基于单片机的门禁系统的设计Word文档下载推荐.docx

1、门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。因此，将实现门禁考勤管理系统，充分的体现其优点，对人员进出、授权、查询、统计和防盗报警保安等多种功能，避免了早退，迟到，矿工等现象，使公司规律有序的进行，对考勤管理起到很大作用，减少了很大的麻烦。也正是由于门禁系统实用性强，市场需求大，应用广泛，我们便选此作为研究设计的课题。 第1章 概述1.1 系统方案的比较1.1.1 选题论证在现今社会，随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛，因此门禁系统的研发已成为现代科技领域的一

2、个热门课题。目前，门禁系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家，门禁系统正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展；门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品，如：闭路监控，防盗报警等被动的安防方式，以主动的控制替代了被动监视的方式，通过对主要通道的控制，大大的防止了罪犯从正常通道的侵入，并且可以在罪案发生时通过对通道门的控制限制罪犯的活动范围，制止犯罪或减少损失。此外，人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制，而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等，还可与其它系统联动控制

3、等多种控制功能。安装有门禁系统的建筑具有以下优点:（1）具有对门户出入控制，保安防盗，报警等多种功能。（2）方便内部员工或住户出入，同时杜绝外来人员随意进出，既方便了内部管理，又增强了内部的保安。（3）门禁管理系统作为智能建筑中不可缺少的安保自动化的一部分，为用户提供一个高效的工作环境，从而提高管理的层次。1.1.2 方案选择 门禁系统有许多种方案：主要有联网和不联网型。 联网型：结构图如图1-1示:图1-1 联网型结构图联网型门禁系统的优点：（1）实时联网；（2）刷卡后立即把数据传输到主机上；（3）便于查询并能生成报表；缺点：（1）计算机要求24小时开机；（2）计算机或管理机万一有故障系统瘫

4、痪；（3）有问题影响面大。不联网型门禁系统的优点：（1）单台刷卡机就能工作；（2）不用布线；（3）操作简单方便。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。1.1.3 CPU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、

5、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57或者511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

6、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、44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

7、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-P0.7P1.0-P1.7P2.0P2.1P2.2LCD显示矩阵键盘RS

8、RWE表2-2单片机资源分配表（2）P2.3P2.4P2.5P3.0P3.2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 = 253TH1= 0FDH TL1= 0FDH2.3 最小系统设计 2.3.1 89C52的简述1.89C5

9、2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。

10、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2-2 89C52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2-3 89C52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P03932P0.0P0.7通用I/O口AD0AD7地址/数据总线（低位）P118P1.0P1.7P22128P2.0P2.

11、7A8A15地址总线（高位）P310RXD串行通信发送口11P3.1TX0串行通信接收口12INT0外部中断013P3.3INT1外部中断114P3.4T0计数器0输入端口15P3.5T1计数器1输入端口16P3.6WR外部储存器写使能17P3.7RD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8KB RAM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

12、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 最小系统的设计四个8位并行I/O（输入/输出）接口P3P0，每个口可以用作输入，也可以用作输出；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

13、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，Q

14、1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3.4 44矩阵键盘 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3-4 44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。EM9913BF 125KHz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

15、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DC 5V，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

16、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，国内最普及的EM ID卡，大多为瑞士nEM或台湾GK公司的4100、4102系列芯片+线圈+卡基封装而成。每张卡有且只有一个唯一的，不可更改和复制的ID内码（64位2进制机密的永不重复的卡号），因其安全可靠，价格低廉而大量应用于身份识别、产品防伪等领域。读卡器卡号输出格式的说明：由于历史的原因，或者不同领域习惯的原因，最常见到的有五种读卡方式，我们采用的读卡格式为：将10位十六进制的ASC字符串，即10Hex格式的倒数第5、第6位，转换为3位十进制卡号，在将后4位，转换为5位十进制卡号，中间用“，”分

17、开，即“2H+4H”，即将2H“6F”转换为“111”，4H“6c3a”转换为“27706”，最终将2段连在一起输出为“111，27706”。3.6 显示模块LCD1602是指显示的内容为162,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块。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，因此基于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。3.6.1 LCD1602 主要技术参数显示容量:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA（5.0V） 模块最佳工

18、作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35（WH）mm 3.6.2引脚功能说明1602引脚如图3-8示：图3-7 1602引脚示意图1602引脚功能如表3-2示：表3-2 1602引脚功能表编号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极D33VL液晶显示偏压D44数据/命令选择D55R/M读/写选择D66使能信号D97D0BLA背光源正极8D1BLK背光源负极1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地 第2脚：VDD接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电

19、位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极3.6.3 1602指令集1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明1为高电平，0为低电平）。如表3-3示：表3-3 1602指令集指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址 00H 位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光3标

20、和显示位置设置I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令 4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C ：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示 5X7 的点阵字符，高电平时显示 5X10 的显示字符。指令 7

21、：字符发生器RAM地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。3.6.4 与HD44780相兼容的芯片时序表基本操作时序表如表3-5示：表3-5 基本操作时序表读状态输入RS=L,R/W=H,E=H输出D0-D7=状态字写指令RS=L,R/W=H,D0-D7=指令码，E=高脉冲无读数据RS=H,R/W=H,E=HD0-D7=数据写数据RS=H,R/W=L,D0-D7=数据， E=高脉冲读操作时序如图3-8示：图3-8 读操作时序图写操作时序如图3-9示：图3-9 写操作时序图 第4章 软件设计4.1 Ke