【正文】 DDS、英國(guó)的集寶等品牌。國(guó)內(nèi)從事門禁系統(tǒng)有深圳紅門、門吉利、捷順、北京青云等公司。目前，國(guó)內(nèi)外研制和使用的門禁系統(tǒng)主要集中在感應(yīng)門禁系統(tǒng)和生物識(shí)別門禁系統(tǒng)。在生物識(shí)別門禁系統(tǒng)中又以指紋門禁系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。美國(guó)生物認(rèn)證市場(chǎng) 2020 年突破 7 億美元，其中指紋識(shí)別占近 50%，虹膜識(shí)別占 8%。美國(guó)生物認(rèn)證 市場(chǎng)到 2020 年將達(dá)到 19 億美元，指紋識(shí)別占近 40%，虹膜識(shí)別占 10%左右。美國(guó)生物識(shí)別市場(chǎng)在未來(lái)幾年中仍將會(huì)保持高速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，縱觀門禁市場(chǎng)發(fā)展，未來(lái) 1－ 3 年中國(guó)門禁市場(chǎng)的。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 高級(jí)智能型門禁控制系統(tǒng)是當(dāng)前門禁系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，高級(jí)智能型門禁系統(tǒng)是一種聯(lián)網(wǎng)式門禁系統(tǒng)，功能也比較完善。但對(duì)于一般的企業(yè)、住宅小區(qū)來(lái)說(shuō)，并不是最理想的選擇。這種門禁系統(tǒng)常用于國(guó)防、軍事等單位。 隨著計(jì)算機(jī)的迅速普及與發(fā)展，越來(lái)越多的控制設(shè)備逐漸被計(jì)算機(jī)取代，維護(hù)人員的監(jiān)視和維護(hù)也越來(lái)越集中，越來(lái)越多的系統(tǒng)逐漸向智能化發(fā)展。 由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通過(guò)中心或通過(guò)一個(gè)端點(diǎn)就能對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與維護(hù)。通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)本地區(qū)的設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控與維護(hù)，可提高系統(tǒng)的可靠性，減少故障的發(fā)生率和處理時(shí)間等。 課題的研究意義 當(dāng)今科技飛速發(fā)展，給人們帶來(lái)利益的同時(shí)，也帶來(lái)了不法分子利用高科技進(jìn)行盜竊、搶劫和犯罪等問(wèn)題。怎樣才能使人們的安全防范措施跟上科技發(fā)展、有效地組織這些犯罪行為呢？?jī)H依靠普通的防盜門，門鎖和監(jiān)控是不夠的，原始的安防措施就是把門鎖上，由人巡邏保證安全，隨著科技的進(jìn)步，智能化的門禁系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化管理的重要手段。 目前，智能化已成為自動(dòng)化領(lǐng)域新技術(shù)、新方法和新產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)和標(biāo)志，智能化迅速發(fā)展到儀器、儀表、設(shè)備以及整個(gè)大系統(tǒng)之中。它不僅深入到軍事，也深入到工業(yè)控制、商業(yè)、建筑業(yè)和農(nóng)業(yè)，包括計(jì)算機(jī)控制。管理、輔助設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化等各個(gè)領(lǐng)域。 智能門禁系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的安全系統(tǒng)，作為一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)把自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和線代安全管理措施結(jié)合起來(lái)，在社會(huì)財(cái)富不斷增長(zhǎng)的今天，建筑物內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、貴重物品的庫(kù)房、設(shè)備控制中心、電梯口等重要部門的通道口都需要增加安全防護(hù)措施，這就需要開發(fā)出與之相對(duì)應(yīng)的智能門禁系統(tǒng)，識(shí)別出入口人員的身份，對(duì)出入口進(jìn)行控制。 由于所學(xué)的知識(shí)有限，技術(shù)不夠成熟，本課題主要達(dá)成通過(guò)射頻卡啟動(dòng)密碼機(jī)，輸入正確密碼后開啟門鎖。其中還有顯示蜂鳴系統(tǒng)等。 我通過(guò)所學(xué)的知識(shí)，主要結(jié)合單片機(jī)，加上所需的系統(tǒng)設(shè)置，通過(guò)課本、網(wǎng)絡(luò)、老師和同學(xué)的幫助逐步完成。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 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)用范圍廣泛，小區(qū)出入口重要通道，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)。門禁系統(tǒng)的最基本的三要素為“ 3W”： When（何時(shí)）、Where（何地）、 Who（何人）。 控制器：系統(tǒng)的大腦，系統(tǒng)的所有動(dòng)作都是由它發(fā)出控制命令。 讀卡器：系統(tǒng)的輸入設(shè)備，有感應(yīng)式和密碼加感應(yīng)式兩種。 系統(tǒng)軟件：通過(guò)軟件我們使控制器按照我們的要求來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)。 電鎖：對(duì)門的開關(guān)控制都是由它完成。 電源 :采用 +12VDC 直流電，要求在斷電情況下能連續(xù)工作 8 個(gè)小時(shí)以上。 出門按鈕：如果出口不安裝讀卡器，則必須安裝出門按鈕，以保證人員的順利出入。 感應(yīng)卡：人員進(jìn)入管制通道的憑證 。 