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1、基于单片机的智能小区门禁系统设计基于单片机的智能小区门禁系统设计 学生姓名： 学生学号： 院 ： 电气信息工程学院 年级专业： 电子信息工程 指导教师： 助理指导教师： 二一五年五月 摘 要 摘 要 随着国民经济的发展和经济全球化进程的加快，人们对于高科技服务于生活的要求也越来越高，中国安防产业也取得迅速发展，安防行业领域不断扩大；然而，人们感受着高科技给他们带来的极大便利和在财富不断增长的同时，也带来了许多不安全因素，仅仅依靠单一的物理防范远远不够的。于是智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术集合，它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、生物统计
2、学等诸多新技术领域。 而智能小区中，作为从进入小区开始的第一道关小区门禁系统，是其中一个关键。所以此次，我便是基于单片机设计和制作了一个简单的智能小区门禁系统。再采用RC522读卡器模块，射频卡，还有一些基本元件做硬件。软件部分用C语言，还有仿真软件结合完成。 该门禁系统由门禁控制电路，门禁卡，刷卡感应部分，报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分组成。我设计的门禁系统能够实现刷卡进门功能，管理者对该片区的卡还能进行注册和注销的管理，如果有意外发生使系统崩溃，还能及时恢复。 关键词：门禁系统，单片机，IC卡 I ABSTRACT ABSTRACT With the development of
3、 the national economy and the accelerating process of economic globalization , people for high-tech service life requirements are also getting higher and higher . China security industry has developed rapidly , expanding the field of security industry . However , people feel the high-tech give them
4、great convenience and wealth is growing at the same time , also has brought many unsafe factors . So only rely on is not enough to prevent physical single . The intelligent entrance guard system appears in time and again .The intelligent entrance guard system is a set of high-tech technology one kin
5、d of comprehensive multidisciplinary , it involves a lot of new technology in the field of electronic , mechanical , optical , computer technology , communication technology , biological statistics , etc . Intelligent residential area , residential entrance guard system is entered from the district
6、started the first road , is one of the key .So this time , I designed and built a simple intelligent access control system based on single-chip . Then the RC522 card reader module , RF card , and some basic elements as the hardware . Software part using C programming language , there is completed ba
7、sed on simulation software . The system is composed of access control card , card reader , the access controller , alarm circuit , liquid crystal display circuit , cancellation and registration . The access control system I designed can open the door when swing card . The management of registration
8、and cancellation of the area but also management . If the system fails when an accident happened , it can recover immediately . Key words：Access Control System，SCM，IC card II 目 录 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1 门禁系统及研究意义. 1 1.2 国内外研究现状和发展趋势. 2 2 方案论证和研究内容. 3 2.1 门禁卡的选择. 3 2.2 单片机控制芯片. 3 2.3 蜂
9、鸣器问题. 4 2.4 本课题研究内容. 4 2.5 本课题设计要求. 5 3 系统硬件设计 . 6 3.1 门禁系统的组成. 6 3.2 门禁系统的工作原理. 7 3.3 门禁系统的设计思路. 8 3.4 门禁控制器电路与显示电路. 9 3.4.1 原理图 . 9 3.4.2 STC89C58单片机 . 9 3.4.3 LCD1602液晶显示屏 . 11 3.5 报警控制电路. 12 3.5.1 原理图 . 12 3.5.2 工作原理 . 12 3.5.3 功能说明 . 13 3.6 继电器电路. 13 3.6.1 原理图 . 13 3.6.2 工作原理 . 13 3.7 刷卡模块供电电路.
