基于单片机的密码门禁系统设计091027综述.docx

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基于单片机的密码门禁系统设计091027综述

基于单片机的密码门禁系统设计

摘要

目前，门禁系统设计技术成熟，应用非常广泛。

该文从硬件电路和软件两方面介绍了设计门禁系统的方法。

系统具有密码输入、比较、开门、错误报警等功能和等待模式、用户模式和管理模式三种模式。

系统使用人体红外传感器作为检测器件，使用STC89C52RC单片机作为控制核心，通过键盘采集用户的操作信息，系统通过判断能给出正确的控制信号，通过继电器及发光二极管给出开关状态，使用单片机汇编语言及C语言进行编程，完成门禁控制系统的硬件和软件设计。

使用外部存储器AT24C02实现密码断电保存。

硬件包括：

USB供电电路、晶振电路、数码管电路、键盘控制电路、人体红外热释传感器电路、继电器电路和蜂鸣器电路。

该系统在生活中具有很大的实用价值。

第一章引言

门禁系统是在传统的门锁基础上发展而来的。

现在，许多场合还在使用传统的门锁。

传统的门锁是一种单纯的机械装置，虽然经过不断改进，安全性有所提高但无论设计多么合理材料多么坚固，总能通过种种非正常手段把它打开，因此安全性较差。

对每个使用者来说，一把锁配一把钥匙，使用起来不方便，在出入人较多的通道钥匙的管理也相当麻烦，遇到钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。

为了解决这些问题，出现了电磁卡锁和电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理效率，是通道管理进入了电子时代。

现代科技技术的进步以计算机技术的进步为代表。

不断革新的计算机技术，从各个层面上影响着、引导着各行各业的技术更新。

计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。

随着社会的发展和科学技术的进步，人们对工作、生活质量的要求越来越高，人们对安全性和自动化也要求越来越高，门禁系统由此而产生。

门禁，又称出入管理控制系统。

是一种管理人员进出的数字化管理系统。

随着技术的进步，门禁系统已逐渐由原来的门卫把守和钥匙开门，发展到现在的密码门禁管理系统。

常见的门禁系统有:

密码门禁系统，IC卡门禁系统，指纹识别门禁系统，磁卡门禁等。

随着这些锁的不断应用，它们的缺点就逐渐暴露出来：

磁卡门禁系统的信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损较大、故障率高、安全系数低，而且需要每人配备1张磁卡，不适合在办公场合和出入人较多的场合使用；IC卡门禁系统同样由于需要每人配备1张IC卡，不适合在办公场合和出入人较多的场合使用；指纹识别门禁系统安全性高,但由于成本高等问题而没有得到广泛的市场认同；而密码门禁只需有指定密码就可以开门，如果使用密码开启门，代替传统的出入证和钥匙，就能使管理工作实现自动化、智能化。

