智能门禁系统详细设计.docx

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1、智能门禁系统详细设计本科生科技创新活动设计 智能门禁系统 摘 要：智能门禁系统采用凌阳十六位单片机作为系统控制核心，利用其强大的语音识别功能，不仅实现了语音播放功能，完成了语音提示的要求，而且实现了语音控制门禁系统；利用其内置的Flash闪存，实现了密码的断电保护。除此而外，在键盘输入方面，强大的功能选择键满足了系统的要求；16*2液晶显示器的选择使操作要求清晰明了。此套智能门禁系统强烈体现了其人性化的一面。 关键词：智能门禁系统、语音识别、凌阳十六位单片机。 引言 家用防盗门早已经进入到千家万户，但防盗门的操作麻烦给用户带来了许多不便，当今市场迫切需要一种既安全又方便的门禁系统，鉴于此，我们

2、的“智能门禁系统”带语音识别、液晶显示功能的电子密码锁便应运而生。 为了向大家介绍此智能门禁系统，我们将从以下几个方面介绍： 1、系统的制作意义。 2、系统的制作早期构想及其实现方案简介。 3、系统功能最终实现及演示。 4、系统硬件部分原理介绍。 5、系统软件部分设计实现。 6、对系统的自我评价。 7、制作心得和体会。 8、参考文献。 9、附录：凌阳单片机最小系统。 10、 附录：凌阳单片机下电子密码锁程序实现。 11、 附录：器件列表。 1 智能门禁系统 1系统的制作意义 现在人们生活水平提高了，安全防范，是人们考虑的首要问题。而锁是解决安全问题的重要产品。目前市场上的电子锁产品功能不全，性

3、能和安全性不高，且造价高。低质量的电子锁，给用户的财产安全造成很大威胁，同时，由于功能的不健全，给用户的使用带来了一定麻烦。故我们试图研制一种智能化、多功能、更人性化的门禁系统。 我们研制的带语音识别功能电子控制密码锁，不仅给用户带来了安全的保障，方便的享受，而且此电子锁的语音识别功能更加体现了他人性化的一面，此种类型的电子密码锁将成为未来社会的供求亮点。 2系统的制作早期构想及其实现方案简介 1早期构想 预期实现功能如下： 、键盘简化及编码方式的改进； 键盘简化及编码方式的改进：普通数字键密码锁虽然有使用简单的特点，但是键盘暴露在外，易受破坏，或者保密性不高；此外，键盘数量的简化又同时增加了

4、使用的难度，用户使用不方便。大家可能见到过一些进口的温控制器的面板设计为：温度测量只用4位LED数码管显示，输入设定值显示也用4位LED。综合以上因素考虑，我们采取四按键的形式，输入键分为加、减、左、右移动键，按下加法键确定一位密码的值，然后使用左右移动键移向下一位密码，再一次使用加、减键确定此位密码的值。 、语音识别系统控制；语音识别功能,语音控制门禁开关。 、语音提示功能； 、自动实现报警；当门禁系统输入密码错误过多时，自动报警 、断电密码保护；出现断电、多次错误密码输入时的处理 、限时开门系统； 、液晶显示功能； 在初期设计电路时，我们计划采取51单片机作为我们的控制核心，然而，语音识别

5、功能、语音提示功能、密码断电保护功能需要我们外扩集成芯片才能满1 本科生科技创新活动设计 足系统要求。其功能实现原理方框图如下： 在此种条件下我们用51单片机做出了一个简单的系统，基本实现了电子密码锁的键盘输入和液晶显示功能。具体电路图如下： 1 智能门禁系统 其软件编程实现程序见附录： 其实现功能如下： 1、设置密码，断电不保护； 2、输入密码，与系统原有密码或者设置新密码比较； 3、液晶显示功能； 4、报警功能； 显然，这个“最小系统”的制作无法满足我们预期的功能实现，如果采用外扩集成芯片的做法，不仅从技术上，还是从经济方面考虑都不是一个明智的选择。鉴于此，我们采用凌阳单片机作为我们的控制

