项目一项目一 门禁系统设计门禁系统设计摘要：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：关键词：门禁；电控锁；控制一、一、系统设计系统设计1.1. 系统方案的比较系统方案的比较（（1 1）选题论证）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 2）方案选择）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：结构图如图示联网型门禁系统的优点：联网型门禁系统的优点： ①实时联网 ①刷卡后立即把数据传输到主机上； ①便于查询并能生成报表；计算机管理机刷卡机刷卡机刷卡机 N2缺点：缺点： ①计算机要求 24 小时开机； ①计算机或管理机万一有故障系统瘫痪； ①有问题影响面大 不联网型门禁系统的优点：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：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 3）射频卡的选择）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、硬件电路的设计二、硬件电路的设计 1.1.基本原理基本原理图 1-1 结构组成框图 （（1 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 1-1 （（2 2）门禁系统的工作原理：）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3当非法卡刷卡时，没有任何动作 2.2.资源分配资源分配软、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P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0 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= 0FDH3.3.最小系统设计最小系统设计 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4图 1-2 门禁系统原理图4.4.各部分电路原理各部分电路原理 （（1 1）门控锁电路：）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5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 2）蜂鸣器电路：）蜂鸣器电路： 电路组成如图 1-4： 6图 1-4 蜂鸣器电路 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：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3）控制工作指示灯：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：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：出门按钮：当按下时，给 P1.7 口输入低电平7图 1-6 出门开关电路5.5. 读卡模块读卡模块（（1 1）优点）优点 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（（2 2）硬件）硬件/ /软件功能：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、卡片数据输出图 1-7 读卡器示意图（（3 3）硬件）硬件/ /软件规则：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812.3mm62.0mm32mm56.6mm67.4mm3 7 .2 m m正面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 b. 读卡模块读入资料整理成输出格式 c. 读卡模块将读入资料整理成输出格式 d. 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NumberNameI/ODescription1DC 5V输入+5V 直流输入2ANT输入线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9BZ输出蜂鸣器信号线 数据 DATAO 输出11D1输出Wiegand 26 数据 DATA1 输出12LED输出指示灯信号输出13TXD输出RS232 数据输出④ 读卡模块输出规格：：A.A. RS232RS232 串行口规格串行口规格 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.B. 外观尺寸图外观尺寸图 轮廓尺寸: 56.6 mm× 37.2 mm (不包括引脚长度)9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. 显示显示电路电路 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。
