基于AT89C52单片机的智能门禁系统设计与实现.docx
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基于AT89C52单片机的智能门禁系统设计与实现
版本：
doc
毕业设计
基于AT89C52单片机的智能门禁系统设计与实现
附源程序代码和外文文献及中文翻译
毕业设计说明书（论文）中文摘要
智能门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。
它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。
本文完整的描述了以AT89C52为核心的单片机控制方案来实现智能门禁系统的设计与实现，通过软件与硬件的结合，在Protel、Keil、Protues3款软件的结合下，使智能门禁系统完成开锁、修改密码、报警等等一系列的功能。
关键字：
智能门禁、AT89C52、Protel、Keil
IntelligentEntranceGuardSystem
Abstract
Intelligententranceguardandsafetymanagementsystemisanewtypeofmodernsafetymanagementsystem,whichcombinesthemicrocomputerautomaticidentificationtechnologywiththemodernsafetymanagementpracticesintoanorganicwhole.Itcontainslotsofnewtechnologiessuchastheelectronic,mechanical,optical,computertechnology,communicationtechnology,biotechnology,andsoon.Itisaneffectivemeasurestoachievethegoalofimplementingsafetymanagementattheinwardandoutwardofimportantdepartments.ThispaperdescribesacontrolprogramsofSCMasthecoreofAT89C52toachievethedesignandimplementationoftheIntelligentEntranceGuardSystem,throughacombinationofsoftwareandhardware,andthecombineofsomesoftwaresasProtel,KeilandProtues,wocancompleteaseriesoffunctionsasopeningthelock,changingpasswords,alarmmingoftheIntelligentEntranceGuardSystem.
Keywords:
Intelligence,AT89C52、Protel、Keil
目 录
1.1课题背景...................................................1
1.2最新发展...................................................2
2.1开发环境...................................................6
5.3系统使用方法..................................................33
5.4课程设计实物图及调试图.........................................33
6.1毕业设计的难点与创新......................................32
6.2毕业设计的收获............................................33
致谢...........................................................38
附录1：
英文技术资料翻译........................................40
附录2：
课程设计核心代码........................................52
第一章绪论
本章主要对不断发展的智能门禁系统进行介绍，并对当前各种各样的门禁系统进行简单的介绍。
1.1课题背景
