【正文】 對門禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，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，還掌握了AT89S52系列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。 門禁系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電子門鎖是近幾年隨著電子計算機技術(shù)的提高發(fā)展起來的，隨之而產(chǎn)生的接觸式智能IC卡和密碼鍵盤門禁系統(tǒng)也越來越被人們重視和使用。它改變了以往如閉路監(jiān)控、防盜報警等安防產(chǎn)品被動的安防模式，以主動控制替代了被動監(jiān)視。從而便構(gòu)成一個現(xiàn)代化的門禁系統(tǒng)。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖為主的門禁系統(tǒng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、IC卡辨認）已在國內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點是針對特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識別器若在公共場所使用存在容易機械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點。加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品發(fā)展趨勢的主流。 論文主要設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計的目的是利用單片機對門禁系統(tǒng)進行控制。本設(shè)計所采用的控制芯片為AT89S52單片機，此芯片功能強大，能夠滿足設(shè)計要求。通過對電路的設(shè)計，對芯片的外圍擴展，使得單片機作為控制器核心，對門禁系統(tǒng)的工作過程進行控制，并用聲音將門禁系統(tǒng)的一些工作過程進行提示，使控制過程更人性化。使用4X4矩陣鍵盤作為輸入模塊，通過四位共陽數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，利用5V繼電器控制門的狀態(tài)通過MQ2煙霧傳感器對室內(nèi)和室外煙霧濃度進行檢測，并將產(chǎn)生的模擬信號，通過ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換送入單片機；再利用單片機控制蜂鳴器是否進行報警。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)方案的比較 選題論證門禁管理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和目的：門禁管理系統(tǒng)主要應(yīng)用范圍包括：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，并配合消防、監(jiān)控、防盜等系統(tǒng)實施安防聯(lián)動，以實現(xiàn)最大意義上的安全保護。門禁系統(tǒng)的最基本的三要素為“3W”：When（何時）、Where（何地）、Who（何人）。即什么人在什么時間可以出入什么地點，以增強安全管理的便利性和實時性，實現(xiàn)對出入口進行科學(xué)、有效地管理。電子密碼鎖門禁管理系統(tǒng)的優(yōu)越性：在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機的問世，出現(xiàn)了帶微處理器的智能密碼鎖，它除具有電子密碼鎖的功能外，還引入了智能化管理、專家分析系統(tǒng)等功能，從而使密碼鎖具有很高的安全性、可靠性，應(yīng)用日益廣泛。隨著人們對安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識別、IC卡辨認）已在國內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點是針對特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門等。而且指紋識識別器若在公共場所使用存在容易機械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點。加上其成本較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場的接收程度，電子密碼鎖是這類電子防盜產(chǎn)品的主流。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)用范圍越來越廣泛，特別是在各式各樣的賓館。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。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。 CPU的選擇我們在這個課題的設(shè)計上采用了AT89S52單片機系統(tǒng)，之所以采用單片機系統(tǒng)是由于成本較低，功能完全可以滿足，發(fā)展也比較成熟且完善。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發(fā)展尚未成熟。因此，根據(jù)我們學(xué)的知識和市面上的應(yīng)用，經(jīng)過比較我們選擇了技術(shù)成熟、價格便宜、設(shè)計簡單、使用方便的單片機平臺。 圖21 AT89S52引腳圖引腳說明：P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個 TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 此外，（）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能： T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出）； T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）； MOSI（在系統(tǒng)編程用）； MISO（在系統(tǒng)編程用； SCK（在系統(tǒng)編程用）。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 　　P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口)； TXD(串行輸出口)； INTO(外中斷0)； INT1(外中斷1) ； TO(定時/計數(shù)器0)； T1(定時/計數(shù)器1)； WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)； RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)。 此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。 PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案簡介門禁系統(tǒng)主要組成框圖如22所示： 圖22 門禁系統(tǒng)的主要組成門禁系統(tǒng)主要組成：由CPU、復(fù)位電路、振蕩電路、蜂鳴器電路、門控鎖電路、出門按鈕、A/D轉(zhuǎn)換模塊模塊、感應(yīng)模塊、顯示模塊等組成。門禁系統(tǒng)的工作原理：由輸入模塊輸入密碼，顯示模塊顯示數(shù)位。如果密碼正確，則門控鎖電路的繼電器動作控制門鎖打開，同時指示燈點亮，延時一段時間后繼電器再次動作將門鎖鎖閉，指示燈熄滅。當按下出門按鈕時亦如此；如果密碼錯誤，則蜂鳴器發(fā)出聲響，同時指示燈點亮。從而實現(xiàn)門禁。當煙霧傳感器感應(yīng)到災(zāi)情時，蜂鳴器發(fā)出聲響，門控鎖電路的繼電器動作控制門鎖打開。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 AT89S52單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 AT89S52單片機的簡介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。主要性能：與MCS51單片機產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33MHz；三級加密程序存儲器；32個可編程I/O口線；三個16位定時器/計數(shù)器；六個中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；1掉電后中斷可喚醒；1看門狗定時器；1雙數(shù)據(jù)指針；1掉電標識符。 時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，時序是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如同一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。在AT89S52單片機內(nèi)部帶有時鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。在AT89S52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。AT89S52的時鐘電路如圖31所示： 圖31 時鐘電路用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容CC2容量在15～40pf之間，大小與晶振頻率和工作電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，為了提高精度，本實驗板采用30pf的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計電路板時，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化以外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動。AT89S52芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST引腳是復(fù)位信號的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種。本單片機系統(tǒng)采用手動復(fù)位方式復(fù)位。AT89S52的復(fù)位電路如圖32所示：圖32 復(fù)位電路 各部分電路原理 工作指示燈電路 圖33 工作指示燈電路電路組成如圖33：工作原理：，D2導(dǎo)通，綠色發(fā)光二極管點亮，指示密碼正確門鎖打開。，D3導(dǎo)通，紅色發(fā)光二極管點亮，指示密碼錯誤門鎖不打開。 蜂鳴器報警電路圖34 蜂鳴器電路電路組成如圖34：，主要由蜂鳴器、三極管9012以及10K的偏置電阻組成。工作原理：，Q6截止，蜂鳴器電路斷開，蜂鳴器不發(fā)出聲響。，Q6導(dǎo)通，蜂鳴器電路閉合，蜂鳴器發(fā)出聲響。若蜂鳴器發(fā)出聲響表示密碼輸入錯誤或者煙霧傳感器感應(yīng)到災(zāi)情。 出門按鈕圖35 出門按鈕電路電路組成如圖35工作原理：當按下出門按鈕時。繼而通過單片機控制門控鎖電路打開門鎖以及點亮開門指示燈。 門控鎖電路圖36 門控鎖電路電路組成如圖36：。此電路由5V繼電器、交流電機、開關(guān)二極管、三極管9013以及10K的偏置電阻組成【2】。工作原理：如圖36所示門鎖接于繼電器常閉端。，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，即電機斷電，門處于鎖死狀態(tài)。，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，即電機通電，門處于打開狀態(tài)。 顯示模塊圖37 數(shù)碼管顯示電路顯示部分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、平板型結(jié)構(gòu)、顯