基于单片机的门禁系统.docx
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基于单片机的门禁系统
基于单片机的门禁系统
武汉职业技术学院毕业设计论文
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武汉职业技术学院
二〇一三年十二月二十六日
基于单片机的门禁系统的设计
摘要
门禁系统采用89C52单片机作为控制核心，外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及LCD液晶显示电路等。
门禁系统主要由CPU、工作指示电路、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、矩阵键盘、读卡模块、显示模块等组成。
该门禁系统采用射频卡完成刷卡进门，按刷卡出门等功能。
其工作原理为：
当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。
当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。
当输入初始密码时，若输入正确，继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭。
此外，程序中还增加了射频卡权限判断的功能，当遇到合法卡时显示卡号，门锁打开，延时10s自动关闭，当遇到非法卡时不显示卡号门锁不开。
本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。
关键词：
门禁，射频卡，电控锁，液晶显示，单片机控制
（1）单台刷卡机就能工作；
（2）不用布线；
（3）操作简单方便。
缺点：
不便于查询。
根据以上分析，我们的课题选择了不联网型。
因为此设计简单，提交作品方便，易操作。
1.1.3CPU的选择
我们在这个课题的设计上采用了51单片机系统，之所以采用单片机系统是由于成本较低，功能完全可以满足，发展也比较成熟且完善。
而DSP、ARM系统虽然科技含量高于51单片机系统，但是其价格昂贵并且发展尚未成熟。
因此，根据我们学的知识和市面上的应用，经过比较我们选择了技术成熟、价格便宜、设计简单、使用方便的单片机平台。
1.1.4射频卡的选择
目前市面上的卡有很多种类：
条码、磁卡、接触式IC卡，非接触式IC卡等，条码和磁卡，在超市和银行方面应用的比较多，接触式IC卡，以前在公共电话中用的比较多，但接触式IC卡，芯片外露易坏、易折，而非接触式IC卡既射频卡，它把芯片和线圈封装卡片内，不容易损坏、不怕恶劣的环境，现在社会上很流行，可靠性也高。
根据卡的分析，我们选择目前流行最广，可靠性高，成本低的只读卡，即采用EM4000型的ID卡。
1.1.5液晶显示的选择
1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。
每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能显示图形。
目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
因此，选择LCD1602能够满足门禁系统设计的需要。
第2章硬件电路的设计
2.1电路原理
2.1.1门禁系统主要组成
由单片机、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、4×4矩阵键盘、读卡模块、显示模块组成。
如图2-1示：
图2-1电路原理图
2.1.2门禁系统工作原理
1、当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭；当非法卡刷卡时，没有任何动作。
2、当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭。
3、当进门输入密码时，密码正确则继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭；密码错误则蜂鸣器报警，延时一段时间后蜂鸣器停止报警。
2.2资源分配
软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下：
1．晶振采用11.0592MHZ；
2．单片机资源分配如表2-1、2-1示：
表2-1单片机资源分配表
（1）
P0.0-P0.7
P1.0-P1.7
P2.0
P2.1
P2.2
LCD显示
矩阵键盘
RS
RW
E
表2-2单片机资源分配表
（2）
P2.3
P2.4
P2.5
P3.0
P3.2
锁
蜂鸣器
LED
读卡
按键中断
0开
0响
0亮
1不开
1不响
1不亮
3、计算：
因为射频卡的读卡头选用EM4000型，读卡频率是11.0592MHZ，所以最小系统晶振，必须用11.0592MHZ才能读卡。
（1）定时控制字确定：
选用定时器T1，方式2，所以TMOD是20H。
（2）计算初值
X=256-（foxc*（SMOD+1））/384*波特率
=256-（11.0592*106*（0+1））/384*9600=253
TH1=0FDHTL1=0FDH
2.3最小系统设计
2.3.189C52的简述
1.89C52的简介
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。
89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。
在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。
掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
89C52有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。
89C52引脚图如图2-2示：
图2-289C52的引脚图
89C52单片机外部有32个端口可供用户使用，其功能如表2-3示：
表2-389C52外部端口功能表
端口
引脚位置
第一功能区
第二功能区
符号
功能
符号
功能
P0
39~32
P0.0~P0.7
通用I/O口
AD0AD7
地址/数据总线（低位）
P1
1~8
P1.0P1.7
通用I/O口
P2
21~28
P2.0P2.7
通用I/O口
A8A15
地址总线（高位）
P3
10
P3.0
通用I/O口
RXD
串行通信发送口
11
P3.1
TX0
串行通信接收口
12
P3.2
INT0
外部中断0
13
P3.3
INT1
外部中断1
14
P3.4
T0
计数器0输入端口
15
P3.5
T1
计数器1输入端口
16
P3.6
WR
外部储存器写使能
17
P3.7
RD
外部储存器读使能
门禁系统数控部分采用89C52单片机作为控制核心，其内部组成包括：
一个8位的微处理器CPU及片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接；片内数据存储器8KBRAM低128字节，存放读/写数据；高128字节被特殊功能寄存器占用；片内程序存储器ROM；四个8位并行I/O（输入/输出）接口P3-P0，每个口可以用作输入，也可以用作输出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口。
在89C52单片机的基础上，外围增加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及1602显示电路等，构成了门禁系统的控制电路。
2.4最小系统的设计
门禁系统数控部分采用89C52单片机作为控制核心，其内部组成包括：
一个8位的微处理器CPU及片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接；片内数据存储器8KBRAM低128字节，存放读/写数据；高128字节被特殊功能寄存器占用；片内程序存储器ROM；四个8位并行I/O（输入/输出）接口P3—P0，每个口可以用作输入，也可以用作输出；两个定时/计数器，每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口。
在89C52单片机的基础上，外围增加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及1602显示电路等，构成了门禁系统的控制电路。
其原理图如图2-3示：
图2-3门禁系统控制原理图
第3章硬件电路原理
3.1门控锁电路
工作原理：
当P2.3口输出高电平时Q2导通，Q3截止，此时继电器的控制线圈为开路，继电器不动作。
门锁接于继电器常闭端，门锁闭合，门处于锁死状态。
当P2.3口输出低电平时Q2截止，Q3导通，此时继电器的控制线圈闭合，继电器动作。
继电器常闭端断开，门锁打开，门处于打开状态。
门控锁电路如图3-1示：
图3-1控制锁电路图
3.2蜂鸣器电路
工作原理：
当P2.4输出高电平时，Q4导通，Q5截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。
当P2.4输出高电平时，Q4截止，Q5导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。
电路组成如图3-2示：
图3-2蜂鸣器电路图
3.3控制指示灯
工作原理：
当P2.5口输出高电平时，Q1截止，发光二极管熄灭。
当P2.5口输出低电平时，Q1导通，发光二极管点亮。
电路组成如图3-3示：
图3-3工作指示灯电路图
3.44×4矩阵键盘
工作原理：
P1口高四位为低电平，低四位为高电平。
当有键按下时，P1.0-P1.3给P3.2口输入低电平，触发INT0中断，程序作出相应处理，如3-4示：
图3-44×4矩阵键盘电路图
3.5读卡模块
设计上我们采用ID射频卡读卡器。
EM9913BF125KHz感应式读卡模组是针对125KHz非接触式RFID晶片而设计的读卡模组，它能针对目前市面上125KHz非接触式RFID晶片如凌航科技GK4001晶片或其它规格现相近产品进行资料读取与资料判断，使用者可以一次开发感应式读卡及相关应用系统，该模块主要范围为互动式玩具、门禁管制系统、人员考勤管理、动物或物品辨识及产品管理，此读卡模组主要优缺点叙述如下：
优点：
（1）独立性高，
（2）二次开发容易，安装简单资料读取稳定性高
（3）统安全性高，RFID资料不重复且难以复制
（4）可选择数据输出格式
缺点：
电脑必须24小时开机，便于数据传送。
硬件/软件功能：
125KHz感应式读卡机系统如图3-5示：
图3-5读卡器示意图
读卡器引脚连接图如3-6示:
图3-6读卡器引脚连接示意图
使用EM9913BF模块，在5-15cm距离内读取GK4001的时间不超过70ms。
感应式读卡系统电源DC5V，感应线圈（Antenna）为系统必需，感应线圈可以与系统分开放置，亦可设计与系统中，为防止感应电磁场干扰，请勿将金属板置于感应线圈前后。
每个卡片内部有一个小芯片和感应线圈，价格低廉，国内
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