6、电路核心，凌阳十六位单片机不仅内置32kFlash，而且集成了语音识别模块，从根本上，凌阳单片机满足了系统的基本要求，具体功能实现以及电路设计在以下详细介绍。 3系统功能最终实现及演示 此系统现阶段包括以下几个模块： 1）、键盘输入密码 此系统采用4*4按键输入模式，密码初始设置为4位，。 各个按键功能的定义如下： 1、09数字健指定为密码设置健 2、A确认健 3、B取消键 4、C开启语音功能键 5、D关闭语音功能键 6、E修改密码键 7、F更改语音控制口令 2）、语音控制输入 进入语音控制功能后，先进行语音控制训练操作，训练成功后，方可进行语音控制，并且时时可以关闭语音功能。 1 本科生科技

7、创新活动设计 此外，语音口令还可以时时修改，再次进行语音控制训练操作即可。 3）、密码修改操作 此系统的密码设置存在Flash中，断电不丢失，密码修改后，系统原密码作废，新的密码生效，并存入Flash中。 4）、语音提示操作 对应于每一种操作，系统均给予一定的语音提示。如：“请输入密码”、“密码错误”等。 5）、液晶显示功能 对应于每一种操作，系统均给予一定的显示提示，方便操作。 6）、液晶背光功能实现 为了实现液晶背光功能，我们设计了一下三种电路：超声波探测电路、光敏传感电路、按键触发电路，在光线好的情况下，液晶不背光显示，光线差时，有按键或探测到有人接近时背光显示。 7）、系统执行机构 系

8、统执行机构我单片机I/O口输出控制的继电器。 8）、报警蜂鸣器 9）、电源信号指示灯 10）、控制信号指示灯 4系统硬件部分原理介绍 此系统硬件部分电路核心部分为凌阳单片机及其外围电路，外围电路有：键盘输入、液晶显示、执行机构电路，此外，为了实现液晶显示器的背光功能，我们采用了超声波探测电路、光敏传感电路、输出延时电路等。电路总体设计模块方框图如下： 5V电源部分 15V、执行、 报警机构 1 键盘输入电路 液晶显示 提示功能的实现 语音输入电路 凌阳十六位单片机控制语音输出 超声波探测电路、光敏传感电路、输出延时电路、键盘按键检测。 控制液晶显示背光功智能门禁系统 为了详细介绍我们的电路功能

9、模块，我们将在下面分块介绍本系统的各个功能模块： 1、电源部分： 2、电源信号灯： 3、凌阳十六位单片机控制电路：见附录 4、被控制的继电器： 5、控制信号灯： 6、蜂鸣器： 7、键盘输入部分： 8、液晶显示部分： 9、背光功能控制模块 基本方框图如下： 1 本科生科技创新活动设计 1）、超声波探测发射部分： 2）、超声波探测接收放大电路： 3）、光敏传感检测电路： 1 智能门禁系统 4）、输入信号延迟电路： 5系统软件部分设计实现 1、软件设计操作平台简介： nSP IDE工作界面如下： 1 本科生科技创新活动设计 2、此系统功能复杂，但软件设计较为简单，程序功能实现简介图如下： 数字键 输

10、入四位数 字则为密码，否则跳 到功能键上 开始 系统初始化 键盘扫描 A B C D E F 检验密码正确与否 设置新的密码 开启语音功能 关闭语音功能 更改语音口令 取消 1 智能门禁系统 按照液晶显示提示进行操作，输入四位密码后按确认键。 返回 密码正确执行相应操作；密码错误超过三次报警 对操作程序的解释以及要求： 1、直接输入密码开门； 输入四位密码后按确认键，比较密码，密码正确表开启门禁系统，并有“门已经打开，请进”的提示余音。 2、设置新的密码； 按下B键后，输入原密码，确认后输入新的密码，确认后再次输入新的密码，检验正确后，密码修改成功，原密码作废。 3、开启语音功能； 按下C键，

