毕业论文基于STC89C52单片机的智能密码门禁系统设计定稿.docx
《毕业论文基于STC89C52单片机的智能密码门禁系统设计定稿.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文基于STC89C52单片机的智能密码门禁系统设计定稿.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业论文基于STC89C52单片机的智能密码门禁系统设计定稿
基于STC89C52单片机的智能密码门禁系统设计
摘要
智能密码门禁系统是21世纪生活中常用到的智能门禁系统之一，常用于小区门、家庭房门、防盗门、密码箱等等。
智能密码门禁系统克服了一般的机械式密码锁容易损坏、保护能力差的短处。
特别是采用微处理器系统装置的智能密码门禁系统,除了一般的密码锁功能，还植入人机界面智能管理系统,这样可以使该系统具有更高的保障性、简易性和可靠性。
该设计主要采用使C语言语序编写STC89C52单片机程序，硬件系统由4*4矩阵键盘、单片机最小系统、LCD显示器和蜂鸣器报警装置组成。
该智能密码门禁系统是由本人自定义一个6位数的密码,将门上锁。
如果想开锁，必须在按“开锁”按键后，输入和自己设定的同样的密码时,门锁打开，密码输入错误就会自动报警，若三次密码输入错误，会提示三声。
为了确保方便和永久的密码更改，该系统采用的AT24C04芯片以便即使在电源故障环境下其内部的密码数据可以维持而不会丢失的。
关键词：
智能密码门禁系统，单片机；矩阵键盘；lcd显示器；报警
Abstract
Intelligentpasswordaccesscontrolsystemisoneof21stcenturylifearecommonlyusedintheintelligentaccesscontrolsystem,usedforresidentialdoors,homedoors,securitydoors,passwordboxes,andsoon.Intelligentpasswordaccesscontrolsystemtoovercomeacommonmechanicallockeasytodamage,protecttheabilityofweaknesses.Especiallyinamicroprocessorsystemofintelligentpasswordaccesscontrolsystem,inadditiontothestandardpasswordlockfunction,intelligentmanagementsystemofembeddedman-machineinterface,soyoucanmakethesystemmoreaffordable,simpleandreliable.
ThedesignmainlyusestheclanguagewordordertowriteSTC89C52program,hardwarekeyboard,single-chipmicrocomputersystemby4*4matrix,LCDdisplayandbuzzeralarmdevice.Theintelligentpasswordundermycustomaccesscontrolsystemisa6-digitpassword,lockingthedoor.Ifyouwanttounlock,youmust"putincome"button,andenterthesamepasswordandset,lockopen,automaticpasswordentryerrorswillalarm,ifthepasswordwasincorrectlyenteredthreetimes,thenumerickeypadisautomaticallyunlockedcannotbeused.Inordertoensureeasyandpermanentpasswordchanges,thesystemusestheAT24C04chipssothatevenafterapowerfailureunderitsinternalpassworddatacanberetainedandwillnotbelost。
Keywords:
intelligentpasswordaccesscontrolsystem,MCU;matrixkeyboardLCDmonitoralarm