10、 14 3.7.1 原理图 . 14 3.7.2 工作原理 . 14 3.8 USB供电电路与复位电路 . 15 3.8.1 原理图 . 15 3.8.2 工作原理 . 15 3.9 注销注册电路. 16 3.9.1 原理图 . 16 3.9.2 操作说明 . 16 3.10 RC522模块 . 16 3.11 硬件设计注意事项. 17 4 系统软件设计 . 18 4.1 软件设计流程图. 18 III 目 录 4.2 程序设计 . 20 4.2.1 管理部分程序 . 20 4.2.2 液晶显示部分程序 . 20 4.2.3 读卡器程序 . 21 5 电路仿真 . 22 5.1 Keil软件
11、. 22 5.1.1 Keil软件的介绍 . 22 5.1.2 Keil软件的使用 . 22 5.2 Proteus软件 . 24 5.2.1 Proteus软件的介绍 . 24 5.2.2 Proteus软件的使用 . 25 5.3 系统仿真结果. 25 6 PCB设计 . 26 6.1 PCB设计软件 . 26 6.1.1 PCB原理图设计 . 26 6.1.2 PCB板设计方法 . 27 6.2 PCB的EMC设计 . 27 6.2.1 元器件布局的基本原则 . 27 6.2.2 布线设计原则 . 28 7 组装与调试 . 30 7.1 系统组装 . 30 7.2 硬件调试 . 30 7
12、.3 软件调试 . 31 7.4 软硬件联合调试. 31 7.5 调试结果 . 32 结论 . 33 参考文献 . 34 附录A：程序 . 35 附录B：原理图 . 44 附录C：元件清单 . 45 附录D：实物操作图 . 46 致谢 . 49 IV 1 绪论 门禁系统作为出入口控制系统，是一种新型的现代化安全管理系统。它的作用在于管理人群是否可以进出重要管制区域，限制没有经过允许的人进入，为所需保护的对象提供安全有效的保障，在必要时还要做到查询相关出入记录。在财富不断增长的今天，人们对安全问题的关注促使社会对安防产品的需求日益增长。小区的门禁系统就是保障住户人身财产安全的目前常见的办法。 1
13、.1 门禁系统及研究意义 在这个科学飞速发展，技术日新月异的信息时代。我们可以感受到信息时代带给我们的方便和好处，与此同时高科技服务着我们的生活。不过，我们周围的不安全因素也变得不同，高科技犯罪与日俱增，仅仅依靠以前的普通门锁、防盗门或监控是不够了。由此智能小区门禁系统应运而生。 小区门禁系统是目前安全防范系统中常见的措施，能够对智能住宅的重要通道进行管理，保障住户的人身及财产安全，减少或防止非法行为的发生。这个系统还可以对住户以及访客的出入情况进行常规统计管理，并记录档案为突发事件提供相关资料，以便以后的查阅。该系统为住户和访客提供了便捷有效的出入方式，方便人与人之间的交往，实现了社会的融洽
14、相处。 门禁系统是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的门锁只是单纯的契合性机械装置，无论它的结构如何复杂坚固，只要配到了钥匙就能轻易打开。所以随着电子技术的发展，出现了电子密码锁、电子磁卡锁等电子门禁系统，大大提高了人们对出入口的管理程度。之后，电子芯片的高度集成化和生物识别技术开始发展，出现了智能门禁系统。门禁系统发展完善是现代科技与人类文明相结合并逐步完善的过程。而门禁系统以其优良的性能和方便、安全的操作为人类社会生产力的发展做出了重要的贡献。 1 目 录 1.2 国内外研究现状和发展趋势 门禁系统被引进国内已有十多年的历史了，从最初的独立型、密码型或是刷卡型，发展到现在感应读卡以及联网型
15、。如今在小区中应用的还是密码门禁和刷卡门禁。密码门禁成本低，而且使用方便，但是安全系数较低，只适合应用于对安全需求不高的场所。随着技术的进步和人们对于安全的需求不断提高，密码门禁逐渐被刷卡门禁代替。IC卡门禁具有逻辑加密功能，不易被破解，安全系数较高，现在已被普遍应用在小区门禁中。 进入到XX年代中期由于非接触式读写技术、IC卡技术及通讯技术的不断发展，真正意义上的门禁系统在企业管理中发挥作用变为了现实。非接触式IC卡，使世界上近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术结合起来，解决了无源(卡中无电池)和免接触这一难题，是卡应用领域的一大突破。随着国内金卡工程各类项目的深入开展，IC卡
16、技术在社会经济生活的大部分领域得到了应用。国内经过近几年的市场准备，以及系统集成技术的不断完善, 非接触式IC卡已经得到了行业人士以及相当一部分用户的认同。非接触式IC卡应用快捷、灵活，易于保管，可靠性高的众多方面赢得了国内人士的信心，可以预测，在不远的将来，非接触式IC卡会在更大范围的加以推广应用。 目前国内外的门禁系统的技术发展很快，更新换代的速度也很迅猛。 从系统架构上看，有RS485架构，RS485+IP网络混合架构和全IP网架构，三网并存。其中RS485架构最为普及，发展较快的却是全IP网架构，但是用户还是较为钟情于RS485+IP网络混合架构。读卡技术也是发展很快，近年CPU卡将逐
