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基于单片机的智能门禁系统的设计与实现.rar

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    编号:20181030002153167    类型:共享资源    大小:1.60MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    基于 单片机 智能 门禁 系统 设计 实现
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    激光报警器系统软硬件设计与实现1基于单片机的智能门禁系统的设计与实现摘要:本系统采用 AT89C52 单片机作为控制核心,实现读卡键盘扫描、显示以及驱动继电器模拟开门功能,以 1602 液晶完成数据信息的显示任务,RC522 非接触 IC 卡模块实现对 IC 卡信息的读取,以完成对卡片的识别。4*4 矩阵键盘可以通过手动输入的方式完成密码输入,避免卡片丢失影响到无法出入门的情况出现,系统具有键盘修改密码和设置时间的功能。它不仅提高了人们对出入口通道的管理效率,而且还有寿命长、使用方便、安全可靠、一卡多用等优点。该智能门禁系统的设计和使用更加人性化,更加符合社会发展潮流,能满足人们生活、工作的需要。关键词:门禁系统 AT89C52 单片机 读卡器 继电器1.引言随着科技的发展,社会的进步,人民经济水平的提升,人们对生活和工作的环境及各方面要求也越来越高,已经不仅仅局限于美观、舒适,而是在此基础上对其适用性、可操作性、安全性及智能性方面提出了更高的要求。目前,普通的门锁被广泛的应用到我们的生活和工作中。在满足我们需求的同时,也带来了许多不安全的因素。例如,运用高科技手段进行盗窃、抢劫等等,怎样才能使人们的安全防范措施跟得上科技的发展、更有效的阻止这些犯罪行为的侵犯从而保护自身利益呢?仅仅依靠普通的门锁、防盗门或者监控、报警等系统是不够的,门禁系统已近越来越多的被应用到我们的生活和工作中,但是普通的门禁管理已经不能满足我们的需求了。而且,人们对门禁系统的应用已不仅仅是单一出入口的控制了,还将它大规模应用于社区、公司以及商城的门禁控制、考勤管理、安防装置等等。现在市场上的普遍使用的门禁系统由于功能简单,对人员管理不到位,尤其是遇到丢失门禁卡的情况时,会给人们带来很多麻烦,为此迫切需要设计功能多、使用方便、安全可靠的智能门禁系统。本文主要设计了基于 AT89C52 单片机的门禁控制系统。以单片机为核心采用以 FRID 技术为主,键盘密码锁为辅的方式来使用门禁装置。按照编码规范编写程序来实现门禁的功能。当人们刷卡或者使用密码锁时,程序会将识别的卡号和密码传送到单片机内进行比较,确定该卡是否拥有此权限、密码是否正确,从而实现该系统的功能。2.门禁系统的系统概述2.1 门禁简介门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统,出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统,它是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置,山西大学商务学院本科毕业设计2无论结构设计多么合理,材料多么坚固,人们总能用通过各种手段把它打开。在出入人很多的通道(像办公室,酒店客房)钥匙的管理很麻烦,钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。在数字技术网络技术飞速发展的今天门禁技术得到了迅猛的发展。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。在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制,物业消防监控、保安巡检管理、餐饮收费管理等,真正实现区域内一卡智能管理。2.2 门禁系统方案选择2.2.1 功能方案选择随着门锁的缺陷的逐渐增加,智能门禁的使用越来越来普遍,人们对其使用的方便程度追求也越来越高。单一功能的门禁系统已近不能满足人们的需求,所以设计一个功能全面、使用方便、安全可靠的智能门禁系统就迫在眉睫。为此,根据需求设计了由密码锁和 RFID 射频识别双功能的门禁系统。该系统使用方便,有备用开启门禁控制的的功能(密码锁) 。当门禁卡丢失或者忘记携带的时候,依旧可以使用密码锁将门禁装置开启,不会耽误人们的正常生活及工作的时间。2.2.2 控制器方案选择选用 AT89C52 单片机,C52 与 C51 相比,C51 是 128byte RAM,4K ROM,有 6 个中断源,有 T0、 T1 两个 16 位定时器。而 C52 是 256byte RAM,8K ROM,有 8 个中断电源,有T0、T1、T2 三个 16 位定时器。 