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基于单片机的车库门禁识别系统的设计
基于单片机的车库门禁识别系统的设计宋红娜焦作大学机电工程学院
毕业论文
中图分类号：
TP273
基于单片机的车库门禁识别系统的设计
专业名称：
应用电子技术
学生姓名：
导师姓名：
杨庆祥职称高级实验师
焦作大学机电工程学院
2012年12月
中图分类号：
TP273密级：
UDC：
单位代码：
1152
基于单片机的车库门禁识别系统的设计
TheGarageentrancrguardsystembasedonsinglechipmicrocomputerdesign
姓 名
学 制
三年
专业
应用电子技术
研究方向
电子技术
导 师
杨庆祥
职 称
高级实验师
论文提交日期
2012-12
论文答辩日期
2013-1
焦作大学机电工程学院
摘要
现在的车库门禁基本上都采用了现代电子设备和识别技术，减少了人工管理工作，实现了车库门禁的半自动化管理。
本文主要设计一种车库门全自动门控装置，而且在车库内外都设置有主控器以及在车内安装有密码标识器，主控制器由单片机、315M无线接收器、解码器、键盘、数码管和红外对管组成，密码标识器由无线发射器和编码器。
PT2262电源端平时断开，若快到了车库门则按下按钮通电，编码器PT2262将地址和数据通过无线发射模块发射，同时无线接收器的输出端接解码器的输入端，解码器的输出端接单片机的P3.3，若数据完全正确则车库门中的单片机启动电机开启车门，同时红外对管感应次数计数，来达到让车库门自动关闭的目的，也可以通过按钮屏蔽红外对管，实现手动关闭车库门。
然后再通过输入密码来控制电动机启动开门。
为了提高车库门禁的识别效率，采用了较先进的识别方式。
【关键词】：
电子密码锁；单片机；无线收发模块；PT2262/PT2272编解码芯片；红外对管；
ABSTRACT
Thevehiclesnowbasicallyhaveadoptedthemodernelectronicequipmentandrecognitiontechnology;reducetheartificialmanagement,toachieveavehicleautomaticmanagement.Thispaperdesignadoorautomaticdoorcontroldevice,andthedoorisarrangedinthemaincontrollerandthecarisinstalledinthecryptographicidentifier,themaincontrollerbymicrocontroller,315Mwirelessreceiver,decoder,keyboard,digitaltubeandinfraredtube,passwordidentificationdevicebythewirelesstransmitterandencoder.PT2262powersupplyendusuallydisconnected,thefrontpressoffexternalbuttonisenergized,encoderPT2262addressanddatathroughwirelesstransmittingmoduletransmits,atthesametime,thewirelessreceiverisconnectedtotheoutputendofthedecoderinputend,thedecoderoutputendVTconnectedwiththesingle-chipcomputerP3.3,ifthedataiscompletelycorrectinthedoorchipbootamotoropenthedoor,andinfraredtubeinductionfrequencycounts,tomakethedoorautomaticclosingpurposes,canalsobethroughthebuttonshieldinginfraredtube,achievemanuallyclosethedoor.Thenbyinputtingapasswordtocontrolthemotorstarttoopenthedoor.Inordertoimprovevehicleefficiencyofidentificationusedtheadvancedmeansofidentification.
