電子門禁系統(tǒng)論文

1、-PAGE . z1.緒論 隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟建立和管理的開展，各種酒店、賓館、寫字樓、智能大廈、政府機關(guān)和企事業(yè)單位、高級物業(yè)管理部門等，對門禁系統(tǒng)的需求正發(fā)生著重大的變化。 最近幾年隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識別技術(shù)的開展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的開展，進入了成熟期，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們在平安性，方便性，易管理性等方面都各有特長。在現(xiàn)今社會，隨著人們對門禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用圍越來越廣泛，因此門禁系統(tǒng)的研發(fā)已成為現(xiàn)代科技領(lǐng)域的一個熱門課題。 通過本論文的研究，我不僅了解門禁系統(tǒng)的相關(guān)知識，還掌握

2、了89S52 單片機的性能特點及連接使用，編程方法，以及一些外圍芯片的使用及模擬電路的設(shè)計。2.系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)方案的比擬2.1.1選題論證在現(xiàn)今社會，隨著人們對門禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用圍越來越廣泛，因此門禁系統(tǒng)的研發(fā)已成為現(xiàn)代科技領(lǐng)域的一個熱門課題。目前，門禁系統(tǒng)已成為平安防系統(tǒng)中極其重要的一局部，在一些興旺國家，門禁系統(tǒng)正以遠遠高于其它類安防產(chǎn)品的進度迅猛開展；門禁系統(tǒng)之所以能在眾多安防產(chǎn)品中脫穎而出，根本原因是因為其改變了以往安防產(chǎn)品，如：閉路監(jiān)控，防盜報警等被動的安防方式，以主動的控制替代了被動監(jiān)視的方式，通過對主要通道的控制，大大的防止了罪犯從正常通道的侵入，并

3、且可以在罪案發(fā)生時通過對通道門的控制限制罪犯的活動圍，制止犯罪或減少損失。此外，人們對門禁系統(tǒng)的應(yīng)用已不局限在單一的出入口控制，而且還要求它不僅可應(yīng)用于智能大廈或智能社區(qū)的門禁控制、考勤管理、安防報警、停車場控制、電梯控制、樓宇自控等，還可與其它系統(tǒng)聯(lián)動控制等多種控制功能。也正是由于門禁系統(tǒng)實用性強，市場需求大，應(yīng)用廣泛，我們便選此作為研究設(shè)計的課題。2.1.2方案選擇門禁系統(tǒng)有許多種方案：主要有聯(lián)網(wǎng)和不聯(lián)網(wǎng)型。 聯(lián)網(wǎng)型：構(gòu)造圖如圖示刷卡機N計算機管理機刷卡機刷卡機圖2-1聯(lián)網(wǎng)型門禁系統(tǒng)的優(yōu)點：實時聯(lián)網(wǎng)刷卡后立即把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C上；便于查詢并能生成報表；缺點：計算機要求24小時開機；計算機或管

4、理機萬一有故障系統(tǒng)癱瘓；有問題影響面大。不聯(lián)網(wǎng)型門禁系統(tǒng)的優(yōu)點：單臺刷卡機就能工作，不用布線，操作簡單方便。缺點：不便于查詢。根據(jù)以上分析，我們的課題選擇了不聯(lián)網(wǎng)型。因為此設(shè)計簡單，提交作品方便，易操作。2.3CPU的選擇我們在這個課題的設(shè)計上采用了51單片機系統(tǒng)，之所以采用單片機系統(tǒng)是由于本錢較低，功能完全可以滿足，開展也比擬成熟且完善。而DSP、ARM系統(tǒng)雖然科技含量高于51單片機系統(tǒng)，但是其價格昂貴并且開展尚未成熟。因此，根據(jù)我們學的知識和市面上的應(yīng)用，經(jīng)過比擬我們選擇了技術(shù)成熟、價格廉價、設(shè)計簡單、使用方便的單片機平臺。我們在達盛科技提供的E-PLAY-89S51*系列電子競賽創(chuàng)新設(shè)計

