门铃，另CD4017的Y3~Y9经过一个或门在经过两个非门延迟输出到IC2芯片触发音乐电路，同时另一路道两个74LS163构成的20进制计数器的异步清零端。
高4位74LS163进位端输出道CD4017的CLEAR端。
两块74LS163的LD端全部采用同步指数清零，CTt，CTp全部置1.即采用同步至数清零和异步清零结合使用，当第四次触发门铃时，计数器开始计时20秒，20秒内若再按门铃，则直接出发IC2，同时清零，重新计时20秒，20秒内若没有任何动作，则进位到CDIEAR端，重新清零CD4017，门铃重新工作。
原理图略。
分析如上思想，从理论上完全能实现题目所要求的基本功能。
但考虑在实际上对于想要严格按照时序脉冲来控制系统清零，由于延迟性能用基本逻辑器件不好理想的实现，加之，基本逻辑器件管脚排列多，电路比较复杂，工作点难与调整，在冬天容易产生静电，损坏器件。
方案二：
通过一个电话通话电路和一个密码锁电路组合，使该电路不太复杂但是有了较齐全的功能，可以语音对话，错键闭锁和消除错键的功能。
主人可以当着别人的面开门而不至于泄露密码，保障安全。
另外，在室内加一个开关当有人拜访时可以直接开门而不需要输入密码，简单方便。
因此，综合上述两种方案，选方案二。
Inthisdoorphonecircuit,an8ohmspeakerisusedbothasbothasamicrophoneandalsoanoutputdevice.TheBC109Cstageamplifiesincommonbasemode,givinggoodvoltagegain,whilstprovidingalowimpedanceinputtomatchthespeaker.SelfDCbiasisusedallowingforvariationsintransistorcurrentgain.AnLM386isusedinnon-invertingmode
Asapoweramplifiertoboostvoltagegainanddrivethe8ohmspeaker.The10kpotentiometeractsasthevolumecontrol,andoverallgainmaybeadjustedusingthe5kpreset.Thedoublepoledoublethrowthrowswitch,reversestheloudspeakerpositions,sothatoneisusedtotalkandtheothertolisten.Manuallyoperatingtheswitch（frominsidethehouse）allowstwowaycommunication.
运算放大器LM386的工作原理及参数
一：
封装与引脚功能
该电路采用8引线双列直插封装，8YF386为我国774厂产品，LM386为美国国半导体公司产品。
二：
性能特点
该集成电路由于外接元件少、电源电压VCC使用范围宽（VCC=4-12V）、静态功耗低（VCC=6V时为24Mw），因而在便携式无线电设备、收音机、录音机、小型放大设备中得到广泛应用。
当1脚和8脚之间开路时，电压增益为26DB；若再1脚和8脚之间接阻容串联元件，则增益可达46DB，改变阻容值则增益可在26DB-46DB之间任意选取。
电阻值越小增益越大。
参数名称符号单位测试条件参考值
电源电压VccV4-12
静态电流IccmAVcc=6V,Vi=04-8
输出功率PomWVcc=6V,R1=8Ω,THD=10%325
带宽BWKHzVcc=6V,1脚、8脚断开300
总波形失真
THD%Vcc=6V,Rl=8Ω,Po=125mW
f=1KHz,1脚、8脚断开0.2
输入阻抗RiKΩ
3.1.3各个单元电路的设计
1主控制电路
这里的主控电路用一块集成电路THW8751来完成。