1绪论
1.1本设计的研究背景与研究目的
21世纪人们的生活水平和社会进步的科学技术提高，门锁已发展到了系统模式。
基于传统门锁，添加了一组或多个不同设置组密码、不同类型不一样声音、不一样形式声波和不同种类图像等等组成门禁系统，来控制门锁的开启。
这样，大大提升了门锁的智能化和安全可靠性。
从而，使小偷们没有得手的机会，自己的财产得到了更大的保护。
因而智能密码门禁系统被采用作为防盗门锁系统的越来越重要。
然而，怎样使门锁变得更安全是人们首先考虑的问题，一般普通的机械制造锁在构造方面非常简单，很容易被破坏，非常不安全。
而智能密码门禁系统不需要传统钥匙，只需要使用者记住密码，这样不但可以减去了人们平时佩戴钥匙的苦恼和经常喇钥匙的烦恼，也从基本上解决了普通家庭门锁防盗性差的短处和从根本上解决了防盗差的缺点。
现如今密码门禁系统应用越来越广泛，特别在家庭防盗上起到重大作用。
因此，研究门禁系统肯定必须具有必要的现实意义和重大的实践意义。
单片机在智能密码门禁系统中起到了无比的重要。
单片机另一名称为单片微控制器，它可以实现某一个逻辑性能，也有把计算机系统集成到一个芯片上功能。
单片机也是相当于一个小型的电脑，拥有计算机的处理数值性能等等。
伴随着电子科技术和计算机应用技术的经济快速提高与发展的同时，单片机功能和处理系统不断日益改善，性价比提高，技术得该善。
它不仅具有占积小、重量轻，而且价格便宜，在功能方面功耗低及处理数据速度快等等的长处。
因此，在智能家居、军事武器、航空航天……均得到了大方面的使用。
它是必不可却少控制部分的核心硬件。
它属于一个在线计算器控件，所谓在线是现场控制，需要有很强的能力，以防止外，成本更低。
单片机由四大部分组成分别为处理器、控制器、存储器和输入输出硬件。
由于单片机体积比较小，经常都藏在被控装置的“内脏”之中。
因此在整个系统之中中，和人类头脑差不多，有领头的重要性，假如它生了病，整个系统就崩溃。
本设计利用单片机控制和数据传输和附加装置控制算法，来完成特殊的功能，不断测试和提高人们对的整个系统电路设计和能力去把握，了解供应链管理门禁系统的设计经过和经验。
这样也提高了对单片机程序的编程能力和对数字模拟电路、单片机系统原理等等课程知识的运用能力，我们学到的知识为我们以后开发同一类电子科技产品的进一步创新发展奠定基础。
1.2国内外研究现状
伴随着人类对财产安全的注重和科学技术的进步，许多门禁系统已在国内外陆续问世。
但是诸多类产品的特点具有针对性，比如特定的指纹，仅能适用于保密要求专相的门锁、保险箱等等，具有局限性。
然而指纹识装置若在公共场所被破坏频率极其高，很容易被人为损坏。
IC卡容易丢落和磁极易消缺损坏等缺点。
制作指纹和IC卡门禁系统成本比较高，在某种程度上限制了该类产品向人们的普及和使用。
因此，密码门禁系统有较好灵活性，其安全系数比较高，从而，受到了大量的使用者应用和开发。
从目前的科学技术水平与市场的调查探索，智能密码门禁系统是电子防盗系统中最常用的系统之一。
20世纪末，在西方国家，智能密码访问控制技术进入相当先进的范围。
在国际水平上，整体水平的智能门禁系统我国仍然处于在中端市场，访问控制系统的成本仍然是很高，仍然是由在市场上的按键电锁今天，但按-卡密钥访问控制系统介绍了国际先进水平，现在只有几个国内厂生产厂家在生产。
但我国自己创新研发的门禁系统比较少，其整体市场系统结构尚未形成。
智能密码门禁系统应用还未普及。
国内也有不少的企业和世界接轨引入了世界上最先进的核心科技术，其未来发展光景无比乐观，投资风险也小。
2智能密码门禁系统的总体设计方案
2.1方案论证
2.1.1方案一采用单片机控制方案
采用单片机STC89C52来控制整个系统。
单片机体积小，程序编程写简单方便和有很多IO端口，有较强的控制能力，单片机足够能实现密码锁的所有性能。
矩阵键盘、自动报警系统。
LCD显示都由单片机来衔接。
图2-1系统框图
1）中央控制部分
该系统的中央控制部分使用89C52单片机，该型号单片机的ROM有8kb,RAM为512b足够存储所用程序。
该单片机能实现较强的控制能力和协调能力功能强大。
2）显示部分
1602LCD显示屏完全可以承担起显示作用。
使用者在输入密码时，会显示*，这样有较高的安全性。
3）键盘输入部分
系统硬件所采用4乘4矩阵键盘。
键盘结构之间的任何一条行线和列线的交叉处都是不相通的，然而，只有一个机械按键来衔接导通体验按键功能。