不但用者方便，管理者也方便，而且工作效率和安全性都可以大大地提高。

密码门禁系统以其门禁管理的安全、可靠、高效、灵活、方便，已逐步取代其他现有各类门锁，成为目前门禁系统的主流方式之一，适合在办公室（非大门）使用。

门禁系统是现代化办公大楼和家居住房的重要组成部分。

许多生产安

防设备的大厂都有自己品牌的门禁系统，而且其中不乏一些优秀的国内产品。

这些产品拥有我们所需要的稳定性、可靠性，因此具有较大的市场前景。

本文介绍了密码门禁系统的设计与开发，详细分析了系统的硬件设计和软件设计，给出了电路原理图，以及主要程序设计的流程图和程序。

系统硬件由USB供电电路、晶振电路、数码管电路、键盘控制电路、人体红外热释传感器电路、继电器电路和蜂鸣器电路等几部分组成。

系统软件实现主要分为：

AT24C02存储器的读写，数码管显示，键盘扫描，工作模式及密码比较。

第二章设计总体方案

在掌握单片机原理及80C51汇编语言编程技术的基础上，基于89C52型单片机设计门禁系统。

本系统应具有以下功能。

1、系统具有对人体的红外线识别功能。

2、当有用户进入时，系统红外线模块把信息传达给系统，系统通过数码管提示用户选择进入模式和输入开门密码，密码最多可输入两次。

若输入密码正确，则通过继电器闭合，同时绿色发光二极管点亮表示开门，否则红色发光二极管点亮，蜂鸣器报警提示用户密码错误。

3、通过发光二极管和蜂鸣器给出报警信号。

4、其他辅助功能。

一、设计的基本要求

●设计密码数字显示、键盘输入及单片机最小系统。

●使用人体红外热释传感器检测是否有人进入服务区。

●系统具有三个运行模式：

等待模式、用户模式和管理模式。

●在没有输入密码时，关闭继电器，点亮红色LED。

●在用户模式下，输入正确密码，打开继电器点亮绿色LED。

●在管理模式下，输入正确密码，可以进行密码修改。

●输入密码错误达到两次，驱动蜂鸣器报警。

●使用AT24C02存储器保存密码，使得系统在断电情况下还能保存密码。

二、硬件电路的概述

本设计硬件主要可以分为七大部分：

●单片机最小系统

●数码管显示电路

●阵列键盘输入

●人体红外热释传感器驱动电路

●AT24C02存储器

●蜂鸣器驱动电路

●开关演示电路

图2.1系统硬件整体结构图

硬件设计思路是根据设计的基本要求，将电路分成各个模块进行设计，这样有助于设计的高效率进行，而且方便各个模块的检测、调试。

单片机是整个设计的核心处理部分，因此从单片机的最小系统开始着手设计。

接着，对数码管显示电路进行设计，结合单片机最小系统，可以检测这两个部分是否能正常工作。

之后，阵列键盘的设计，同样可以通过测试程序，对其电路进行测试。

开关延时电路、蜂鸣器等容易设计测试的电路设计。

最后，增加人体红外热释传感器的电路。

三、软件程序的概述

系统软件实现主要分为：

AT24C02存储器的读写，数码管显示，键盘扫描，工作模式及密码比较。

程序使用模块化的设计思想，这样便于程序的开发调试。

图2.2程序设计过程图

将程序分成多个模块设计，可提高设计的效率。

程序设计过程脉络清晰，即使某个模块出现错误，也能及时发现并纠正。

首先设计数码管程序，可以用于对单片机最小系统工作情况进行检查。

键盘程序可以借助数码管的实现来观察是否正确。

程序的各个模块逐步建立，最后整合成完整的系统。

第三章系统硬件设计

本系统硬件由USB供电电路、晶振电路、数码管电路、键盘控制电路、人体红外热释传感器电路、继电器电路和蜂鸣器电路等几部分组成。

系统整体电路图见图3.1。

图3.1系统整体电路图

一、STC89C52RC单片机

因为51我们学过了，就不阐述了。

STC89C52引脚图见图3.2：

图3.2STC89C52引脚图

二、USB供电电路

本设计中选用USB直接供电，将电脑的USB直接连接为设计的硬件电路提供+5V的稳定电压。

USB的最大额定电流为500mA，足以满足本设计的要求。

在设计的时候，需要注意电路不能出现短路，以免损坏电脑的USB接口。

USB母接口见图3.3：

图3.3USB母接口图

三、晶振电路

本系统采用12M晶振，晶振接到单片机的XTAL1、XTAL2引脚处。

电路上的晶振旁有两个无极性电容，容量为33P。

这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。

晶振电路如图3.4所示：

图3.4晶振电路图

四、数码管电路

数码管由7段LED组成，因此可以称为七段数码管。

将这七个LED按一定规律点亮，就能够显示数字0~9，以及英文字母A、B、C、D、E、F。