TWH8751外引线排列图如图4-6-2
所示，真值表如表4-6-1所示。
错键控制
图4-6-1编码锁电路原理图
ccp地VoVcc
控制端触发器
图4-6-2TH8751外引排线说明
表4-6-1TWH8751真值表
输入
输出
C（1脚）
1
0
CP
↓
Vo
0
1
有真值表可以看出，TWH8751当控制端C为1时，CP端由1-0，可触发使输出Vo=0；
当C=0时，无论CP为何状态，Vo皆为1。
2开锁及延时保护电路
这里设置了4个开锁键，暂定顺序为SB1，SB2，SB3，SB4，延时电路选用RC电路，即利用RC的充放电来达到延时保持的目的。
具体电路见4-6-3所示。
图4-6-3开锁及延时保护电路
该电路中，当SB1键按下时，电容C充电至高电平1，GA1输出低电平，GA2输出高电平，并且保持住等待第二键（SB2）按下。
若在规定时间内没有按下SB2，则C通过R放电，GA1，GA2输出又恢复到原状态，此时再按下SB2也不会使GB1输出改变了。
若在规定的时间内按下了SB2键，则GB1输出低电平，GA3输出为高电平，并保持一段时间。
同理，按下SB3，SB4，最终GB3输出由高电平变为低电平，触发主控制电路开锁。
3.错键闭锁及除错控制电路
这里设了SB5，SB6，SB7，SB84个错键闭合开关，当按下SB5-SB8
中的一个或者几个键，都可以使主控电路处于闭锁状态。
按错键SB9为了防止主人按错键后无法开锁而设置的。
就是说，如果主人错按了SB5-SB8中的一个或几个键时，此锁就被锁住打不开了，只有按下除错键，然后再按正确顺序输入密码才能将此锁打开。
具体电路如图4-6-4所示。
图4-6-4错键闭锁及解除电路
图4-6-5编码锁逻辑电路图
由图4-6-4可以看出，当按下SB5-SB8中的任何一错键，都可以使GB4输出低电平0，使主控制电路处于封闭状态，从而无法开锁，按下除错键SB9后，GB4输出变为高电平1，此时按动SB1-SB4即可解锁。
除错键和闭锁键还有一个功能就是迷惑别人，主任可以挡住别人的面开锁，而不易被别人识破密码。
例如，开锁的顺序是B1-SB2-SB3-SB4（此顺序可以任意），主任开锁是却按下面顺序快速按键，SB5-SB6-SB1-SB3-SB7-SB8-SB9-SB1-SB2-SB3-SB4，实际上只有SB9以后有效。
开锁时，有意加入了错键，而用SB9消出了错键，最后按正确的顺序按下各键即可开锁。
3.2设计思想：
当有人拜访时，可以按呼叫键，主任何其通话后按室内设置的开关就可以将门打开。
自己回家时按顺序输入密码就可以将门打开。
为了不泄露密码可以故意按错键后在按错键还原键SB9后再输入正确密码即可。
4电路板设计：
4.1电路原理图的设计步骤：
电路原理图的设计是整个电路设计的基础，他决定了后面的工作进展。
一般地，设计一个电路原理图包括：
设置电路图图纸大小、规则电路的总体布局，在图纸上放置元件，进行布局和布线，然后对各元器件以及布线进行调整，最后保存打印并输出。
一，启动protel99se电路原理图编辑器。
必须先启动原理图编辑器，才能进行设计绘图工作。
二，设置电路图纸的大小及版面，进行设计绘制原理图根据原理图复杂程度来确定纸张的大小，由于本次设计的电路不太复杂，采用自定义设置，自定义纸张宽度为1000，高800，X轴和Y轴参考坐标分格为4，标题栏的设置可以忽略，也可以隐藏，设置图纸的过程实际是一个建立工作平面的过程，可以设置图纸的大小，方向，网络大小及标题栏等。
三，在图纸放置需要设计的元器件，从元件库里取出所需的元器件放在工作平面上，根据原器件之间的走线对元件在工作平面上的位置进行调整，修改，并对元件的编号，封装进行定义和设定等。
本次设计各元件的封装如下：
若元件库没有所需的原件，就需要自己创建一个元件库。
四，对所放置元件进行布局和布线。
该过程实际就是一个画图的过程，利