该系统矩阵按键机械结构是由4条行线和4条列线组成，这样可以有16个按键。
16按键分为数字按键和功能按键
4）报警电路部分
报警系统是由蜂鸣器装置组成。
在按键按下去蜂鸣器响，用户在用按键输入密码不对超过3次的时候，报警电路会自动触发，蜂鸣器一直响。
5）开锁电路部分
由继电器装置电路组成开锁电路，继电器在得到系统给以高电平时线圈通电，继电器闭合，开锁指示灯亮。
2.1.2方案二采用数字电路控制方案
数字电路控制是用74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路来作为密码门禁系统的核心控制中心，这种控制会设有9个自定义输入键，可是可以当做数字密码按键只有4个，其余按键分为：
用户修改密码按键，用户保存密码按键，用户开锁按键等等。
在使用者输入密码超大于10秒的时候，报警电路将会触发。
当使用者输入密码错3次时，自锁电路将启动，然而，用户无法使用该按键。
这样，提高了该电路的安全性。
该系统电路分为两大部分：
密码开锁电路和UPS电路，系统中设计UPS电源可以保证异常断电时密码锁正常使用，防止密码丢失。
键盘输入电路、密码修改检测电路、实施开锁电路、报警电路、等等组成密码开锁电路。
框图如图2-2。
图2-2密码锁电路
2.1.3方案三采用EDA控制方案
1）整体结构设计
以计算机为工具，借助EDA的软件平台设计。
2）硬件描述语言VHDL描述电路
首先在适当的途径下自行建立本设计的文件夹。
然后用VHDL语言进行编辑。
然后用软件进行仿真测试最后编程下载配置。
2.2方案比较以及可行性
选择89C52单片机来控制密码门禁系统，整体电路更简洁智能化。
配合件电路设计中智能控制开锁电路、自动报警电路、可以储存设置修改密码电路、按键有效提示、输入密码错误提示等等多种功能组成完善的自能密码门禁系统。
该系统的单片机必然是核心处理硬件设备。
单片机在系统硬件中占积小节省空间、方便灵活这也是选择单片机的原因之一。
单片机软件设计是51单片机编程，和程序运行的单片机，如果用户所需要修改设置，可以只修改单片机程序，根本不需要做整个硬件维修处理，这样可以节约资源而节省时间并且提高用户效率。
这是其他控制所做不到做到的地方之一，很多控制中心是控制某一子部分需要花很多步骤完整，然而单片机只需要改写程序调用就可以解决。
程序的编写能实现软件高智能、灵活性和高效率化，节省步骤，相对于数电电路控制这个优点很显而易见，因此课件方案一比方案二更完美。
对比方案三，虽然可通过编程来实现各种功能，但编程复杂麻烦，并且必须在EDA技术下来实现的。
这样很有局限性。
操作也相当复杂，不易于上手，没有向人们大量的普及。
因此，很难满足设计条件要求。
综合上述，该系统控制装置选择最佳为方案一AT89C52单片机为控制中心，选择该方案的主要原因如下：
⏹单片机经济实惠，设计成本不高。
⏹单片机体型小，易安装，控制能力强
⏹单片机程序编写简单，调试也很简单方便，比较易于实现。
3智能密码门禁系统硬件电路的设计
该设计主要由中央控制器模块、4*4矩阵按键输入模块、LCD显示模块、密码保存模块、控制开锁电路模块、自动报警电路模块六大模块构成了智能密码门禁系统硬件电路
3.1中央控制模块的设计
STC89C52单片机是中央控制模块重要的组成部分，含有晶振电路模块、复位电路模块和时钟电路模块。
3.1.1主控芯片STC89C52单片机的简介
（1）其主要特性如下：
1）工作电压：
5.5V～3.3V工作频率范围：
0～40HMz
2）程序空间为8K字节。
3）片上集成RAM为512字节。
4）I/O口有32个，P1～P4是准双向口/电阻上拉，P0口是漏极开路输出，如果该端口被指定总线扩展端口用时，上拉电阻可以不用添加，P0必须配合上拉电阻才能作为I/O口用。
5）具有看门狗功能和EEPROM功能。
（2）STC89C52RC引脚功能说明：
1）VCC（40引脚）：
电源电压
2）VSS（20引脚）：
接地
3）P0端口:
单片机中的39到32引脚，P0端口作为I/O口特点是漏极开路、8位、双向。
作为输出端口对端口P0写引脚能驱动有高电平时，可以作为高阻抗输入。
4）P1端口：
单片机中的1～8引脚，P1口是有拉电阻的8位双向I/O口。
P1口作输入口端口，上拉电阻，被外部拉低的引脚会输出一个电流。
5）P2端口：
单片机中的21～28引脚，P2口是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2作为输入口特点为，输出一个电流（I）。