【Keywords】:
electronicpasswordlock;single-chip;wirelesstransceivermodule;thePT2262/PT2272codecchip;infraredtube;
目 录
第1章引言
随着经济的发展，现在拥有汽车的国人越来越多，对好的车库门的需求也在不断增大，同时外国先进的车库门不断的占领中国市场，国产的车库门还处于落后状态。
本文是对车库门的机械和控制系统的具体设计说明,运用了单片机对电机控制和红外传感控制的方法，实现了自动车库门的各种功能。
并且有利于自动车库门的国产化，降低成本。
自动照明设置，车库门打开自动亮灯后自动熄灭，无需遥控器，可自动识别和开启，安全、便捷。
本设计使用编解码芯片PT2262/PT2272以及315MHZ的无线收发模块实现车辆的唯一识别，并且控制单片机自动关和开启车库门以及车库内灯的照明系统，单片机动态扫描键盘，只有在密码输入正确的情况下才能使单片机控制电机启动车库门，否则锋鸣器报警。
单片机在各个技术领域中的迅猛发展，我也想通过自己的能力充分发挥它的效用，在这个设计中，我选用的是51系列单片机，除了学以致用，当然与单片机应用的很多特点分不开：
单片机构成的应用系统有较大的可靠性。
系统构建简洁、易行，能方便的实现系统功能。
构成的系统是一个计算机系统，相当多的功能由软件实现，故具有柔性特点。
有优异的性能价格比。
第2章设计目的
2.1设计并制作一个无线自动门电路（其结构框图如图2-1）
图2—1车库门自动开闭控制系统结构框图
2.2基本模块
（1）单片机最小系统电路部分
（2）解码芯片PT2272和315M的无线接收模块
（3）编码芯片PT2262和315M的无线发射模块
（4）4×4行列式扫描键盘电路部分
（5）数码管显示电路部分
（6）继电器蜂鸣器照明部分
第3章系统软硬件设计
3.1主要电路图
3.1.1单片机最小系统电路
车库门自动关闭系统的设计是在单片机最小系统电路上进行，在这里此模块的作用是控制输出、数据采集处理，系统设计在单片机最小系统上进行构建，可以让整个电路控制变得更加简便，后续编程设计更加方便。
单片机最小系统电路图见图3-1所示。
图3－1单片机最小系统电路仿真图
Figure3-1MCUminimumsystemcircuitsimulationdiagram
3.1.2键盘电路
键盘电路在此起人机操作界面作用，这里采用4X4矩阵键盘电路。
键盘工作的方式为编程扫描方式，通过对单片机的P1口的低四位P1.0-P1.3作为进行编程输出，定时输出行扫描高电平脉冲。
当键盘上有按键按下时，对应的P1.4-P1.7列输入线就有相应的高电平输入。
例如，当按键S1按下时候，列输入端P1.4就能够接受到一个高电平触发信号。
键盘电路电路原理图如图3－2所示。
图3－24X4矩阵键盘电路
Figure3-24X4matrixkeyboardcircuit
3.1.3数码管显示电路
8位LED数码管显示电路是本系统设计的一个重要人机交流界面，在这里采用共阴极显示，P0口作为数据输入端口至数码管的8段，P2口作为显示电路的位选信号，电路中芯片74LS245作为输出驱动作用，保证P0口输出数据的驱动能力。
图3－3数码管显示电路仿真图
Figure3-3digitaltubedispiaysimulationdiagram
3.1.4无线发射编解码电路和接受解码电路
要让车库门能够自动实现关闭，需要当汽车在进入车库前发射一个车库门打开信号，入库泊好车后发射一个关闭车库门信号。
在这里我们选用信号编码芯片PT2262和一个315MHZ发射模块作为构建开闭信号发射电路，用解码芯片PT2272和一个315MHZ接受模块作为信号接受电路。
其模块电路原理图如图4-4所示。
接收端接受到了一个发射来的信号后，根据编码解码规则进行信息处理后，输入到单片机中进行判断处理。
图3－4无线发射及编解码电路
Figure3-4wirelesstransmissionandcodingcircuit
3.1.5蜂鸣器及继电器电路
蜂鸣器及继电器电路如图4－5所示。
由于蜂鸣器和继电器都需要很大的电流才能驱动，因此须在前级接一个三极管，起到电流放大作用。
当P3.4为低电平时，三极管Q1导通，蜂鸣器响；为高电平时，Q1截止蜂鸣器不工作。
当P3.0为低电平时，三极管Q2导通，继电器吸合，将被控电路导通，直流电机转动，将门打开。
当运行需要时将P3.0或P3.4脚置低即可实现蜂鸣器和继电器的功能。
之所以选择PNP三极管是因为单片机在复位时P0、P1、P2、P3都会置高，如果用NPN型三极管，在复位时会让三极管导通，必须在程序中进行软件调整，尽管如此还是不能完全避免这种现象，因此选用PNP型三极管9015。
图3－5蜂鸣器和继电器电路仿真
Figure3-5thebuzzerandrelaycircuitsimulation
3.2软件设计流程图
图3－6软件设计流程图
Figure3-6softwaredesignflowchart
第4章系统的总体设计
4.1单片机
4.1.1单片机的说明及应用
单片机全称为单片微型机算计（single-chipMicrocomputer）,即微型控制器。
顾名思义，单片机有别于通用微型计算机，它是专门为控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机。
其控制功能强，有优异的性能/价格比，有很高的可靠性。
因而，单片机的应用范围在不断的扩大，它已经成了生产中和人类生活中不可缺少的工具。
单片机的应用体现在多个方面，如在控制过程中的应用、智能仪器中的应用、在机电一体化产品中的应用、在家用电器中的应用以及在计算机网络及通信中的应用等等。
本设计主要应用了单片机在控制过程中的应用。