5、套件的根底上，自己設(shè)計了外圍硬件電路、畫原理圖、制作PCB，然后焊接、編程調(diào)試、實現(xiàn)了設(shè)計需要的功能。2.3關(guān)于射頻卡的選擇目前市面上的卡有很多種類：條碼、磁卡、接觸式IC卡，非接觸式IC卡等，條碼和磁卡，在超市和銀行方面應(yīng)用的比擬多，接觸式IC卡，以前在公共中用的比擬多，但接觸式IC卡，芯片外露易壞、易折，而非接觸式IC卡既射頻卡，它把芯片和線圈封裝卡片，不容易損壞、不怕惡劣的環(huán)境，現(xiàn)在社會上很流行，可靠性也高。 根據(jù)卡的分析，我們選擇目前流行最廣，可靠性高，本錢低的只讀卡，即采用EM4000型的ID卡。3.硬件電路的設(shè)計3.1根本原理：圖3-1門禁系統(tǒng)主要組成：由CPU、復(fù)位電路、電源指示

6、、工作指示、振蕩電路、蜂鳴器電路、門控鎖電路、出門按鈕、讀卡模塊、顯示模塊組成。如圖1門禁系統(tǒng)的工作原理：當刷卡時，蜂鳴器響一下，如卡權(quán)限獲得允許，顯示模塊顯示卡號，同時繼電器動作將門鎖翻開指示燈點亮，延時一段時間后繼電器再次動作將門鎖鎖閉指示燈熄滅。當按下出門按鈕時，繼電器動作將門鎖翻開指示燈點亮，延時一段時間后繼電器再次動作將門鎖鎖閉指示燈熄滅。當非法卡刷卡時，沒有任何動作。3.2資源分配：軟、硬件設(shè)計是設(shè)計中不可缺少的，為了滿足功能和指標的要求，資源分配如下：1晶振采用11.0592MHZ2存分配P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0顯示音響鎖顯示燈門態(tài)

7、出門讀卡0響0開0不亮0有效1不響1不開1亮3、計算：因為射頻卡的讀卡頭選用EM4000型，讀卡頻率是11.0592MHZ，所以最小系統(tǒng)晶振，必須用11.0592MHZ才能讀卡。定時控制字確定：選用定時器T1，方式2，所以 TMOD是20H。計算初值 * = 256 -fo*c*SMOD+1/384*波特率 = 256 -11.0592 *106 *0+1/384*9600 = 253TH1= 0FDH TL1= 0FDH3.3最小系統(tǒng)設(shè)計：門禁系統(tǒng)數(shù)控局部采用89S52 單片機作為控制核心，其部組成包括：一個8位的微處理器CPU及片振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接；片數(shù)據(jù)存

8、儲器RAM低128字節(jié)，存放讀/寫數(shù)據(jù)；高128字節(jié)被特殊功能存放器占用；片程序存儲器4KB ROM；四個8位并行I/O輸入/輸出接口P3 -P0，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出；兩個定時/計數(shù)器，每個定時/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進展計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART通用異步接收發(fā)送器的串行I/O口。89S52 單片機外部有32個端口可供用戶使用，其功能如下：圖3-2 在89S52 單片機的根底上，外圍增加蜂鳴器控制電路、開門指示燈電路、電控鎖控制電路以及8位數(shù)碼管顯示電路等，構(gòu)成了門禁系統(tǒng)

9、的控制電路。圖3-3 門禁系統(tǒng)原理圖3.4各局部電路原理：3.4.1門控鎖電路：門控鎖電路如圖2以Q16的基極作為門控信號的輸入端與P1.3口相連，此電路由12V繼電器、限流二極管、5.1K偏置電阻以及9014與8050兩個三級管復(fù)合成的驅(qū)動電路組成。在這里用到復(fù)合管的優(yōu)點：是為了用低電平控制，考慮到由于AT89S52的I/O口輸出高電平時的驅(qū)動能力可能會缺乏，所以本電路采用復(fù)合三級管就可以防止驅(qū)動能力缺乏的情況發(fā)生。工作原理：當P1.3口輸出高電平時Q16導(dǎo)通，Q6截止，此時繼電器的控制線圈為開路，繼電器不動作。門鎖接于繼電器常閉端，門鎖閉合，門處于鎖死狀態(tài)。當P1.3口輸出低電平時Q16截