智能门禁系统是最贴近这个科技不断发展的社会的一种安全管理系统，它将当代的安全管理措施与微机自动识别技术紧密的融合为一体，智能门禁系统涉及到了计算机的多项技术，生物类技术，光学，通讯技术，机械学等各种当代流行的高新技术。
它是彻底解决一些重要部门出入口实现安全防范管理的最有效的措施之一。
适用各种非常重要的部门，如、机房、军械库、银行、宾馆、机要室、智能化小区，工厂办公间等等。
在数字技术网络技术快速发展的今天，门禁系统得到了迅速的发展。
门禁系统早已超越了最古老的门道及钥匙管理，它已经慢慢发展成为一套非常完整的出入管理系统。
它在人事考勤管理、工作环境安全等行政管理工作中发挥着理想的作用。
在门禁系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行保安巡检管理、餐饮收费管理、物业消防监控、电梯控制、车辆进出控制等，真正的实现了区域内一卡智能管理。
门禁系统又被叫做出入管理控制系统（ACCESSCONTROLSYSTEM）.它是一种管理人员出入的智能化管理系统.简单来说就是：
管理什么时间什么人可以进出那些门，并提供事后的查询工作等等，常见的门禁系统有:
指纹虹膜掌型生物识别门禁系统，密码门禁系统,非接触卡门禁系统等，门禁系统在当代发展迅速，被广泛应用于各种管理控制系统中。
1.2最新发展
出入口门禁系统简单意义上来说就是对出入口通道进行管理的系统，它是在传统的门锁基础上逐渐演化而来的。
传最原始的机械门锁仅仅是单单的机械装置，不管它的材料有多么坚固，结构设计有多么合理，人们总是能可以通过各种方法把它打开。
在出入人很多的通道（象酒店客房，办公室）钥匙的管理非常麻烦，如果钥匙没了或者人员变化都要把锁和钥匙一起替换掉。
为了解决这些问题，就出现了电子密码锁，电子磁卡锁，这两种锁的现世在一定程度上提高了人们对于出入口通道的管理程度，使通道管理进入了崭新的电子时代，不过，随着这两种电子锁的不断应用，这两种锁的本身的毛病就逐渐暴露出来，磁卡锁的毛病是它的信息容易被复制，卡片和读卡机之间的磨损比较大，故障率很高，安全系数变得很低。
密码锁的最重要的问题是密码容易泄露，然而却又根本无法解决，所以安全系数就变得很低。
还有，这个时期的产品因为大多采用控制部分与读卡部分交接在一起安装在门外，很容易就会被贪婪的人在室外打开。
所以，这个时段的门禁系统还停留在早期科技不发达的阶段，所以，这个时候的门禁系统往往被人叫做电子锁，应用也不普遍。
随着年代的变更，随着感应卡技术还有生物识别技术等高技术的发展，门禁系统得到了质的发展，进入了成熟期，因此出现了虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在方便性，易管理性还有安全性等方面都各有不一样的特长，门禁系统的应用领域也越来越宽广。
门禁系统的功能主要概括有以下几点。
1）管理通道进出的权限
进出通道的权限简单意思就是设置通道的权限，比如说哪些人可以进出，哪些人不能进出。
进出通道的方式就是对已经获得进出此通道的人进行进出方式的管理，常见的进出方式一般都有密码输入进出门禁系统、读卡（生物识别）进出门禁系统还有就是读卡（生物识别）进出门禁系统这三种方式
进出通道的时间就是操作者或者管理人员设置此系统在什么时间范围内关闭门禁系统的部分功能，让进出人员可以不需密码而随意进出。
2）实时监控的功能
门禁系统的管理人员可以通过计算机随时都可以查看每处门禁系统处的人员的进出情况（同时有照片或者视频来清晰的显示）、每个门禁系统处的状态（包括门的开与关的状态还有各种非正常性状态的不明报警等等），另外也可以在紧急状态比如人员大爆发或者发生地震等不安因素下由管理人员在计算机旁就可以打开或关闭所有的门禁系统。
3）出入记录还有出入查询的功能
门禁系统可以储存所有人员的进出记录、状态记录等到计算机里面，并且可以按照不同的查询条件（比如时间等）进行查询，所以如果一个公司或者一些重要部门要是配备相关的考勤软件的话，完全可实现考勤、门禁一卡通的功能。
4）异常报警功能
在不正常的情况下操作者可以实现计算机的报警或门禁系统中的报警器报警，比如：
有不法人员非法侵入或者门禁系统本该关闭但是却没能正常关闭等。
当然，依据系统的各种不一样的门禁系统还可以实现以下的一些特殊功能：
1、网络设置管理监控功能：
大多数的门禁系统由于操作者在多方面的考虑因素下，只能使用一台计算机来管理其门禁系统，然而技术比较发达的系统却可以在网络上随便一个由操作者已经授权的位置对整个门禁系统进行设置监控查询这样的管理，也可以通过INTERNET网上进行异地设置管理监控查询。
2、消防报警监控联动功能：
当门禁系统附近了出现火警时，门禁系统可以像有专门人员一样自动的打开所有门禁系统上的电锁，让里面的人赶紧逃生，而不用再输入密码这样的浪费了时间的事。
