基于单片机智能门禁系统毕业设计

摘要

门禁系统采用89S52 单片机作为控制核心，外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及8位数码管显示电路等。门禁系统主要组成：由CPU、复位电路、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、读卡模块、显示模块等组成。采用射频卡完成刷卡进门，按钮出门功能。其门禁系统的工作原理：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再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。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。程序中增加了射频卡权限判断，当遇到合法卡时显示卡号，门锁打开，延时10s自动关闭，非法卡不显示卡号门锁不开。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。

关键词：门禁；电控锁；控制

Intelligent access Control System

ABSTRACT

Access control system with 89S52 microcontroller as control core, peripheral and buzzer control circuit, door led circuit, electronically controlled locking control circuits, as well as 8-bit digital display circuit. Access control system components: by the CPU, reset circuit, power indicates, work instructions, oscillating circuit, buzzer circuit, door locking circuit, go button, the card module, display module, etc. RF card to complete the credit card button go out the door. Its access control system works: when you swipe your card, buzzer, such as card access permission, display module displays the card number and relay the door open, light is lit, the delay for a period of time after the relay will lock lock again to action, led is off. When you press the go button, the relay opens the door, light is lit, the delay for a period of time after the relay will lock lock again to action, led is off. Radio frequency card program to increase the competence to judge, when faced with legitimate card display card number, door open, self-closing delay 10s, illegal card does not show card number lock does not open. The system is simple, excellent performance, has some relevance.

KEY WORDS: Access control; Electric Lock; control

目录

前言 (1)

第1章系统设计 (2)

1.1系统方案的比较 (2)

1.1.1选题论证 (2)

1.1.2方案选择 (3)

1.2 CPU的选择 (4)

1.3关于卡的选择 (4)

第2章硬件电路的设计 (5)

2.1基本原理 (5)

2.2资源分配 (5)

2.3最小系统设计 (6)

2.4各部分电路原理 (8)

2.4.1 门控锁电路 (8)

2.4.2 蜂鸣器电路 (9)

2.4.3 控制工作指示灯 (10)

2.4.4 出门按钮 (11)

2.4.5读卡模块 (12)

2.4.6显示模块 (16)

第3章设计方案的分析 (17)

3.1中断系统 (17)

3.2方案的作用 (18)

3.3方案的优越性 (19)

第4章软件设计 (20)

4.1 流程图 (21)

4.2 子程序分析 (23)

4.2.1显示程序 (23)

4.2.2延时程序 (24)

结论 (26)

谢辞 (27)

参考文献 (28)

附录 (29)

1.元件清单 (29)

2.原理图 (30)

3.程序清单 (31)

外文资料翻译 (39)

前言

门禁系统是利用计算机和自动化控制设备对各类出入口通道进行控制和管理的智能化管理系统。直观地讲，就是系统前端利用门禁控制设备（门禁控制器）和身份识别设备（如读卡器、密码键盘、指纹识别器等）对进出的人员进行身份识别，并控制门的开关状态；后台管理软件监控各个出入口（也就是各个门禁点）的人员进出情况并进行记录，同时对各种非法侵入和开门超时等异常情况进行监测，及时上传告警信息，方便管理。改变了以往如闭路监控、防盗报警等安防产品被动的安防模式，以主动控制替代了被动监视。

随着现代化经济建设和管理的发展，各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，对门禁系统的需求正发生着重大的变化，其核心是对门锁及其开启、关闭实现智能化管理。

电子门锁是近几年随着电子计算机技术，尤其是智能IC卡应用技术的提高发展起来的，随之而产生的接触式智能IC卡和密码键盘门禁系统也越来越被人们重视和使用。电子计算机作为系统管理主机，通过联接系统的各个读卡器(即开门控制器)管理门锁。智能IC卡具有存储运算功能，经初始化和授权后成为控制门锁开和关的特殊钥匙，从而便构成一个现代化的门禁系统。

由于所学的知识有限，技术不够成熟，本课题主要达成对门禁卡的识别，能初步实现对人员出入的控制和记录，其中主要要解决对射频卡的识别，对合法卡读取后打开门锁，延时后一段时间后上锁。其中还有显示，蜂鸣系统等。