門磁：檢測(cè)門的狀態(tài)，當(dāng)遇到強(qiáng)行開門或開門超時(shí)的情況時(shí)向控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào) 最近幾年隨門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們?cè)诎踩?，方便性，易管理性等方面都各有特長(zhǎng) .在現(xiàn)今社會(huì)，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，也正是由于門禁系統(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。 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。不聯(lián)網(wǎng)型門禁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)闻_(tái)刷卡機(jī)就能工作，不用布線，操作簡(jiǎn)單方便。缺點(diǎn)：不便于查詢。根據(jù)以分析，我們的課題選擇了不聯(lián)網(wǎng)型。因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，提交作品方便 。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 基本原理 門禁系統(tǒng)主要組成 ： 由 CPU、復(fù)位電路、電源指示、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31。 門禁系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)刷卡時(shí)，蜂鳴器響一下，如卡權(quán)限獲得允許，顯示模塊顯示卡號(hào)，同時(shí)繼電器動(dòng)作將門鎖打開指示燈點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后繼電器再次動(dòng)作將門鎖鎖閉指示燈熄滅。當(dāng)按下出門按鈕時(shí)，繼電器動(dòng)作將門鎖打開指示燈點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后繼電器再次動(dòng)作將門鎖鎖閉指示燈熄滅。當(dāng)非法卡刷卡時(shí)，沒(méi)有任何動(dòng)作。 門禁系統(tǒng)主要組成框圖 如 31。 圖 31 門禁系統(tǒng)主要組成 CPU 的選擇 我們?cè)谶@個(gè)課題的設(shè)計(jì)上采用了 52 單片機(jī)系統(tǒng)，采用單片機(jī)系統(tǒng)是因成本較低，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，我們用 AT89S52 單片機(jī)，如圖 32。 主要功能列舉如下： 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash。 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）。 AT89S52 顯示 音響及顯示 門控 門鎖 出門按鈕 讀卡 讀卡線圈 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）為 8KB。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 256 字節(jié)。 32 個(gè)可編程 I/O 口線。 8 個(gè)中斷向量源。 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器。 全雙工 UART 串行通道。 各引腳功能介紹。 VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 VSS：電源地端。 XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端。 RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片 重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作。 EA/Vpp：表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來(lái)執(zhí)行程序。ALE/PROG：表示地址鎖存器啟用信號(hào)。 AT89S52 可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0 的地址總線（ A0～ A7）鎖進(jìn)鎖存器中。 PSEN：其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（ EA=0），會(huì)送出此信號(hào) 以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM的 OE 腳。 PORT0（ ～ ）：端口 0 是一個(gè) 8 位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個(gè)位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個(gè) I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0 在當(dāng)做 I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8 個(gè) LS的 TTL 負(fù)載。 PORT2（ ～ ）：端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入 端口來(lái)使用。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 PORT1（ ～ ）：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。 PORT3（ ～ ）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，有串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? AT89S52 單片機(jī) 圖 32 AT89S52 單片機(jī) 關(guān)于卡的選擇 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)用的比較多，接觸式 IC 卡，以前在公共電話中用的比較多，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 可靠性高：非接觸式 IC 卡與讀寫器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種 故障。 