用protel99SE所提供的各种工具，指令进行布线，将工作品面的器件用具有电器一样的导线，符号，连接起来，构成一个完整的电路原理图。
五，对布局布线的元件进行调整。
在这一阶段，可以利用protel99所提供的功能对所绘制的原理图进行进一步的调整和修改，以保证原理图的美观和正确，包括对于元件位置的重新调整，导线位置的删除，移动，更改凸显的尺寸，属性及排列等。
六，保存文档并且打印输出，这个阶段是对设计完的原理图存盘以及输出打印，这个过程实际是对设计的图形文件输出的管理过程，是一个设置打印参数和打印输出的过程。
4.2生成网络表
1）首先执行菜单命令Dsing/CreateNetlist。
2）执行完命令后会弹出一格Preferences的选项卡对话框，然后进行相应的设置。
对话框设置完后，系统将电路的网络关系进行计算，然后生成网络表，并将其写入.Net文件，显示在Protel99的记事本编辑界面中。
原理图网络表的检查
电路自动产生网络表通常会出现一些问题，此时就需要人工的修改，修改必须对照原理图进行以下两个方面检查：
1）元件描述：
检查电路中元件的个数和网络表中括号对数是否相等。
检查网络表每对中括号里是否都包括元件编号和封装名。
检查网络表每对中括号里的元件编号和封装位置。
2）网络表连接描述
检查电路中网络表个数和网络表的圆括号个数是否相等。
检查网络表每对圆括号第一行是否为网络名。
检查网络表每对圆括号中的网络分支个数。
注：
网络表若有错误。
可以从原理图修改后再产生一次网络表，也可以直接在网络表记事本里修改修改网络表的错误。
4.3印制电路板的设计
电路板的结构可分为三种：
单面板，双面板，多层板。
1）点面板：
点面板是一面覆铜，另一面没有覆铜的点面板，它只可以在覆铜面进行布线并放置元件。
单面板的成本低，但布线困难，经常需要跳线连接不能布通的铜膜线，其设计往往比双面板和多面板困难得多。
2）双面板：
双面板包括顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）俩层，双面板的双面都有覆铜，均可布线。
双面板电路比点面板复杂，但容易布线，设计电路板通常使用此结构。
3）多层板：
多层板是包含了多个工作层面的电路板，除了上面讲到的顶层，底层外，还包括中间层，内部电源/接地层等。
因此多层板的应用越来越广泛。
多层板包括三层或三层以上的板子。
此次设计的电路比较实用，为了节约成本，因此用单面板来制作。
六、进行最后的调整与检查，并设置滴泪与定位孔，由于电路的频率比较高，为了克制高频效益，要对电路板进行覆铜。
最后结果如下图所示。
5电路板制作中的现象记录和错误分析
5.1设计制作过程中遇到的困难
实物制作难度较大，而且在实际制作过程中会遇到许多意想不到的困难，部分元件很难购买得到，设计操作图纸不熟练，对protel99应用不熟，画电路图的时候有很多难以兼顾的方面，设计不合理等。
但是，经过我们的努力，大部分问题都得到了圆满的解决。
6结束语
6.1
对设计题目的结论性意见此设计不是很难，用几个比较熟悉的电路就可以实现基本功能，电路的逻辑结构也不是很复杂，但考虑到要实现一些拓展功能，用集成电路元件就显得有点不足，主要是不好完全实现脉冲时需控制。
故考虑用硬件实现，这样，只需要一块芯片就可以实现控制部分，秒脉冲也好实现，即控制部分是由数字电路来实现的，硬件主要实现功能的扩展。
这样可以将精力放在程序控制上，因为电路软件部分不太复杂。
在上述思想指导下，实现起来果然是数字电路的程序控制上，主要表现程序的固化问题上，开始考虑固化器的问题，但实际上的原因很多，经过示波器检测，万用表测量，最终发现了所有的问题并得到解决，还是从中学到了很多东西。
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