6）P3端口：
单片机中的10～17引脚，P3口特点为8位双向、内部自带上拉电阻。
7）RST（9引脚）：
复位输入。
8）ALE/ROG（30引脚）地址锁存控制信号：
图3-1STC单片机管脚图
3.1.2时钟电路的设计
时钟信号可以由两个不同电路形式触发得到，分别为：
内部振荡电路和外部振荡电路。
时钟电路提供的时钟信号为单片机片内的不同微操作提供时间的标准性。
在单片机中有一个反向反馈放大器用于构成振荡器，单片机引脚XTAL1是输入端口，XTAL2输出端口。
采用内部方式连接，其电路简单，触发的时钟信号非常稳定不容易消失。
如图3-2所示在其外接晶振电路组成了内部振荡方式，单片机内高效率反方向放大器与作为反馈元件的单片机外部石英晶体谐振器一起可组成一个人最小系统并且产生振荡的时钟脉冲供单片机使用。
图3-2中由晶体X1和电容C2和C3构成并晶振电路该电路可以快速起振以及稳定振荡频率。
C1=C2=30pF，X1=11.0592MHz。
图3-2晶振电路
3.1.3复位电路的设计
单片机的复位电路可以使单片机中各个系统处于最初状态开始运行。
从RST销89系列单片机复位信号输入芯片在施密特触发器,如果单片机正常工作，振荡器不随意跳动，RST引高电平便要维持两个机器周，单片机就会产生复位。
1）手动按钮复位
手动按钮复位顾名思义需要人为按下按键，则RST端上会引入一个高电平。
通常人们在RST端上和+VCC之间衔接一个机械按钮。
如果有人按下按钮时，则系统会初始化。
其的电路图如3-3所示。
2）上电复位
上电复位电路是在RST复位端口直接引一个+VCC端，再通过一个电阻接到地就可以完成复位电路了。
因为下拉电阻,所以外部电阻可以删除,并减少了外部电容1uf。
电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。
为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。
上电时，VCC的上升时间约为10ms，而起振荡器的起时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。
在图2的复位电路中，当VCC掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。
此外,在恢复期间,端口随机状态,复位后,系统将端口自动生成为高电平状态。
系统在上电的时候如果没有有效的复位，单片机程序计数器PC就不会有一个适当的初值，所以，单片机有可能从一个不知道的位置执行其程序。
图3-3手动按钮复位电路
3.2键盘输入模块的设计
3.2.1矩阵键盘工作原理
4*4的矩阵机械键盘另一个名称为行列式键盘，顾名思义它行、列线组成键盘的，分别有四条行I/O线和四条列I/O线。
分别在行线和列线的交叉的地方上，放置一个按键来起到衔接作用。
这样的键盘中16个按键完全满足设计所用，可以划分为数字按键和功能区按键。
行列式矩阵键盘在结构上能充分利用单片机系统利用率的I/O端口。
行列式键盘的工作原理是使用第一个发送扫描文字对齐,然后读取行,看是否有按一个按钮。
部分提供了一个键盘扫描键盘扫描,自动震动,由按下键,自动识别和编码。
键盘当中有无按键按下可以由列线送入单片机进行全扫描字、行线读入其中的状态来判断的是否按下，其方法是逐列的列集低水平检查线路后,进入状态,其方法是反过来给列线低水平,然后检查所有线路,如果是1,没有按键,如果不是所有的1,按下键将在本专栏中,在与0等高线相交的十字路口上的关键
3.2.2单片机键盘扫描法
键盘的扫描是行列的扫描检测,扫描方法是判断后列出现按键的状态,如果所有列的状态出现,所有1和0状态的交叉线和行键被按下键。
扫描方法来判断有误按键被按下。
一行（或列）扫描查询方法：
图3-4矩阵键盘电路与单片机连接图
3.3LCD显示密码模块的设计
智能密码门禁系统的显示模块主要由LCD1602显示屏组成，他完美的连接了人与系统之间关联，用*代替数字显示，屏幕有开门显示，错误提示，门锁成功开提示灯。
3.3.1LCD1602简介
1）1602功能介绍
LCD1602又称为1602字符型屏显可以作为用符号数字字母的显示，它是含有许多个5X7等点阵字符位构成的，一个点阵字符位当且仅当显示一个相应字符。
之间有一个距离每个区间也有一个空间每一行之间的字符间距和行间距的影响。
