【正文】 對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，因此門(mén)禁系統(tǒng)的研發(fā)已成為現(xiàn)代科技領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)課題。 通過(guò)本論文的研究，我不僅了解門(mén)禁系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，還掌握了AT89S52系列單片機(jī)的性能特點(diǎn)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(jì)。 門(mén)禁系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)電子門(mén)鎖是近幾年隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高發(fā)展起來(lái)的，隨之而產(chǎn)生的接觸式智能IC卡和密碼鍵盤(pán)門(mén)禁系統(tǒng)也越來(lái)越被人們重視和使用。它改變了以往如閉路監(jiān)控、防盜報(bào)警等安防產(chǎn)品被動(dòng)的安防模式，以主動(dòng)控制替代了被動(dòng)監(jiān)視。從而便構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)代化的門(mén)禁系統(tǒng)。在安全技術(shù)防范領(lǐng)域，具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖為主的門(mén)禁系統(tǒng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無(wú)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(jī)的問(wèn)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(zhuān)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(duì)安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識(shí)別、IC卡辨認(rèn)）已在國(guó)內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門(mén)等。而且指紋識(shí)別器若在公共場(chǎng)所使用存在容易機(jī)械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點(diǎn)。加上其成本較高，一定程度上限制了這類(lèi)產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接收程度，電子密碼鎖是這類(lèi)電子防盜產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)的主流。 論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的目的是利用單片機(jī)對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)所采用的控制芯片為AT89S52單片機(jī)，此芯片功能強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，對(duì)芯片的外圍擴(kuò)展，使得單片機(jī)作為控制器核心，對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行控制，并用聲音將門(mén)禁系統(tǒng)的一些工作過(guò)程進(jìn)行提示，使控制過(guò)程更人性化。使用4X4矩陣鍵盤(pán)作為輸入模塊，通過(guò)四位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，利用5V繼電器控制門(mén)的狀態(tài)通過(guò)MQ2煙霧傳感器對(duì)室內(nèi)和室外煙霧濃度進(jìn)行檢測(cè)，并將產(chǎn)生的模擬信號(hào)，通過(guò)ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)；再利用單片機(jī)控制蜂鳴器是否進(jìn)行報(bào)警。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)方案的比較 選題論證門(mén)禁管理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和目的：門(mén)禁管理系統(tǒng)主要應(yīng)用范圍包括：各種酒店、賓館、寫(xiě)字樓、智能大廈、政府機(jī)關(guān)和企事業(yè)單位、高級(jí)物業(yè)管理部門(mén)等，并配合消防、監(jiān)控、防盜等系統(tǒng)實(shí)施安防聯(lián)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)最大意義上的安全保護(hù)。門(mén)禁系統(tǒng)的最基本的三要素為“3W”：When（何時(shí)）、Where（何地）、Who（何人）。即什么人在什么時(shí)間可以出入什么地點(diǎn)，以增強(qiáng)安全管理的便利性和實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)出入口進(jìn)行科學(xué)、有效地管理。電子密碼鎖門(mén)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(bào)警功能的電子密碼鎖逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)，使密碼鎖無(wú)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(jī)的問(wèn)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(zhuān)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(duì)安全的重視和科技的發(fā)展，許多電子智能鎖（指紋識(shí)別、IC卡辨認(rèn)）已在國(guó)內(nèi)外相繼面世。但是這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定的指紋和有效卡，只能適用于保密要求的箱、柜、門(mén)等。而且指紋識(shí)識(shí)別器若在公共場(chǎng)所使用存在容易機(jī)械損壞，IC卡還存在容易丟失、損壞等特點(diǎn)。加上其成本較高，一定程度上限制了這類(lèi)產(chǎn)品的普及和推廣。鑒于目前的技術(shù)水平與市場(chǎng)的接收程度，電子密碼鎖是這類(lèi)電子防盜產(chǎn)品的主流。在現(xiàn)今社會(huì)，隨著人們對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，特別是在各式各樣的賓館。因此門(mén)禁系統(tǒng)的研發(fā)已成為現(xiàn)代科技領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)課題。也正是由于門(mén)禁系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，市場(chǎng)需求大，應(yīng)用廣泛，我們便選此作為研究設(shè)計(jì)的課題。 CPU的選擇我們?cè)谶@個(gè)課題的設(shè)計(jì)上采用了AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)，之所以采用單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)，但是其價(jià)格昂貴并且發(fā)展尚未成熟。