而现在的数码管都有带有小数点（DP），实际上数码管就变成8段了。

显示二进制、十进制数、十六进制数，小数都不是问题，加上数码管的价格优势以及功耗甚低，深受广大设计者的欢迎。

数码管电路图见图3.5：

图3.5数码管电路图

五、键盘控制电路

键盘作为用户控制系统的重要桥梁。

使用阵列式键盘，可以有效的节约单片机的IO口。

使用8个IO口就可以组成4*4阵列式键盘，这样总共有16个按键。

键盘按键说明：

●0~9数字输入键，用于密码的输入。

●密码输入输入后通过“确认”键加以确认。

●要对输入且在确认前的密码进行修改，可使用“后退”键后退一位，或者“重置键”重新输入。

●模式切换可以用“管理”和“用户”两键。

而“退出”键，则可以从各个状态退到等待模式。

键盘控制电路以及按键说明见图3.6：

图3.6键盘控制电路以及按键说明图

六、人体红外热释传感器电路

图3.7人体红外热释传感器模块

人体红外热释传感器基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动输出高电平，人不离开感应范围，将持续输出高电平；人离开后，开关延时自动关闭负载。

灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器设备。

●延时时间：

零点几秒至30分钟

●超低功耗：

开关自身功耗<0.00005W

●宽电压设计：

4.5V-20VDC

电气参数：

感应方式

被动式

工作电压

4.5V-20VDC

感应原理

移动感应

最大功耗

<0.00005W

感应距离

<8米

输出方式

高电平/低电平

感应角度

140度圆锥角

环境温度

-20℃—+50℃

光控感应

5LUX-500LUX（可调）（标准无光控功能）

设计中使用9013（NPN）三极管，集电极通过10K电阻连接到电源正极（VCC），发射极直接接地（GND），基极通过2.2K电阻连接到模块的信号输出端。

三极管的集电极连接到单片机的P3.6口。

当模块输出低电平时，三极管导通，P3.6为低电平。

当模块输出高电平时，三极管截止，P3.6为高电平。

人体红外热释传感器电路见图3.8：

图3.8人体红外热释传感器电路

七、AT24C02存储器电路

本设计有密码掉电保护功能，提供此功能得益于AT24C02这款EEPROM存储器。

AT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C总线串行EEPROM，其容量为2KB，工作电压在1.8V～5.5V之间，生产工艺是CMOS工艺。

在掉电的情况下，数据仍然能保存下来，就像我们电脑上的硬盘。

AT24C02引脚见图3.9：

图3.9AT24C02引脚

各引脚功能如下：

●A2～A0：

这3个引脚是器件地址选择引脚。

将这3个引脚配置成不同的编码值，在同一串行总线上最多可扩充8片同一容量或不同容量的24系列串行EEPROM芯片。

●SDA：

串行数据输入输出口，是一个双向的漏极开路结构的引脚，容量扩展时可以将多片24系列的SDA引脚直接相连，实际使用时该引脚必须接一个5.1k的上拉电阻。

●SCL：

串行移位时钟控制端。

写入时上升沿起作用，读出时下降沿起作用。

●WAP：

硬件写保护控制引脚。

当其为低电平时，正常写操作，高电平时，对EEPROM部分存储区域提供硬件写保护功能，即对被保护区域只能读不能写。

●GND：

接地。

●VCC：

接+5V电压。

因为单片机里面的P1口内建上拉电阻，为了减少电路设计的成本，将AT24C02的SDA及SCL两个引脚接到单片机的P10和P11引脚。

AT24C02硬件连接见图3.10：

图3.10AT24C02硬件连接图

第四章系统软件设计

本系统采用keiluvision2编写和调试程序和通过EASY51ProV3.0将程序烧录到CPU里面。

Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，绝大部分仿真机都支持Keil。

Keil提供了C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等功能，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起，通过这些功能，可以很方便的编写调试C程序，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

uVision是