11、输入密码确认后，进入语音识别模式。如果是第一次进入语音识别模式，需要进行语音识别训练，训练两遍正确后，完成训练操作，此时语音识别功能实时监测。在语音识别实时监测的同时，我们的键盘扫描并没有停止，也就是说我们的键盘输入等级高于语音识别模式，在任何情况下键盘输入都是有效的。 4、关闭语音识别功能； 按下D键，不需要输入密码即可关闭语音识别功能，要想开启此项功能，必须按下C键开启语音识别功能。 5、更改语音口令； 按下E键，进入语音识别口令修改模块，输入密码确认后，进入语音口令修改训练模块，根据语音提示以及液晶显示很方便的就可以成功更改语音口令。 1 本科生科技创新活动设计 6、取消键； 按下F键，

12、即可取消所有操作，回到系统初始化后的界面。 主程序见附录： 6对系统的自我评价 在总体上，我们对这个系统的设计还是比较满意的，但是，虽然我们对这个项目投入了大量的时间和精力，由于知识有限，我们在很多方面有很多的不足之处。 以下我将从硬件和软件两个方面来阐述这个系统的各个部分： 硬件部分： 1我们认为，我们做得比较成功的地方就是通过超声波探测、光敏传感以及延时电路的组成实现了液晶显示器的背光功能 2此外，我们的液晶显示和键盘电路十分简洁。 3遗憾的是，超声波探测精度不高，准确性有待改进。 软件部分： 1一提的是，在整个系统设计过程中，语音控制和语音输出提示一直是我 们软件设计的重点，同时也是我们

13、的亮点，体现了我们设计系统人性化的一面。 2键盘扫描和液晶驱动工程中，我们详尽地应用了科学的软件设计思想， 使程序简洁，有效。 3此外，我们的主程序设计，结构鲜明，条理清晰。 4但是，美中不足的是，我们在开启语音功能时，系统时钟不断变化，所以造成键盘扫描的不成熟，此处有待改进。 7系统设计过程中的实践体验 通过对该系统的设计，我们不仅收获颇丰，而且体会也颇深。 1过这次设计，我们深深体会到，理论指导着实践，但实践才是最终的目 标。我们在设计过程中，往往遇到这样的情况，设计的电路从理论上毫无差错，但实现起来却是困难重重。只有在不断的摸索中才能找到界却问题的方法。 2们深深体会到团体合作，在项目制

14、作过程中十分重要，好的合作精神需 要我们时时刻刻牢记在心。 1 智能门禁系统 3在任何时候，科技离不开创新，在设计项目的同时，我们需要抛弃成见，标新立异，敢于实现。在这一点上，我认为我们做得比较成功。在设计系统初始，我们采用51系列单片机，而语音功能却只能外扩专用芯片，实现起来比较困难，最后我们大胆采用凌阳单片机一举解决语音控制问题。 制作过程中，齐明老师在技术上给予极大的帮助和支持。在此，感谢齐明老师对我们电子制作的指导！ 总之，这次活动给我们带来了无穷的收获和乐趣，感谢学校和老师给我们提供了一个锻炼的大舞台。 8参考文献 凌阳十六位单片机应用教程 MCS-51 单片机应用设计 元器件手册

15、9附录 附录：凌阳单片机最小系统： 附录：凌阳单片机下电子锁程序实现： 1 本科生科技创新活动设计 #include bsrsd.h #define HaveKey 1 #define NoKey 0 #define NAME_ID #define RSP_AGAIN 0x100 1 2 3 4 #define RSP_NOVOICE #define RSP_NAMEDIFF #define RSP_CMDDIFF #define RSP_STAR 5 #define RSP_NOISY /宏定义 #define HaveKey 1 #define NoKey 0 6 /.全程变量. exte

