基于单片机控制的门禁系统设计 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。采用射频卡完成刷卡进门，按钮出门功能。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 一、系统设计 1. 系统方案的比较 （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等多种控制功能。 （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：结构图如图示 刷卡机N计算机管理机刷卡机刷卡机 刷卡机N 计算机 管理机 刷卡机 刷卡机 联网型门禁系统的优点： 实时联网 刷卡后立即把数据传输到主机上； 便于查询并能生成报表； 缺点： 计算机要求24小时开机； 计算机或管理机万一有故障系统瘫痪； 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。 （3）射频卡的选择 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，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，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。 二、硬件电路的设计 1.基本原理 图1-1 结构组成框图 （1）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1-1 （2）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.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）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 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。 在89S52 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8位数码管显示电路等，构成了门禁系统的控制电路，如图1-2所示。 图1-2 门禁系统原理图 4.各部分电路原理 （1）门控锁电路： 门控锁电路如图1-3 以Q16的基极作为门控信号的输入端与P1.3口相连，此电路由12V继电器、限流二极管、5.1K偏置电阻以及9014与8050两个三级管复合成的驱动电路组成。在这里用到复合管的优点：是为了用低电平控制，考虑到由于AT89S52的I/O口输出高电平时的驱动能力可能会不足，所以本电路采用复合三级管就可以避免驱动能力不足的情况发生。 工作原理： 当P1.3口输出高电平时Q16导通，Q6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P1.3口输出低电平时Q16截止，Q6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。 图1-3 控制锁电路 （2）蜂鸣器电路： 电路组成如图1-4： 以Q1的基极作为蜂鸣器控制信号的输入端与P1.2口相连，主要由蜂鸣器、9013与9014两个三极管及5.1K偏置电阻组成。 工作原理： 当 P1.2输出高电平时，Q1导通，Q2截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。 当 P1.2输出高电平时，Q1截止，Q2导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。 图1-4 蜂鸣器电路 （3）控制工作指示灯： 电路组成如图1-5： 以Q5的基极与P1.5口相连，由三极管9013、发光二极管、限流电阻组成。 工作原理： 当P1.5口输出高电平时，Q5导通，发光二极管点亮。 当P1.5口输出低电平时，Q5截止，发光二极管熄灭。 图1-5 工作指示灯电路 （4）出门按钮： 当按下时，给P1.7口输入低电平。 图1-6 出门开关电路 读卡模块 （1）优缺点 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，二次开发容易，安装简单 ② 资料读取稳定性高 ③ 系统安全性高，RFID资料不重复且难以复制 ④ 可选择数据输出格式 缺点： 电脑必须24小时开机，便于数据传送。 （2）硬件/软件功能： 125KHz感应式读卡机系统图示如下： 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，为防止感应电磁场干扰，请勿将金属板置于感应线圈前后。 软件功能模组：1、Manchester码解码2、组织输出格式3、相应输入控制信号4、控制信号输入5、卡片数据输出 感应线 读卡器示意图 （3）硬件/软件规则： ① 读卡模块硬件结构 RF电路为125KHz解码比较电路，当EM格式卡片进入电磁场范围，引起感应电压振幅变化（amplitude modulation）时，用以解码。 内部微控制器依据Manchester码的规则将这些方波信号转成16进制码。 ② 读卡模块软件功能组成 a. 卡片进入感应范围，触发读卡模块进入读卡状态。 读卡模块读入资料整理成输出格式。 读卡模块将读入资料整理成输出格式 读卡模块将数据按RS232和Wiegand26格式输出。 ③ 读卡模块资料输入/输出引脚 Number Name I/O Description 1 DC 5V 输入 +5V直流输入 2 ANT 输入 线 GND 输入 接地 5 NC 空引脚 6 ENLED 输入 指示灯控制线 ENBEEP 输入 蜂鸣器控制线 OK_SD 输出 Wiegand 26数据输出指示 9 BZ 输出 蜂鸣器信号线 输出 Wiegand 26数据DATAO输出 11 D1 输出 Wiegand 26数据DATA1输出 12 LED 输出 指示灯信号输出 13 TXD 输出 RS232数据输出 ④ 读卡模块输出规格： A. RS232 串行口规格 传输率9600BPS。 起始位元：0。 数据位元：8 bits。 同位元检查：无。 停止位元：1。 流量控制：硬件控制 RS232数据由内部控制器产生，内部控制器将 40 bits 数据 （注：内码总计64 bits 其中 9 bits 作为数据头，15 bits 作为校验位，40bits为卡号数据）转换为10 位 ASCII 码 B. 外观尺寸图 轮廓尺寸: 56.6 mm× 37.2 mm (不包括引脚长度) 外观形状: 图1-8 读卡器外型图 ⑤、读卡原理： 图1-9 读卡器引脚连接示意图 非接触式射频卡的基本原理： 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如下 格式：将10位十六进制的ASCⅡ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”。 6. 显示模块 显示部分有二种方案可供选择；一种是采用LCD液晶显示，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，但本设计要求显示的数据量小，不能发挥其显示内容丰富的优点，同时占用I/O口线较多。第二种方案采用LED数码管显示，该方案具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点，且其可靠性也优于LCD的显示，所以，我们通过比较，选用第二种方案数码管显示。 由8个数码管和8个74LS164组成，采用串行静态显示的方法。将数码管的8个输入端与74LS164的输出端Q0~Q7相连。P1.0和74LS164的CLK连接，P1.4接74LS164的A端，74LS164的引脚图如图示： 74LS164原理：74LS164是一块14个引脚双面直插式芯片，它的工作电源比较宽，可以是3V至12V的电压；它工作的频率范围也比较宽，从0--5MHZ都能正常工作。它是一
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