过程控制是微型机应用最多、最有效的方面之一，单片机广泛的用于过程控制。
它既可以作为主机控制，也可以作为分布式控制系统的前端机，对现场的信息进行实时的测量和控制。
单片机可用于开关量控制、顺序控制及逻辑控制等。
如锅炉控制、电机控制、机器人控制、交通信号灯控制、造纸纸浆浓度控制、纸张定量水分及厚薄控制、雷达与导弹控制以及航天导航系统鱼雷制导系统控制等。
4.1.2单片机的结构特点
本次毕业设计我用到的单片机是MCS-51系列单片机中的AT89S52，下面通过与通用微机的比较，来简单介绍MCS-51系列单片机的结构特点。
就CPU的结构来说，通用微机的CPU内部有一定数量的通用或专用寄存器，而MCS-51系列单片机则在数据RAM区开辟了一个工作寄存器区。
该区共有4组，每组8个寄存器，共计可提供32个工作寄存器，相当于通用微机CPU中的通用寄存器。
除此之外，MCS-51系列单片机还颇具特色的21个特殊功能寄存器SFR.要理解MCS-51系列单片机的工作，就必须对特殊功能寄存器SFR的工作有清楚地了解。
SFR使具有40条引脚的单片机系统的功能有很大的扩展。
由于这些SFR的作用，每个通道在程序控制下，都可有第二功能，从而使得有限的引脚能衍生出更多的功能。
而且，利用SFR可完成对定时器、串行口、中断逻辑的控制，这就使得单片机可以把定时/计数器、串行口、中断逻辑等集成在一个芯片上。
MCS-51系列单片机在存储器结构上与通用微机也有不同之处，通用微机中程序存储器和数据存储器时一个地址空间，而单片机把程序存储器和数据存储器分成两个独立的地址空间，采用不同的寻址方式，使用两个不同的地址指针，PC指向程序存储器，DPTR指向数据存储器。
采用这种结构主要是考虑到工业控制的特点。
一般工业控制系统中，需要较大的程序存储器空间和较小的随机存储器空间，不同于通用微机需要较大的数据存储器空间。
MCS-51系列单片机在输入输出接口方面的特点是，通道口引线在程序的控制下都可有第二功能，可由用户系统设计者灵活选择。
比如数据线和地址线8位分时合用通道0，而地址线高8位与其它信号线也可合用通道2。
由于存储器和接口都在片内，就给应用提供了方便，往往只在其引脚处增加驱动器即可简化接口设计工作，提高单片机与外设数据交换的处理速度。
同时，功能变换和选择由相应的指令来控制实现，而不是靠硬件上的跳线短接等方法实现。
MCS-51系列单片机I/O一线多功能的特点方便了用户，但在组成应用系统时，也应根据其特点分时使用。
MCS-51系列单片机的另一个显著特点是内部有一个全双工串行口，即可同时发送和接收；有两个物理上独立的接收、发送缓冲器。
发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入。
在程序的控制下，串行口工作与四种工作方式，用户可根据需要，设定为移位寄存器以扩展I/O口和外接同步输入输出设备，或用作异步通信口，以实现双机或多机通信，极为方便的组成分布式控制系统。
最后还值得一提的是，MCS-51系列单片机内部有一个功能相对独立的位处理（即布尔处理机），因而其具有较强的位处理功能。
4.1.3单片机的引脚配置
MCS-51单片机采用40引脚双列直插封装（DIP）形式。
对于CHMOS单片机除采用DIP形式外，还采用方形封装工艺。
由于受到引脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能。
图4-1是MCS-51中AT89S52的引脚图
图4-1AT89S52的引脚图
Figure4-1AT89S52pinmap
在单片机的40条引脚中，有2条用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，控制或其他电源复用引脚RST/Vpd、ALE、和VPP，32条输入/输出引脚。
下面就本系统用到的引脚分别说明这些引脚的名称和功能。
（1）主电源引脚Vcc和Vss
Vcc：
接+5V电源
Vss：
接电源地
（2）钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1：
接外部晶体的一端。
在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。
在采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机，此引脚必须接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2：
接外部晶体的另一端。
在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。
若采用外部时钟电路时，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬空。
（3）信号引脚RST/Vpd
RST/Vpd:
复位/备用电源输入端。
单片机上电后，只要在该引脚上输入24个振荡周期（2个机器周期）宽度以上的高电平就会使单片机复位；若在RST与Vcc之间接一个10μF的电容，而在RST与Vss之间接一个8.2KΩ的下拉电阻，则可实现单片机上电自动复位。
RST/Vpd具有复用功能，在主电源Vcc掉电期间，该引脚可接上+5V备用电源。
当Vcc下掉到低于规定的电平，而Vpd在其规定的电压范围内时，Vpd就向片内RAM提供备用电源，以保持片内RAM中的信息不丢失，复电后能继续正常运行。
（4）输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2和P3
MCS-51单片机有4个双向并行的8位I/O口P0～P3，P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，口线被拉成高电平，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。