因此，根據(jù)我們學(xué)的知識(shí)和市面上的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)比較我們選擇了技術(shù)成熟、價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用方便的單片機(jī)平臺(tái)。 圖21 AT89S52引腳圖引腳說(shuō)明：P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)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(dòng)4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能： T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出）； T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)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(gè)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(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 　　P3口：P3口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。 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(shí)/計(jì)數(shù)器0)； T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)； WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)； RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)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(guò)對(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(shí)內(nèi)部會(huì)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(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)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(shí)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(jì)方案簡(jiǎn)介門(mén)禁系統(tǒng)主要組成框圖如22所示： 圖22 門(mén)禁系統(tǒng)的主要組成門(mén)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(mén)控鎖電路、出門(mén)按鈕、A/D轉(zhuǎn)換模塊模塊、感應(yīng)模塊、顯示模塊等組成。門(mén)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(mén)控鎖電路的繼電器動(dòng)作控制門(mén)鎖打開(kāi)，同時(shí)指示燈點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后繼電器再次動(dòng)作將門(mén)鎖鎖閉，指示燈熄滅。當(dāng)按下出門(mén)按鈕時(shí)亦如此；如果密碼錯(cuò)誤，則蜂鳴器發(fā)出聲響，同時(shí)指示燈點(diǎn)亮。從而實(shí)現(xiàn)門(mén)禁。當(dāng)煙霧傳感器感應(yīng)到災(zāi)情時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響，門(mén)控鎖電路的繼電器動(dòng)作控制門(mén)鎖打開(kāi)。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) AT89S52單片機(jī)的簡(jiǎn)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(chǔ)器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器；1000次擦寫(xiě)周期；全靜態(tài)操作：0Hz33MHz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；六個(gè)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(mén)狗定時(shí)器；1雙數(shù)據(jù)指針；1掉電標(biāo)識(shí)符。 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在AT89S52單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過(guò)XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在AT89S52芯片內(nèi)部有一個(gè)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(shí)鐘電路如圖31所示： 圖31 時(shí)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(shí)驗(yàn)板采用30pf的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，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(jī)的初始化操作，其主要功能是使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。AT89S52芯片內(nèi)部有復(fù)位電路，RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端高電平有效，復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本單片機(jī)系統(tǒng)采用手動(dòng)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(diǎn)亮，指示密碼正確門(mén)鎖打開(kāi)。，D3導(dǎo)通，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，指示密碼錯(cuò)誤門(mén)鎖不打開(kāi)。 蜂鳴器報(bào)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(kāi)，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(cuò)誤或者煙霧傳感器感應(yīng)到災(zāi)情。 出門(mén)按鈕圖35 出門(mén)按鈕電路電路組成如圖35工作原理：當(dāng)按下出門(mén)按鈕時(shí)。繼而通過(guò)單片機(jī)控制門(mén)控鎖電路打開(kāi)門(mén)鎖以及點(diǎn)亮開(kāi)門(mén)指示燈。 門(mén)控鎖電路圖36 門(mén)控鎖電路電路組成如圖36：。此電路由5V繼電器、交流電機(jī)、開(kāi)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(mén)鎖接于繼電器常閉端。，此時(shí)繼電器的控制線圈閉合，繼電器動(dòng)作，繼電器常閉端斷開(kāi)，即電機(jī)斷電，門(mén)處于鎖死狀態(tài)。，此時(shí)繼電器的控制線圈為開(kāi)路，繼電器不動(dòng)作，門(mén)鎖接于繼電器常閉端，即電機(jī)通電，門(mén)處于打開(kāi)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