2）1602LCD引脚功能
表3.1引脚功能说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
图3-5LCD1602引脚图
3）LCD寄存器的选择
表3.2LCD寄存器的选择
E
R/W
RS
功能说明
1
1
0
写入命令寄存器
1
1
1
写入数据寄存器
1
1
0
读取忙碌标志及RAM地址
1
1
1
读取RAM数据
0
X
1
不动作
4）LCD状态字说明
STA7
D7
STA6
D6
STA5
D5
STA4
D4
STA3
D3
STA2
D2
STA1
D1
STA0
D0
STAO-STA6
当前地址指针的数值
STA7
读/写操作使能
1-禁止0-允许
表3.3LCD状态说明
3.3.2LCD1602液晶显示模块与单片机连接电路
图3-6连接电路
3.4密码储存模块的电路设计
3.4.1
C总线介绍
C总线是一种用于IC之间连接的总线改变了传统单片机外围电路的复杂性具有很好的灵活性。
密码储存器由SDA和SCL两根线和单片机之间传送字节信息。
总线上的节点都有对应固定的节点地址，因此，可以根据节点地址识别每个装置器件，有助于外围电路的开发。
3.4.1
C总线工作原理
C总线传送字符数据时，此时的单片机时钟信号为高电平期间，数据必须保持不丢失，当在时钟线上的信号变成“0”时候，才能让数据线上的高低电平状随之变动。
图3-7scl和sda的状态
起始和终止信号：
起始信号为SCL线在引入“1”电平期间，SDA线发生1向0的转变；同理，终止信号是SCL线引入“1”电平间，SDA线发生“0”向“1”的转变。
该总线数据传送格式为每字节要保证是8位字节长度。
，先传送最高位字节（MSB），当一个字节传完另一个随后紧跟着传输（即一帧共有9位）。
假如某段时间内一直无接收到单片机机的应答信号，就会自动默认为已经正确接收到数据。
图3-8scl和sda的状态
3.4.2AT24C02芯片介绍
1）AT24C02引脚功能
图3-8AT24C02引脚
各引脚功能：
1，2，3脚——可编程地址输入端。
4脚——接地。
5脚——串行数据输出端。
6脚——串行时钟输入端。
7脚——写保护输入端，用于硬件数据保护。
该引脚为低电平时，可以对整个存储器进行正常的读和写操作；当为高电平时，存储器只有读操作功能，不能对改存储器进行写操作。
8脚——电源端。
2）储存结构与寻址
AT24C02的存储器容量为2KB，内部分为32页，每页8B，操作时有两种寻址方式：
芯片寻址和片内子地址寻址
3）AT24C02芯片的特点
AT24C02的存储器经济实惠，操作简单，能较长时间的储存密码不丢失，在断电的情况下一样记忆密码。
4）电路图：
图3-9AT24C02连接图
3.5开锁模块的设计
继电器和LED组成开锁电路。
开锁原理是利用线圈通电磁锁吸合电来实现门锁的开启。
本设计通过P3.1端口接一个高电平于开锁驱动电路，当继电器电路接到高电平是线圈通电开关闭合，当开锁灯亮，说明实现完成开锁过程。
连接路见图3-7所示。
图3-10开锁电路
3.6报警模块的设计
报警模块由蜂鸣器电路构成，单片机控制。
该设计选用的是压电式蜂鸣器，该蜂鸣器要有100mA驱动电流才能正常驱动。
如图3-5所示。
当单片机的P3.7端口输出为“1”时，蜂鸣器得到相应，否则，不发声。
在密码输入错误时，单片机会给报警电路高电平，蜂鸣器会发生声响。
图3-11报警电路
3.7硬件电路总体设计
由单片机将以上章节介绍的各大模块电路衔接在一起后构成智能密码门禁系统整体硬件电路。
该系统必不可少的两大模块为键盘输入模块和LCD显示模块。
键盘模块能实现密码选择性修改。
而显示模块作为人机界面，主要完成人与机器的“交流”。
其他的就是自动报警模块电路和开锁模块电路还有单片机的最小小系统。
总电路见附录1.
4智能密码门禁系统的软件设计
智能密码门禁系统的软件设计对整个系统正常安全运行可靠有着关键作用，该程序由许多子程序来组成，每个电路模块都有相应的程序来执行。
用户通过4乘4的矩阵键盘按六位数密码，并且能在LCD显示屏上以*的形式出现，假如用户输入密码是对的，就能直接开锁。
若不正确，并次数在3次以上不正确，装置就会立即触发报警电路，蜂鸣器驱动电路得到高电平将会发声。
若用户想要改换密码是，必须在输入原密码对的情况下才能更改。
4.1主程序流程介绍
主程序是引导和调用各子程序模块，协调各模块程序完成
升级会员 