P0.0--P0.7:
P0口是一个8位双向I/O端口。
在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和作8位双向数据总线。
在EPROM编程时，从P0口输入指令字节；在验证程序时，则输出指令字节（验证时，要外接上拉电阻）。
P0口能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载。
P1.0--P1.7:
P1口是8位准双向I/O端口。
在EPROM编程和程序验证时，它输入低8位地址。
P1口能驱动4个LSTTL负载。
P2.0--P2.7:
P2口是一个8位准双向I/O端口。
在CPU访问外部存储器时，它输出高8位地址。
在对EPROM编程和程序验证时，它输入高8位地址。
P2口可驱动4个LSTTL负载。
P3.0--P3.7:
P3口是8位准双向I/O端口。
它是一个复用功能口。
作为第一功能使用时，为普通I/O口，其功能和操作方法与P1口相同。
作为第二功能使用时，各引脚的定义如表3-1所示。
P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。
P3口能驱动4个LSTTL负载。
表4-1P3口各引脚的定义
Table4-1p3pindefinition
口线第二功能
P3.0RXD（串行口输入）
P3.1TXD（串行口输出）
P3.2INT0（外部中断0输入）
P3.3INT1（外部中断1输入）
P3.4T0（定时器0的外部输入）
P3.5T1（定时器1的外部输入）
P3.6WR（外部数据存储器“写”信号输出）
P3.7RD（外部数据存储器“读”信号输出）
图4-2P1.0--P1.7内部结构图
Figure4-2P1.0--P1.7internalstructure
图4-3P2.0—P2.7内部结构图
Figure4-3P2.0—P2.7internalstructure
图4-4P3.0—P3.7内部结构图
Figure4-4P3.0—P3.7internalstructure
4.24×4行列式扫描键盘
4.2.1键盘工作原理
行列式键盘电路原理如图所示。
按键设置在行列式交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。
行线通过单片机输出高电平，第一次扫描时置第一条列线为低电平，判断有无键按下，有则获取键值，进行相应的键值处理，无则继续扫描，使第二列为低电平，其它均为高电平，就这样依次判断键盘中有无按键按下。
键盘中哪一个键按下可由列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断。
图4-5行列式键盘电路原理图
Figure4-5determinantkeyboardcircuitdiagram
4.2.2键盘工作方式
键盘的工作方式：
编程扫描方式、定时扫描方式、中断扫描方式三种。
本设计采用的是编程扫描方式。
在键盘扫描子程序中完成下述几个功能：
（1）判断键盘上有无按键按下；
（2）防止键的机械抖动影响；
（3）获取按下键的键号；
（4）按键闭合一次仅进行一次键功能操作。
程序框图如图4-6：
图4-6键盘的编程扫描方式程序框图
Figure4-6keyboardscanningprocedureprogramming
4.3PT2262/PT2272编码解码芯片
4.3.1PT2262/PT2272编码解码芯片原理
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
引脚图：
图4-7PT2262外形图及测试应用图
Figure4-7PT2262outingdrawingandtestingapplications
管脚说明：
表4-2管脚
Table4-2pin
名称
AO-A11
管脚
1-810-13
说明
地址管脚，用于进行地址编码，可置为:
01悬空
D0-D5
7-810-13
数据输入端，有一个是1即有编码发出，内部下拉
VCC
VSS
TE
OSC1
OSC2
Dout
18
9
14
16
15
17
电源正端（+）
电源正端（−）
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
振荡电阻振荡器输出端；
编码输出端（正常时为低电平）
在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长.推荐值:
2262/4.7M/2272/820K2262/3.3M/2272/680K2262/1.2M/2272/200K。
解码电路PT2272引脚图：
图4-8PT2272外形图及测试应用图
Figure4-8PT2272outingdrawingandtestingapplications
PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。
M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。
后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。
PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改：
在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：
悬空、接正电源、接地三种
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