16、rn void ClearWatchDog; int PlayFlag = 0; unsigned int Key_Value; unsigned int KeyDownTimes; /保存按键次数 /按键标识 /*/ /函数声明 void Clear_Password; unsigned int F_Affirm_New_Password; unsigned int F_Affirm_Password; void Save_New_Pwd_To_Flash; void LCD_SHOW(char Sentence); void PlayRespond(int Result); int Tra

17、inWord(int WordID, int RespondID); /全局变量定义 1 智能门禁系统 extern Pwd_Init1; unsigned int Password4; unsigned int Password_Temp4; unsigned int Key_Flag=0; unsigned int Key_Num=0; unsigned int Trained=0; /*/ main int res, timeCnt = 0, random_no = 0,Error_No=0,NoKey_Times=10; int i; int Pass=0; /*/ 中 /*/ /变量

18、定义 unsigned State=1,Voice_State=0; /这个变量用于判断目前除在哪中输入状态 /1：普通开门状态 2：更改密码，输入原密码状态 3：更改密/4：更改密码，第二次输入新密码状态 5：进入语音系统时输/ 输入密码验证 码，第一次输入新密码状态 入密码状态 6:进入语音系统重新训练 Protect_Clock; InitIO;/键盘 KeyDownTimes = 0; Key_Flag = NoKey; ClearWatchDog; 1 本科生科技创新活动设计 BSR_DeleteSDGroup(0); LCD_INIT; INIT_GONGNENG; Clear_P

19、assword; LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; / 初始化存储器RAM LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); if(F_FlashRead(Pwd_Init) ClearWatchDog; Protect_Clock; InitIO;/键盘 if(Voice_State) else while(Key_Flag = HaveKey) /有按键按下 1 F_FlashErase(0xfe00); for(i = 0;i4;i+) F_FlashWrite1Word(0xfe00+i,i); F_FlashWrite1Word(Pwd_Init,0

20、); while(1) Protect_Clock_fast; Protect_Clock; F_Key_Scan; 智能门禁系统 Key_Value=F_Get_Key ; if(Voice_State=0) while(NoKey_Times!=0) NoKey_Times=10; LCD_LIGHT_OPEN; /打开背光功能 F_Key_Scan; if(Key_Flag=NoKey) NoKey_Times-; else NoKey_Times=10; Key_Flag = NoKey; switch(Key_Value) /判断键值 /09表示输入的是密码，将等待下一个键的输入 c

21、ase 0: case 1: case 2: case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: case 8: if(Key_Num = 0) if(Key_Num 4) Key_Num +; LCD_ADD(*); DELAY; break; if(Key_Num = 4) LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Please Again!); SET_Address2; LCD_SHOW(Input new PWD:); 1 case 10:/6:进入语音系统重新训练输入密码验证 LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Train the voice!); S

22、ET_Address2; LCD_SHOW(Check you ID:); PlayRespond(6); Protect_Clock; State=6; Key_Num =0; break; /输入新密码时的两个状态处理方式有所不同 /语音提示*请输入密码-(6)！ case 11:/确认键 if(State = 3) 智能门禁系统 PlayRespond(8); Protect_Clock; /语音提示*“请 再次输入新密码-(7)“！ for(i = 0;i4;i+) /*把这个密码存到临时变量 Pass=0; Key_Num =0; State = 4; break; Password

23、_Tempi=Passwordi; Password_Temp中*/ else 1 LCD_CLEAR; LCD_SHOW(4 bit PSW!); SET_Address2; LCD_SHOW(Please Again!); PlayRespond(7); Protect_Clock; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); Key_Num =0; State = 1; break; /语音提示*“密码错误-(3)”！ 本科生科技创新活动设计 else if(State = 4) Pass=0