一般与监控联动通常是指监控系统自动将有人刷卡时，不管是有效还是无效录下，当时的情况，另外，同时系统也也将门禁系统出现报警时的所有情况包括图片、声音以致录像等都可以录下来以供查阅。
5）逻辑开门功能：
概括来说，就是一个门禁系统需要好几个人同时刷卡或者同时按下指纹或者每个人都只有部分按键密码并依顺序按下，才能打开门禁系统的电锁。
可以说，门禁系统的功能非常重要，尤其是现实社会中，更是被应用于方方面面。
如果在公司在公司门口安装了门禁系统的话，可以很好的阻止其他公司的推销人员的到来，免去了公司的秩序被打扰的麻烦,另外，安装门禁系统可以使得社会的闲杂人等进入公司的破坏,这样，既可以很好的保障公司的财务、机密等等被盗窃，更可以进一步的提高了公司的形象，而且管理层可以通过门禁系统来知道公司人员的出勤情况，进而更好的做好考情工作。
省去了以往的佩戴工作证的麻烦。
如果在公司的重要领域比如经理办公室、研发部门、会计部门等安装门禁系统，可以极大的提高保密性和安全性。
而一般的小区，都是安装了各种防盗门、栅栏门等等，这样根本防不住如今的小偷等的危害，被盗事件屡见不鲜，而如果在小区安装门禁系统，可以极大的保障小区的安全性，也省去了小区的业务主管不断的增添保安来保护小区人员的人身和财产的安全，毕竟再认真的保安也会有疏漏的地方，更不用说小区的业务主管还要支付保安的食宿工资等方面。
因此，在小区安装门禁系统是势在必行的举措，如此，不仅可以提高小区物业的档次还有促于楼盘的销售，毕竟设备越现代化越能得到大众的青睐。
门禁系统还可以应用在医院的急诊室里面，防止患者家属因心情的激动而擅闯急诊室，在政府大楼中应用的话，可以更好保证政府人员的工作安全问题。
还有，很多的移动、电信还有供电局等都有一些属于自己的基站，而且不少都是一直无人值守的，如果在这些地方安装了门禁系统，可以很好的保障这些几站不受非法人员的破坏、偷窃的问题，主站方面还可以通过远程网络监控来操作与检查。
当代的电梯也可以安装门禁系统，比如在一座大楼中，有那么一两层是重要人员才能进去的，只有在电梯内输入正确的密码才可以成功到达，否则外来人员根本没有这个权限，这极大的保障了安全问题。
随着社会的进不，国民的收入越来越多，全球化进一步发展，科技更是不断进步，安防行业的领域不断被扩大了。
作为监控系统.门禁系统和安防系统，其中都离不开报警系统，也可以说它是这些系统最重要的一个模块。
对于监控和报警，这两种人们早就明白，但这对于现代进不的社会已经有点不适应了。
而门禁系统则不一样，它从根本上杜绝了这些问题，所以比起上述两种有着无与伦比的好处。
1.3课题设计目标
设计本课题时构思的方案：
本设计采用以AT89C2052为核心的单片机控制方案来实现智能门禁系统的设计与实现，其主要内容如下：
1、密码的显示：
为了防止密码被他人得知，液晶显示屏显示时，并不会直接显示操作者在按键上按下的具体数字，而是以一个操作者选定的字母符号来暗示操作者是否有按键被按下，并在系统的报警模块会发出“滴”的一声提示有按键按下。
当操作者按下矩阵按键时，液晶显示屏会显示出字符“*”，如果没有按键被按下，则液晶显示屏不会显示字符。
如此，既可以很好的提醒了操作者，又保护了系统的密码，这是本设计可靠性优点之一。
2、密码的变更：
当操作者觉得之前的密码不好记忆或者察觉密码被别人得知时，可以重新设置理想的8位密码，密码通过矩阵按键输入，当按下变更密码的功能键时，操作者需要先输入两遍之前的密码，当密码正确后，操作者可以重新输入一个新的密码，最并在操作者记好后按下确认键，重复2次后即变更了新的密码。
3、系统的开锁：
当操作者输入正确的密码后，再按下确认键，系统便会自动开锁。
然而，操作者输入密码时应该注意，数字与数字之间的间隔时间为30秒，例如密码为87654321，当键入第一个数字8后应在30秒内键输入第二个数字7，不然的话之前的操作就会被视为无效。
如果输入完密码后不按确认键时系统将会在规定的时间内清理操作者已经输入数字，并且液晶显示屏会重新显示无数字状态。
4、报警系统：
当操作者输入的密码错误时，门禁系统便会发出报警信号，由蜂鸣器发出报警声“嘀嘀嘀”。
当连续三次显示密码错误后，那么系统将在很长一段时间内持续报警。
这时，操作者必须按下复位按键才可停止。
这是保障系统的安全而设计的一个重要措施。
5、时间锁定系统：
如果操作者需要设定系统在固定的时间段内不需要密码，即在人流量较大、安全情况下等，操作者可以让门禁系统在规定的时间内门禁关闭，所有人可以自由出入，然而当不在规定的时间时，系统将自动恢复智能门禁系统的所有功能。
第二章开发环境与主要技术
2.1开发平台
本课程设计的开发平台为：
操作系统：