此外，非接觸式卡表面無(wú)裸露的芯片，無(wú)須擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞 等問(wèn)題，既便于卡片的印刷，青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 又提高了卡片的使用可靠性。操作方便，快速：由于非接觸通訊，讀寫器在10cm 范圍內(nèi)就可以對(duì)卡片操作，所以不必插撥卡 ，非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時(shí)沒(méi)有方向性，卡片可以任意方向掠過(guò)讀寫，即可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。加密性能好：非接觸式卡的序列號(hào)是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號(hào)固化 ,不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證 IC卡的合法性 ，時(shí) IC 卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都加密。 根據(jù)卡的分析，我們選擇目前流行最廣，可靠性高，成本低的只讀卡，即采用 EM4000 型的 ID卡 。 門控鎖電路 門控鎖電路如圖 32。以 Q16 的基極作為門控信號(hào)的輸入端與 口相連，此電路由 12V 繼電器、限流二極管、 偏置電阻以及 9014 與 8050兩個(gè)三級(jí)管復(fù)合成的驅(qū)動(dòng)電路組成。在這里用到復(fù)合管的優(yōu)點(diǎn)：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(shí)的驅(qū)動(dòng)能力可能會(huì)不足，所以本電路采用復(fù)合三級(jí)管就可以避免驅(qū)動(dòng)能力不足的情況發(fā)生。 工作原理：當(dāng) 口輸出高電平時(shí) Q16導(dǎo)通， Q6 截止，此時(shí)繼電器的控制線圈為開路，繼電器不動(dòng)作。門鎖接于繼電器常閉端，門鎖閉合，門處于鎖死狀態(tài)。當(dāng) 口輸出低電平時(shí) Q16 截止， Q6 導(dǎo)通，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，門鎖打開，門處于打開狀態(tài)。 圖 33 控制鎖電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 蜂鳴器電路 電路組成如圖 332：以 Q1的基極作為蜂鳴器控制信號(hào)的輸入端與 口相連，主要由蜂鳴器、 9013 與 9014 兩個(gè)三極管及 偏置電阻組成。當(dāng) 輸出高電平時(shí)， Q1導(dǎo)通， Q2 截止，蜂鳴器回路開路，蜂鳴器不響。當(dāng) 輸出低電平時(shí)， Q1 截止， Q2 導(dǎo)通，蜂鳴器回路閉合，蜂鳴器發(fā)出聲。 圖 34 蜂鳴器電路 控 制工作指示燈 以 Q5 的基極與 口相連，由三極管 901發(fā)光二極管、限流電阻組成。當(dāng) 口輸出高電平時(shí)， Q5 導(dǎo)通，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。當(dāng) 口輸出低電平時(shí)， Q5 截止，發(fā)光二極管熄滅。電路組成如圖 334 工作指示燈。 圖 35 工作指示燈電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 出門按鈕 當(dāng)按下時(shí)，給 口輸入低電平開關(guān)開。出門按鈕如圖 36 圖 36 出門開關(guān)電路 讀卡模塊 設(shè)計(jì)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(duì) 125KHz 非接 觸式 RFID 晶片而設(shè)計(jì)的讀卡模組 125KHz 感應(yīng)式讀卡機(jī)系統(tǒng)圖示如下圖 335。 每個(gè)卡片內(nèi)部有一個(gè)小芯片和感應(yīng)線圈，最普及的 EM ID 卡，大多為瑞士 nEM 或臺(tái)灣 GK 公司的 4100、 4102 系列芯片 +線圈 +卡基封裝而成。每張卡有且只有一個(gè)唯一的，不可更改和復(fù)制的 ID 內(nèi)碼（ 64 位2進(jìn)制機(jī)密的永不重復(fù)的卡號(hào)），因其安全可靠，價(jià)格低廉而大量應(yīng)用于身份識(shí)別、產(chǎn)品防偽等領(lǐng)域。如圖 37 和引腳圖 38 圖 37 讀卡器示意圖 圖 38 讀卡器引腳連接示意圖 應(yīng)線線圈 讀卡器模組 RS232outpu 接 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 顯示模塊 LED 數(shù)碼管顯示由 8 個(gè)數(shù)碼管和 8 個(gè) 74LS164 組成，采用串行靜態(tài)顯示的方法。將數(shù)碼管的 8 個(gè)輸入端與 74LS164 的輸出端 Q0~Q7 相連。 和74LS164 的 CLK 連接， 接 74LS164 的 A 端 。 1．程序控制開鎖： 當(dāng)讀卡器檢索到合法 IC卡時(shí)，由 CPU的 ，89S52 單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)是高電平，一般實(shí)用電路必須有看門狗電路，一旦出現(xiàn)故障，也需要復(fù)位，也是高電平，在設(shè)計(jì)上如果采用高電平開門，是不可以的。所以選用低電平作為信號(hào)，控制門的 開啟，此時(shí)門鎖自動(dòng)打開。 2．出門按鈕開鎖： 按鈕按下，給出一個(gè)開關(guān)信號(hào)，此時(shí)門鎖同樣被打開。 從消防安全考慮，如果發(fā)生意外，只要斷開電源，門鎖同樣可以被打開。 當(dāng)讀卡器檢索到合法射頻卡時(shí)，七段數(shù)碼管可以顯示出此卡的卡號(hào)，以便識(shí)別出持卡人身份。 4．蜂鳴器報(bào)警 當(dāng)門鎖處于