C52 更加强大一些,更加适合该设计。2.2.3 IC 卡方案选择随这门禁系统的日渐成熟,门禁系统得到了飞跃式的发展。从而出现了很多卡试门禁系统,为了使系统更安全,用户使用更舒适,选择哪种 IC 卡也成为了困扰人们的问题。如表 1 所示;性能 磁卡 接触式 IC 卡 非接触式 IC 卡信息载体 磁条 EEPROM EEPROM信息量 较小 大 大读取方式 电磁转换 电擦写 无线通信保密性 一般 好 好识别速度 慢 慢 很快读取距离 接触 接触 远使用寿命 短 长 很长成本 底 较高 较高多标签同时识别 不能 不能 能激光报警器系统软硬件设计与实现3表 1从上表可以明显看出,非接触式 IC 卡是当今门禁系统最好的选择、也是最适合的选择。所以本系统最终决定采用非接触式 IC 卡。2.2.4 IC 卡识别方案选择在识别方式上采用了较为流行的 RFID 射频识别技术,他与磁卡和条形码相比扫描速度更快、可重复使用、穿透性强、数据及易容量大、安全性高、抗污染能力和耐久性更强等等。而且RFID 技术的应用已趋于成熟,容易应用。2.3 门禁系统工作原理门禁系统采用了 RFID 射频识别技术,射频技术也就是自动识别技术,利用射频的方式进行非接触双向接触通信,已达到识别目的并交换数据。RFID 应用领域非常广泛单单在安全门控领域就可以应用在小区、校园、楼宇企业等室内外安全通道。该门禁系统由 AT89C52 单片机,最小系统模块、LCD1602 液晶显示模块、密码识别模块、射频识别模块、继电器驱动模块组成。射频设别由***和 IC 卡组成。在需要设置门禁装置的通道安装该系统,设置可通过门禁装置的权限。当拥有该权限的 IC 卡被使用时,接收解读器发出射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息,解读器读取信息并解码后,送至单片机控制器,单片机对信息进行权限对比。通过对比后,单片机启动蜂鸣器,然后在 LCD显示屏上显示单片机给出的命令,并执行该操作。如果用户丢失 IC 卡或者忘记携带时,可通过备用密码锁实现。该系统应用范围广、操作简单灵活、对人员管理性强(可储存出入人员信息) 、安全性高、安装调试简单、使用费用底等等。系统组成的框图如下:AT89C52读卡器 密码锁显示门控山西大学商务学院本科毕业设计4图 1-1 门禁系统结构图2.4 门禁系统的特点(1)功能全面门禁系统采用双重控制,主控使用射频识别控制,在特殊情况下采用备用密码锁控制。不会在时间上对用户产生影响。(2)应用广泛,使用方便在多个领域都可以使用,也可以使用该系统做不同的应用及管理。操作简单,可以一卡多用,用户携带便捷。(3)抗干扰和抗污染能力强依赖射频传输的电磁信号不宜干扰,转换成的数字式电信号基本不会被干扰。而且 RFID 对水、油和化学品等物质具有很强的抵抗性。(4)数据的记忆量大,安全性强由于采用 RFID 技术,使用 RC522。它的最大内容是***** 。随着记忆载体的发展,数据容量也有不断扩大的趋势。而且 RFID 承载的是电子试信息,其数据内容由密码保护,使其内容不易被伪造及变造。很好保护用户的信息。(5)使用寿命长,成本低安装调试简单,成本低,原件不宜损坏,维护方便。2.5 门禁系统设计功能本设计为 FRID 射频识别与密码锁双重控制的门禁系统。该系统可实现功能:当人们刷卡时,如果该卡权限得到允许,液晶显示模块显示卡号,同时继电器工作指示灯亮,表示门锁打开。当该卡没有此门禁权限或者是非法卡时,蜂鸣器警报,表示门锁不开。当人们通过密码锁输入密码时,如果密码正确,即继电器工作指示灯亮,表示门锁打开。当密码错误时,蜂鸣器警报,表示门锁不开。3.系统的电路设计3.1 系统控制电路的设计本系统的电路原理如图 3.1 所示,采用 AT89C52 单片机作为控制芯片。添加 LCD 液晶显示电路、开门指示灯电路、蜂鸣器警报电路和******电路等,组成了门禁系统的整个控制电路。当蜂鸣器以及指示灯门锁激光报警器系统软硬件设计与实现5RC522 接受到 IC 卡信息时,射频设别模块通过无线电讯号识别 IC 卡信息并读取相关数据,然后在控制中心进行信息比对,如果信息正确则推动三极管 Q2 导通,指示灯亮,表示门锁已开。如果信息比对不正确,说明该卡无此权限则推动三极管 Q1 导通,蜂鸣器警报,表示门禁信息不匹配,门锁不开。当用户采用备用系统(密码锁)时,如果密码正确则推动三极管 Q2 导通,指示灯亮,表示门锁已开。否则推动三极管 Q1 导通,蜂鸣器警报,表示密码错误门锁不开。通过模拟门锁指示灯以及蜂鸣器的状态来显示权限是否允许,起到安防及警报的功能。图 3-1 系统控制电路原理图3.2 系统电源的电路设计当前的门禁电源大部分还是安装电池或者通 220V 来提供电压,相比而言 220V 较浪费而且危险,而电池耗电快容易漏电易生锈。为了解决这些问题,使设计方便,易操作,更加人性化。