MicrosoftWindowsXP
程序语言：
C
制图：
Protel99SE
程序编程：
KeiluVision3
仿真：
Protues
关于本系统的开发环境安装配置过程比较简单，在此不再赘述。
下面介绍下本系统设计的三款软件。
2.1.1Protel99SE
在上世纪80年代末，美国实力公司向世界推销了一款极具跨时代的CAD软件，它的名字就是Protel99SE。
当代社会，电子行业尤其是那些需要做出模型、实物的产品类的公司，或多或少的都需要用到CAD软件，它是电子技术人员必不可少的一项专业技能，而Protel则在众多的EDA软件中脱颖而出。
当这款软件出世后，全世界都在争相使用，在中国也是被广泛推广，许多大公司还有大学都在学习和使用它，更不用说不少大公司在招收人员时都要新进的人员会很好的使用这款软件。
下图为Protel软件的部分截图：
图2-1Protel软件的部分截图
2.1.2KeiluVision3
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。
Keil提供了包括连接器、库管理、C编译器、宏汇编和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN2000、WINXP、WIN98、NT等操作系统。
如果电子技术员想用C语言编程，那么Keil几乎就是电子技术员的首选，即使技术员不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便且简单的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会让电子技术员事半功倍。
下图为Keil软件的部分截图：
图2-2Keil软件的部分截图
2.1.3Protues
在上世纪90年代后期，英国的Labcenterelectronics公司隆重推出了它的新产品，它就是领军EDA各种软件的Protues。
Protues这款软件具有其他种类的EDA软件的通用的功能，比如仿真等，还有一些特别之处，因为它可以仿真各种系统的外围的器件，更是包括单片机，所以，综合这些特点，Protues是当今社会实用性和功能性方面最好的EDA软件。
在现实社会中，Protues软件广泛的应用于大学的电子类学院的课程教程，具有科研产品的一些大型电子公司，还有一些对单片机有着浓厚兴趣的电子爱好者。
由于Protues软件在原理图的布局，仿真的代码的调试还有其他外围器件的仿真做到了非常好的协调，以至于它在当今科技不断发展的潮流中立于不败之地。
下图为Rrotues软件的部分截图：
图2-3Protues软件的部分截图
2.2主控部分的选择
2.2.1采用数字电路控制
如果采用数字电路来控制本次设计的主控部分，虽然表面上设计将更加简单，成本也将降低，但是考虑到这是门禁系统，其控制方面的灵活性、准确性、实用性方面将大打折扣，毕竟数字电路是用双JK触发器构成，密码是保存在JK触发器里面的，输入密码时，系统判断输入的密码与以双JK触发器构成的数字逻辑电路做比较来实现门禁系统的开启与关闭。
2.2.2采用以单片机为核心的控制
单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。
利用单片机内部的随机存储器和只读存储器及其引脚资源，外接液晶显示，键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上可以实现本次设计的预期目标，因此，考虑到安全、实用性等方面，本次设计最好选用单片机来作为系统的核心部件。
2.3密码输入方式的选择
2.3.1指纹输入识别
指纹识别技术主体涉及到了四个功能：
保存数据、数据比对、读取指纹图像、提取特征。
通过读取指纹的设备读取到人体指纹的图像，然后要对读取到的图像进行第一步的处理，使院士图像更加清晰明了，然后再通过辨识指纹的软件建立指纹的特征数据。
软件会从指纹上找到被称为"节点"（minutiae）的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。
一般每个人的手指上平均具有70个节点，所以这种方法将要产生接近490个数据。
这些数据，一般被叫做模板。
通过计算机比较模糊的方法，把两个指纹的模板进行对比，从而计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果，从而判断输入结果的是否正确。
而作为一个普遍的门禁系统，考虑到本方案软硬件有点复杂，而且成本也高，所以我不选择指纹输入这个方案。
2.3.2矩阵键盘输入识别