17、步取代IC卡，不过普及还需要些时间。而新兴的生物识别技术将会受到用户的青睐，特别是指纹，掌型以及面相的识别。目前，被越来越多的人所推崇的“一卡通”，因为都是基于感应卡或生物特征的身份识别，所以门禁系统有很大的趋势会向其发展。现在因为“一卡，一库，一平台”的前景，还有与网络的联合给门禁系统的应用和维护带来很大的方便，这一趋势正逐渐被市场所接受。 现在生物识别门禁系统是新兴的一种门禁系统。生物识别技术是通过各种生物特征采集传感器和生物统计学原理等手段密切结合，利用人体固有的生理特征和行为特征来进行个人身份认证技术。利用生物识别具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地地可用的
18、特点。目前指纹识别门禁系统应用最为广泛。 2 2 方案论证和研究内容 本次设计的门禁系统由门禁控制器，刷卡感应部分，报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分和门禁卡2张组成。设计需要实现刷卡进门，蜂鸣器报警，用户卡注册注销，一键复位的功能。在实现这些要求和功能的过程中，实现这些功能的方式有很多种，不过要选择其中更好更划算更耐用的方案，才能使整个系统更加完美。 2.1 门禁卡的选择 在选择门禁卡的时候，面临着两种选择：方案一是使用接触式IC卡，方案二是使用非接触式IC卡。 顾名思义，接触式IC卡需要与卡槽等读卡设备接触才可读写数据，而且接触式IC卡芯片封装在PVC料卡片中，芯片外露，所以抗干扰能
19、力差，容易损坏，且易被复制。这些缺点对于门禁系统来说都是致命的，抗干扰能力差和易损坏可能导致小区居民无法进入小区，已被复制又给了坏人可乘之机。 而非接触式IC卡芯片封装在PVC料中，通过卡中芯片无线电波可远距离与读卡设备进行感应即可读取数据。IC卡只要距离读卡器一定距离内，读卡器就可以读取卡内数据。虽然刷卡距离随着补偿电容的改变而改变，不过最大的刷卡距离有5至12CM。 相比来说，非接触式IC卡保密性好，安全性能高，储存量大，传递速度快，同时便于携带并且抗干扰能力强。所以在这两种方案中，选择方案二，使用非接触式IC卡。 2.2 单片机控制芯片 智能小区的门禁系统的核心部分便是单片机，不过目前市
20、面上常见的两种单片机控制芯片是AT89S52和STC89C58，所以问题是到底用哪一种。方案一是使用AT89S52，方案二是使用STC89C58。 3 目 录 AT89S52芯片它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。易失性存储与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有8 位CPU 和在系统 可编程Flash，拥有256字节的数据储存空间。 STC89C58芯片内部集成有8K字节Flash程序存贮器，系统完全采用SPI通信，其接口管脚少、连线简单。而且与传统51单片机不同的是，STC89C58可以用串口下载程序。同时STC89C58是
21、低电压、加密性强，高性能的CMOS 8位单片机，拥有512字节的数据存储空间。 AT系列的需要下载器才能写程序，而STC系列的用串口线就可以下载进去了。而且STC可以在线编程很方便。AT系列的是没有ISP端口的，而STC已经集成了这个端口。 这样一番比较下来STC89C58比AT89S52使用起来更方便且性能也略高一筹，所以选择方案二使用STC89C58单片机控制芯片。 2.3 蜂鸣器问题 门禁系统中蜂鸣器有着很多作用，但是蜂鸣器容易出现不响或者不停地响的问题。所以为了预防这种情况的发生，我给蜂鸣器连上一个三极管，用来驱动蜂鸣器，同时也能保护蜂鸣器。 三极管有放大电流的作用。以共发射极接法为例
22、，当基极电压有一个微小的变化时，基极电流也会随之有小的变化，受基极电流的控制，集电极电流会有一个很大的变化，基极电流越大，集电极电流也越大。反之，基极电流越小，集电极电流也越小。但集电极电流的变化比基极电流的变化大很多，这就是三极管的放大作用。 2.4 本课题研究内容 这次我的设计是基于单片机的智能小区门禁系统，是小区的第一道关。本次设计是以单片机为控制核心，利用IC卡感应，识别用户，判断该用户所持的卡是否为已有的用户卡，判断该用户是否安全，判断该用户能否进入小区，从而做到小区的第一道筛选。从而保护小区中的居民的人身与财产安全，同时维持小区居民生活环境的和谐。 本次设计的智能小区门禁系统由刷卡感应部分，门禁控制电路， 4