10、止，Q6導(dǎo)通，此時繼電器的控制線圈閉合，繼電器動作。繼電器常閉端斷開，門鎖翻開，門處于翻開狀態(tài)。圖3-4 控制鎖電路3.4.2蜂鳴器電路：電路組成如圖3：以Q1的基極作為蜂鳴器控制信號的輸入端與P1.2口相連，主要由蜂鳴器、9013與9014兩個三極管及5.1K偏置電阻組成。工作原理：當 P1.2輸出高電平時，Q1導(dǎo)通，Q2截止，蜂鳴器回路開路，蜂鳴器不響。當 P1.2輸出高電平時，Q1截止，Q2導(dǎo)通，蜂鳴器回路閉合，蜂鳴器發(fā)出響聲。圖3-5蜂鳴器電路3.4.3控制工作指示燈：電路組成如圖4：以Q5的基極與P1.5口相連，由三極管9013、發(fā)光二極管、限流電阻組成。工作原理：當P1.5口輸出高

11、電平時，Q5導(dǎo)通，發(fā)光二極管點亮。當P1.5口輸出低電平時，Q5截止，發(fā)光二極管熄滅。圖3-6 工作指示燈電路3.4.4出門按鈕：當按下時，給P1.7口輸入低電平。圖3-7 出門開關(guān)電路3.4.5讀卡模塊：設(shè)計上我們采用ID射頻卡讀卡器。EM9913BF 125KHz感應(yīng)式讀卡模組是針對125KHz非接觸式RFID晶片而設(shè)計的讀卡模組，它能針對目前市面上125KHz非接觸式RFID晶片如凌航科技GK4001晶片或其它規(guī)格現(xiàn)相近產(chǎn)品進展資料讀取與資料判斷，使用者可以一次開發(fā)感應(yīng)式讀卡及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，該模塊主要圍為互動式玩具、門禁管制系統(tǒng)、人員考勤管理、動物或物品辨識及產(chǎn)品管理，此讀卡模組主要優(yōu)缺

12、點表達如下：優(yōu)點：1、獨立性高，二次開發(fā)容易，安裝簡單2、資料讀取穩(wěn)定性高3、系統(tǒng)平安性高，RFID資料不重復(fù)且難以復(fù)制可選擇數(shù)據(jù)輸出格式缺點：電腦必須24小時開機，便于數(shù)據(jù)傳送。硬件/軟件功能：125KHz感應(yīng)式讀卡機系統(tǒng)圖示如下：使用EM9913BF模塊，在5-15cm距離讀取GK4001的時間不超過70ms。感應(yīng)式讀卡系統(tǒng)電源DC 5V，感應(yīng)線圈Antenna為系統(tǒng)必需，感應(yīng)線圈可以與系統(tǒng)分開放置，亦可設(shè)計與系統(tǒng)中，為防止感應(yīng)電磁場干擾，請勿將金屬板置于感應(yīng)線圈前后。軟件功能模組：1、Manchester碼解碼2、組織輸出格式3、相應(yīng)輸入控制信號4、控制信號輸入5、卡片數(shù)據(jù)輸出感應(yīng)線圈讀

13、卡器模組RS232outpu接CPU3.0圖3-8 讀卡器示意圖硬件/軟件規(guī)則：1、讀卡模塊硬件構(gòu)造RF電路為125KHz解碼比擬電路，當EM格式卡片進入電磁場圍，引起感應(yīng)電壓振幅變化amplitude modulation時，用以解碼。部微控制器依據(jù)Manchester碼的規(guī)則將這些方波信號轉(zhuǎn)成16進制碼。2、讀卡模塊軟件功能組成卡片進入感應(yīng)圍，觸發(fā)讀卡模塊進入讀卡狀態(tài)。讀卡模塊讀入資料整理成輸出格式。讀卡模塊將讀入資料整理成輸出格式讀卡模塊將數(shù)據(jù)按RS232和Wiegand26格式輸出。3、讀卡模塊資料輸入/輸出引腳NumberNameI/ODescription1DC 5V輸入+5V直流

14、輸入2ANT輸入線圈引腳輸入3NC空引腳4GND輸入接地5NC空引腳6ENLED輸入指示燈控制線，低電平使用7ENBEEP輸入蜂鳴器控制線，低電平使用8OK_SD輸出Wiegand 26數(shù)據(jù)輸出指示9BZ輸出蜂鳴器信號線10D0輸出Wiegand 26數(shù)據(jù)DATAO輸出11D1輸出Wiegand 26數(shù)據(jù)DATA1輸出12LED輸出指示燈信號輸出13T*D輸出RS232數(shù)據(jù)輸出4、讀卡模塊輸出規(guī)格：1RS232 串行口規(guī)格傳輸率9600BPS。 起始位元：0。數(shù)據(jù)位元：8 bits。 同位元檢查：無。停頓位元：1。 流量控制：硬件控制RS232數(shù)據(jù)由部控制器產(chǎn)生，部控制器將 40 bits 數(shù)