我们通过所学的知识，主要结合单片机，然后加上所需的系统设置，通过课本,网络,老师和同学的帮助逐步完成。

第1章系统设计

1.1系统方案的比较

1.1.1选题论证

门禁管理系统的应用范围和目的：门禁管理系统主要应用范围包括：高级职员办公室、研发中心、实验中心、财务中心、网管中心、保安中心、电脑机房、主控制室、主设备间、人事档案管理中心、小区出入口等重要通道，并配合消防、监控、防盗等系统实施安防联动，以实现最大意义上的安全保护。

门禁系统的最基本的三要素为“3W”：When（何时）、Where（何地）、Who（何人）。即什么人在什么时间可以出入什么地点，以增强安全管理的便利性和实时性，实现对出入口进行科学、有效地管理。

感应式门禁管理系统的优越性

感应式门禁管理系统和传统机械锁匙相比具有极大的优越性：

1、使用寿命长

感应式ID卡和读卡器无需机械接触即可工作,从而避免了因机械磨损而导致的故障，大大延长了使用寿命。

2、使用方便

感应式ID卡使用非常简单，不需固定方向和位置，决不会有黑暗中找不到锁孔的烦恼。

3、安全可靠

每张卡在出厂时都写有唯一的不可更改的编号，卡和读卡器均不可复制，且防水、防磁，抗干扰。当卡片不慎丢失，不需再劳神费力换锁，只需在控制器或系统软件将卡片删除便可万无一失，确保系统的安全性和可靠性。

4、一卡多用

机械锁每门至少必须配一把钥匙，而感应式ID卡可一卡开多门，只要随身带一张卡，便可通行任意通道，再也不用带一大把沉甸甸的钥匙。

5、提升企业形象

感应式ID卡可印刷个性化图案，图案清晰且不易变色和脱色，方便应用和管理。对内可激励员工，对外可提升企业形象，从而有助于降低管理成本，提高工作效率和经济效益。

设备组成

1、控制器：系统的大脑，系统的所有动作都是由它发出控制命令。

2、读卡器：系统的输入设备，有感应式和密码加感应式两种。

3、系统软件：通过软件我们使控制器按照我们的要求来控制整个系统。

4、电锁：对门的开关控制都是由它完成。

5、电源：采用+12VDC直流电，要求在断电情况下能连续工作8个小时以上。

6、出门按钮：如果出口不安装读卡器，则必须安装出门按钮，以保证人员的顺利出入。

7、感应卡：人员进入管制通道的凭证。

8、门磁：检测门的状态，当遇到强行开门或开门超时的情况时向控制器发出报警信号

最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长.

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个热门课题。

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。

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痪；

3)有问题影响面大。

不联网型门禁系统的优点：单台刷卡机就能工作，不用布线，操作简单方

便。

缺点：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。

1.2 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。

1.3关于卡的选择

目前市面上的卡有很多种类：条码、磁卡、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卡既射频卡可靠性高：非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。此外，非接触式卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片的使用可靠性。操作方便，快速：由于非接触通讯，读写器在10cm范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写，即可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。加密性能好：非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，时IC卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。

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。

第2章 硬件电路的设计

2.1基本原理

门禁系统主要组成框图如2-1

图2-1 门禁系统主要组成

门禁系统主要组成：由CPU 、复位电路、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、读卡模块、显示模块组成。如图2-1

门禁系统的工作原理：

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再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭。

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。

当非法卡刷卡时，没有任何动作。

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 AT89S52

显示 音响及显示

门控 门锁

出门按钮 读卡 读卡线圈

2．内存分配,如下表2-1

表2-1 内存分配

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0 显示音响锁显示灯门态出门读卡

0响0开0不亮0有效

1不响1不开1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 = 253

TH1= 0FDH TL1= 0FDH

2.3最小系统设计

门禁系统数控部分采用89S52 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4KB 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。

89S52 单片机外部有32个端口可供用户使用，其功能如下表2-2