24、; Pass = F_Affirm_New_Password; /第二遍输入密码时的验证 *“主人您好，门已经开了 else Pass=0; Pass = F_Affirm_Password; /验证密码 if(Pass = 1) /密码正确 /判断目前状态，确定这个正确的密码是用来干吗的 Pass = 0; Error_No=0; LCD_LIGHT_OFF; switch(State) case 1: DOOR_OPEN;/*开门*/ LIGHT_OPEN; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(DOOR OPENED); PlayRespond(12); /语音提示(！ Protect

25、_Clock; SET_Address2; LCD_SHOW(Best Wishes!); DOOR_OFF; LIGHT_OFF; LCD_CLEAR; 1 智能门禁系统 LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); Key_Num=0; State = 1; break; case 2: LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Password right!); SET_Address2; LCD_SHOW(New password:); PlayRespond(8); Protect_Clock; State = 3

26、; break; Save_New_Pwd_To_Flash; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Successfully!); SET_Address2; LCD_SHOW(Remenber The New); PlayRespond(9); Protect_Clock; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); 1 /语音提示*请输入新密码！ case 4: / 保存新密码 /语音提示*密码修改成功，要记住哦！ 本科生科技创新活动设计 State = 1; break; if(Train

27、ed) else LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Voice on); SET_Address2; LCD_SHOW(Remember it!); PlayRespond(13); Protect_Clock; 1 case 5: Voice_State=1; while(TrainWord(NAME_ID,0) != 0) ; BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); Protect_Clock; /辨识器初始化 /*保护时钟* BSR_EnableCPUIndicator; /启动实时监控 PlayRespond(RSP_STAR); Protect_Clock;

28、Trained = 1; Voice_State=1; /*播放开始辨识的提示音 /*保护时钟* /语音提示*语音功能已经开启！ 智能门禁系统 LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); State=1; break; Trained=0; if(Trained) else LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Voice Trained!); SET_Address2; LCD_SHOW(Remember it!); 1 case 6:/重新输入开始语音训练 Voice_State=1; BSR

29、_DeleteSDGroup(0); / 初始化存储器RAM while(TrainWord(NAME_ID,0) != 0) ; BSR_InitRecognizer(BSR_MIC); /辨识器初始化 BSR_EnableCPUIndicator; PlayRespond(RSP_STAR); Protect_Clock; Trained = 1; Voice_State=1; /启动实时监控 /播放开始辨识的提示音 本科生科技创新活动设计 PlayRespond(9); Protect_Clock; InitIO;/键盘 /语音提示*语音密码修改成功！ KeyDownTimes = 0;

30、 Key_Flag = NoKey; /BSR_DeleteSDGroup(0); LCD_INIT; INIT_GONGNENG; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); State=1; break; / 初始化存储器RAM default: break; /Switch(State) Clear_Password; Key_Num=0; break; Error_No+; if(Error_No 0) /识别出命令 switch(res) case NAME_ID: /触发命令响应 DOO

31、R_OPEN;/*开门*/ LIGHT_OPEN; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(DOOR OPENED); PlayRespond(12); *“主人您好，门已经开了！ Protect_Clock; SET_Address2; LCD_SHOW(Best Wishes!); DOOR_OFF; LIGHT_OFF; LCD_CLEAR; LCD_SHOW(Welcome!); SET_Address2; LCD_SHOW(A?B?C?D?E?F?.); Key_Num=0;/*? State = 1;/*? break; /if(Voice_state=1) /while(1) /

32、main 1 /语音提示 智能门禁系统 / void Clear_Password int i; for(i = 0;i4;i+) Passwordi = 0; Password_Tempi = 0; Key_Num = 0; / unsigned int F_Affirm_New_Password int i; for(i=0;i4;i+) if(Passwordi!=Password_Tempi) return 0; return 1; / unsigned int F_Affirm_Password int i; unsigned temp; for(i=0;i4;i+) temp = F_FlashRead(0xfe00 + i); 1 /确定返回值是r1 本科生科技创新活动设计 if( Passwordi != temp) return 0; return 1; / void Save_New_Pwd_To_Flash /