更为了稳定性以及高性价比。系统电源设计选择了 USB 接口来为电路板供电。本系统的电源原理如图 3.2 所示;山西大学商务学院本科毕业设计6图 3-2 电源原理图3.3 模拟门锁开关电路 本系统是模拟门锁的开关,为了方便成品的操作以及演示,所以该系统没有制作真实的门锁,而是采用模拟门锁开关,利用指示灯的开关来模拟门锁的开关。当用户使用 IC 卡刷卡或者使用备用控制系统(密码锁)来准备开启门锁时,如果 IC 卡的权限信息和密码正确是就会推动三极管导通,继电器工作继而使指示灯亮,表示门锁开启。否则指示灯不亮,表示门锁不会开启。如图 3.3 所示;激光报警器系统软硬件设计与实现7图3-3 模拟门锁开关电路图3.4 蜂鸣器报警电路本系统的报警装置由蜂鸣器和 S8550 组成,每当系统装置上有按键按下时,蜂鸣器就会“嘀嘀”的响一声。当用户输入密码错误时,显示屏显示“PASSWORD ERROR ”,蜂鸣器就会发出“嘀————————”的长鸣声。当用户连续输入密码错误*次时,显示屏显示“LOCK” ,蜂鸣器发出“嘀————————”的长鸣声。如图 3.4 所示;图 3-4 蜂鸣器报警电路图3.5RFID 模块本系统我们采用 IC 射频识别读卡器,MF RC522 是应用于 13.56MHz 非接触式通信中高集成读写卡系列芯片中的一员。有低电压、低成本、体积小的优势。是智能设备和便携带手持式设备研发中非常好的选择。如图 3.5 所示;山西大学商务学院本科毕业设计8图 3-5 读卡器电路原理图3.6 晶振本系统采用晶振电路主要是为了给单片机提供一个工作的脉冲,单片机 AT89C52 有一个用于构成内部震荡器的反相放大器,XTAL1 和 XTAL2 分别是晶振 11.0592MHZ 输入端与输出端。晶振电路的构成主要是通过并联两个电容形成一个稳定的振荡器,其使用电容的取值范围是(5pF~30pF) ,这是单片机的基本的晶振频率。从外部时钟远驱动器件的话 XTAL2 可以不接,而从 XTAL1 接入。 如图 3.6 所示;图 3-6 晶振电路原理图激光报警器系统软硬件设计与实现93.7 显示模块本系统的显示模块还需要设置时间、日期及星期所以采用 LCD1602 来实现,该方案具有低压微功耗、平板型结构、显示的信息量大、无电磁辐射、使用寿命长等优点。门禁控制系统安全性是首要的,所以在设计的显示模块中当输入密码时所显示的是“*”而不是常规数字,只有在修改密码时才会显示数字,以此来作为密码输入的安全措施。当系统插上 USB 接口通电时,系统会自动重启,屏幕亮并显示“INPUT PASSWORD”来提示用户输入所需密码,当用户没输入一个密码时,显示屏就会多一个“*”来表示所输入的数字,而且具体的个数和密码所表示的具体值与用户所按下的位置和次数有关,当按键次数超过预定的密码位数时显示屏的“*”的个数不再增加。当用户输入密码正确时,显示屏会显示“PASSWORD ”表示密码正确,指示灯亮表示门锁打开,随后显示屏显示“WELCOME”并随机显示时间、日期和星期,若用户想修改密码时按#键,显示屏显示“SET PASWORD” ,用户输入新密码时显示屏显示的是常规数字,输入完成后按“#”键确定,组后按“”键退出。当用户输入密码错误时,显示屏上会显示“PASSWORD ERROR”表示用户输入密码不正确,蜂鸣器随即发出警报,指示灯不亮,表示门锁不开。当用户输入密码连续错误*次时,显示屏会显示“LOCK” ,门禁系统会锁定*秒,系统锁定时不能进行任何操作。LCD1602显示屏的的引脚如 图 3.7 所示;图 3-7 显示电路原理图3.8 按键电路设计 山西大学商务学院本科毕业设计10本系统有备用密码锁控制系统,使用了矩阵式按键键盘,矩阵式键盘是由行线和列线组成,所以也称之为行列键盘。门禁系统的备用密码锁由用户(在特定情况下)通过输入密码来完成门控的开启与关闭。由于密码锁控制系统是备用系统,为了应对突发状况。所以本系统采用 4*4 的常规键盘按键,16 个按键完全可以满足程序所需求的设计及各项功能。 (如:用户输入密码开启门锁、用户重新修改并确定密码)本设计的备用键盘输入的引脚如图 3.8 所示;图 3-8 键盘按键输入原理图4.系统硬件的实现4.1 AT89C52 功能特性描述本系统采用了 ATMEL 公司生产的低电压,高性能 CMOS 8 位单片机 AT89C52,4.1.1 AT89C52 性能指标(1)与 Mcs-51 产品指令和引脚完全兼容。(2)8 字节可重擦写 FLASH 闪速存储器(3)1000 次擦写周期(4)全静态操作:0HZ-24MHZ(5)三级加密程序存储器(6)256X8 字节内部 RAM(7)32 个可编程 I/0 口线(8)3 个 16 位定时/计数器(9)8 个中断源(10)可编程串行 UART 通道(11)低功耗空闲和掉电模式
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