15、據(jù)注：碼總計64 bits 其中9 bits作為數(shù)據(jù)頭，15 bits 作為校驗位，40bits為卡號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為10 位 ASCII 碼2外觀尺寸圖輪廓尺寸: 56.6 mm37.2 mm (不包括引腳長度) 外觀形狀:圖3-9 讀卡器外型圖5、讀卡原理：圖8 讀卡器引腳連接示意圖非接觸式射頻卡的根本原理：每個卡片部有一個小芯片和感應(yīng)線圈，價格低廉，國最普及的EM ID卡，大多為瑞士nEM或GK公司的4100、4102系列芯片+線圈+卡基封裝而成。每卡有且只有一個唯一的，不可更改和復(fù)制的ID碼64位2進制的永不重復(fù)的卡號，因其平安可靠，價格低廉而大量應(yīng)用于身份識別、產(chǎn)品防偽等領(lǐng)域。讀卡器卡號輸

16、出格式的說明：由于歷史的原因，或者不同領(lǐng)域習慣的原因，最常見到的有五種讀卡方式，我們采用的讀卡格式如下格式：將10位十六進制的ASC字符串，即10He*格式的倒數(shù)第5、第6位，轉(zhuǎn)換為3位十進制卡號，在將后4位，轉(zhuǎn)換為5位十進制卡號，中間用，分開，即2H+4H，即將2H6F轉(zhuǎn)換為111，4H6c3a轉(zhuǎn)換為27706，最終將2段連在一起輸出為111，27706。3.4.6顯示模塊：顯示局部有二種方案可供選擇；一種是采用LCD液晶顯示，該方案具有低壓微功耗、平板型構(gòu)造、顯示的信息量大、無電磁輻射、使用壽命長等優(yōu)點，但本設(shè)計要求顯示的數(shù)據(jù)量小，不能發(fā)揮其顯示容豐富的優(yōu)點，同時占用I/O口線較多。第二種

17、方案采用LED數(shù)碼管顯示，該方案具有實現(xiàn)容易、發(fā)光亮度大、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，且其可靠性也優(yōu)于LCD的顯示，所以，我們通過比擬，選用第二種方案數(shù)碼管顯示。由8個數(shù)碼管和8個74LS164組成，采用串行靜態(tài)顯示的方法。將數(shù)碼管的8個輸入端與74LS164的輸出端Q0Q7相連。P1.0和74LS164的CLK連接，P1.4接74LS164的A端，74LS164的引腳圖如圖示：74LS164原理：74LS164是一塊14個引腳雙面直插式芯片，它的工作電源比擬寬，可以是3V至12V的電壓；它工作的頻率圍也比擬寬，從0-5MHZ都能正常工作。它是一個串行輸入，并行輸出的移位存放器，并帶有去除端的IC芯片

18、，它為8位串入并出移位存放器，1、2為串行輸入端，Q0Q7為并行輸出端，CLK為移位時鐘脈沖，上升沿移入一位；MR為清零端，低電平時并行輸出為零。VCC與GND為工作電源腳：它一般正常工作電壓為正5V。CLR/MR端：為去除端，當此腳為低電平時，使得74LS164輸出全部為0；CLK端：時鐘脈沖輸入端，在CP脈沖的上升沿的作用下實現(xiàn)移位，在CLK為0，芯片不工作；CLR為1時，74LS164保持原始狀態(tài)不發(fā)生變化。圖3-104.軟件設(shè)計單片機技術(shù)比擬成熟，開發(fā)過程可利用的資源和工具豐富，最大的優(yōu)點是價格廉價，本錢低。調(diào)試軟件采用Keil51.keiluVison是眾多單片機應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀軟

19、件之一，界面友好，易寫易操作。在調(diào)試程序中，軟件仿真功能也很強，軟件調(diào)通，再通過編程器下載到AT89S52中，然后插到系統(tǒng)中即可獨立完成所有的控制。軟件設(shè)計上，根據(jù)功能分了幾個模塊編程。模塊主要有：讀卡模塊、數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、合法卡比擬模塊、開鎖模塊、中斷子程序模塊、延時子程序模塊等。單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，其P0口、P2口都已占用，外圍電路的控制口只能占用P1口和P3口，口地址可用的就少了，所以，顯示上選擇了靜態(tài)顯示，顯示只用了P1.0和P1.4兩個口線，這樣，編程簡單，不占用CPU。程序中還增加了射頻卡權(quán)限判斷，當遇到合法卡時顯示卡號，門鎖翻開，延時10s自動關(guān)閉，非法卡不顯示卡號門鎖

20、不開。讀卡程序是利用串口中斷完成了讀卡的工作。把讀卡器的13腳，和CPU的P3.0既R*D連接，只要一刷卡，就把卡中的11個ASC碼讀進來，放到以30H為首地址的存儲器中，讀卡中斷子程序如下：ZD:PUSH ACC ；中斷子程序 PUSH 00H PUSH 02H MOV R0, #30H MOV R2, #0BH LL1:ACALL LL2 F0,$ NOP NOP MOV R0, A INC R0 DJNZ R2, LL1 POP 02H POP 00H POP ACC NOP MOV 0FH, #33H RETI4.1流程圖：圖4-1流程圖4.2子程序分析：4.2.1顯示程序：圖4-2*

21、SH: MOV R0, #20HMOV R2,#08HLP1: MOV R1,#08HMOV A,R0LP2: RLC A MOV P1.4,C CLR P1.0 SETB P1.0 DJNZ R1,LP2 INC R0 DJNZ R2,LP1 RET4.2.2延時程序：圖4-3DEL:MOV R6, #0FFH Y2:MOV R7, #0FFH Y1:DJNZ R7, Y1DJNZ R6, Y2RET5.實現(xiàn)功能1、程序控制開鎖 當讀卡器檢索到合法IC卡時，由CPU的P1.4引腳提供一個低電平信號，因為，89S52 單片機復(fù)位狀態(tài)是高電平，而一般實用電路必須有看門狗電路，一旦出現(xiàn)故障，也需要

22、復(fù)位，也是高電平，。在設(shè)計上如果采用高電平開門，是不可以的。所以，我們在設(shè)計電路時，通過論證，選用低電平作為信號，控制門的開啟，此時門鎖自動翻開。 2、出門按鈕開鎖 按鈕按下，給出一個開關(guān)信號，此時門鎖同樣被翻開。 3、從消防平安考慮，如果發(fā)生意外或危險，只要斷開電源，門鎖同樣可以被翻開。4、讀卡顯示當讀卡器檢索到合法射頻卡時，七段數(shù)碼管可以顯示出此卡的卡號，以便識別出持卡人身份。5、蜂鳴器報警 當門鎖處于開啟狀態(tài)時，超過延時時間，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴，以提示用戶及時關(guān)門。 6、工作指示燈 紅色指示燈提示電源正常供電。 綠色指示燈提示門鎖工作狀態(tài)，刷卡合法，綠色指示燈亮。6.創(chuàng)新性 1、門態(tài)檢測功能

23、。關(guān)上門，保證門態(tài)是關(guān)閉狀態(tài)，非正常翻開門或門沒有正常關(guān)閉時，報警，起到電子門衛(wèi)的作用。2、采用非接觸的IC卡。系統(tǒng)還采用了更為先進的非接觸式IC卡。我們之所以使用非接觸式IC卡，是由于非接觸式IC卡相對于以往傳統(tǒng)的接觸式系統(tǒng)，具有更多的優(yōu)點。非接觸式IC卡，是感應(yīng)卡家族中的一員，除具有接觸式IC卡的優(yōu)點，更有存儲容量大，平安性強，無機械磨損等優(yōu)點。而且它還克制了接觸式IC卡所無法防止的缺點，如讀寫故障率高，由于觸點外露而導(dǎo)致的污染、損傷、磨損、靜電以及插卡不便、易受惡意攻擊等。7.結(jié)論目前，門禁系統(tǒng)已成為平安防系統(tǒng)中極其重要的一局部，在一些興旺國家，門禁系統(tǒng)正以遠遠高于其它類安防產(chǎn)品的進度迅猛開展；門禁系統(tǒng)之所以能在眾多安防產(chǎn)品中脫穎而出，根本原因是因為其改變了以往安防產(chǎn)品，如：閉路監(jiān)控，防盜報警等被動的安防方式，以主動的控制替代了被動監(jiān)視