这个方案是由16位按键组成的矩阵键盘，每条行线和列线都对应着一条I/O口线，每个按键都设在了行线和列线的交叉点，每当操作者按下按钮时，就会有一条行线与一条列线相接触，系统只要辨认出接触的是哪两条线，即哪两个I/O口线，就可以确定哪一个键被操作者按下。
行线被制成上拉口线，刚开始时被置为高电位，列线是悬空的，初始置低电位。
通过不断读行线口线，或者中断方式触发键位扫描。
当系统发现有按键被按下时，将列线逐一置低，而其他列线则置高，读行线口线。
当某条列线置低时，其对应的行线也会被拉低，这样便确定了这两条线的交点处的按钮被按下。
每个按键都可通过操作者的程序来给它相应的功能，从而完成密码识别。
这个方案比较上面的方案简单，所以我选择了这个方案。
2.3.3红外遥控识别
专用的红外编码芯片种类各种各样，红外编码芯片一般集载波震荡、编码、发射于一体，它有很强大的抗干扰能力，使用很方便，而且外围电路比较简单，另外价格也比较低，所以一般的遥控器上大多使用了这种专用芯片，大大的节约了成本。
但是，专用芯片也有很大的弊端，专用芯片的内部编码及技术数据早已经公开化，这将会产生很大的安全漏洞。
第三章系统总体设计和主要芯片介绍
3.1系统总体设计
本次毕业设计主要由AT89C52单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。
矩阵键盘作为门禁系统的密码输入模块，用于输入数字密码和实现清除已有操作（输入了错误密码并且尚未按下确认键）、修改密码等功能。
当操作者在按键上输入密码后，系统通过各种连接将按键与AT89C52和AT24C02，经过系统的运行，将输入的密码与存储在AT24C02存储器中保存的密码对比，来判断密码是否正确，并通过液晶显示屏LED清晰的向操作者展示，并进行进一步操作，通过报警功能模块来给操作者以听觉验证。
系统整体框图如图3.1所示。
图3-1系统结构框图
各模块功能如下：
1．矩阵键盘输入模块：
此模块包括2个部分，一个是密码输入按键，一个是几个功能按键，两个部分分开和合作来用于完成门禁系统的输入、修改、确定、取消的等功能。
2．显示模块：
通过液晶显示屏以完成操作者对系统现在的状态显示还有操作的提示功能。
3．报警电路：
通过蜂鸣器和其他的器件组成的模块来完成密码错误、3次错误还有单个按下按钮的提示音的警报和提示功能。
4．密码存储模块：
通过AT24C02存储器来完成系统的突然断电或者线路故障时的存储功能，如此，修改还有保存过的密码在断电后仍能保存，而不需要重新和初始化那样的状态。
5．电源模块：
本设计通过USB线来对门禁系统的电路提供稳定的+5V的直流电压。
本次课程设计锁需要的元器件清单如下：
1、9X15cm面包板1片
2、51单片机+IC座1套（AT24C02+IC座）1套
3、LED1602液晶显示屏1个
4、开关按键18只
5、12M的晶振1只
6、33P瓷片电容2只
8、DC电源座1只
9、4.7K、电阻5只
10、5V的6引脚的继电器1只
11、发光二极管红1只
12、精密的可调节电位器1只
13、单排座1条
14、单排针1条
15、若干导线
16、USB电源线1条
17、SS8550三极管2只
18、10K的排阻1只
19、10u电解电容1只
20、蜂鸣器1只
21、4.7K的排阻1只
本次课程设计的电路焊接图如下：
图3-2电路焊接图
3.2主要芯片介绍
3.2.1AT89C52
AT89C52是美国公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线。
AT89C52使用的内核是最经典的MCS-51的，并对其做出了很大的改进，所以使得这种芯片比其他芯片多出了许许多多的功能。
在AT89C52芯片中，由于它的CPU打到了8位，并且可以在系统中编程flash，所以这种芯片为众多的嵌入式的应用系统提供了许多便利，比如超高的灵敏度，最有效的解决方法等等。
主要功能特性：
·兼容MCS51指令系统。
·8k可反复擦写（>1000次）FlashROM，32个双向I/O口，256x8bit内部RAM，时钟频率0-24MHz，可编程UART串行通道。
·3个16位可编程定时/计数器中断，2个外部中断源，2个串行中断，2个读写中断口线，共6个中断源。
AT89C52的引脚排列图如下图3.2：
图3-3AT89C52的引脚排列
引脚功能如下：
·Vcc：
电源电压
·GND：
地
·P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动
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