【正文】 基于單片機(jī)的門控系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒 論 1 1 本課題的主要研究工作 2 2 本設(shè)計(jì)主要的應(yīng)用場(chǎng)所 2第2章 基于單片機(jī)的門控系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì) 3 基于單片機(jī)門控系統(tǒng)電路主框圖和工作基本原理 3 各分電路設(shè)計(jì) 4 本章小結(jié) 13第3章 基于單片機(jī)門控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14 軟件整體框圖 14 主程序流程圖 15 DS1302子程序 16 17 18 1602液晶模塊顯示子程序的設(shè)計(jì) 19 22第四章protues仿真 23 23 23 24 26 26 26第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) 27參考文獻(xiàn) 29附錄1 30附錄2 54電路設(shè)計(jì)總原理圖 54仿真電路元件清單 55第1章 緒 論門控（門禁）系統(tǒng)屬于智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）種的安防系統(tǒng)，是一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，高水平的門控系統(tǒng)集成自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，能夠?qū)Ω魍ǖ揽诘奈恢?，通行?duì)象及通行時(shí)間、方向等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)出入口的安全控制。隨著自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，門控（門禁）系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，但是總體來(lái)說(shuō)門控（門禁）系統(tǒng)大體分為這一下三類：密碼門禁系統(tǒng) , 刷卡門禁系統(tǒng) ,生物識(shí)別門禁系統(tǒng)。隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，門控系統(tǒng)應(yīng)用的自識(shí)別技術(shù)更為先進(jìn)（感應(yīng)接觸技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)等），設(shè)計(jì)也趨于更合理，控制器與識(shí)別儀分體設(shè)計(jì)，識(shí)別儀安裝在門外，控制器安裝在門內(nèi)，即只有識(shí)別儀對(duì)控制器的輸入線露在門外，其他所有控制線均在門內(nèi)，因此在安全性方面有很大的提高，系統(tǒng)的可靠性、管理和使用的方便性等方面也有很大的進(jìn)步。 在與微機(jī)的通信方面，從較早的門控系統(tǒng)多為單機(jī)控制型到采用RS485通信方式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)型門禁系統(tǒng)開(kāi)始快速發(fā)展。這種類型的門控系統(tǒng)中門控制器與管理中心是通過(guò)局域網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)的，通信方式采用的是網(wǎng)絡(luò)常用的TCP/IP協(xié)議，技術(shù)含量高，管理中心位置可以隨時(shí)變更，不需重新布線，很容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 控制或異地控制。隨著人們對(duì)門控系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門控系統(tǒng)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出兩種趨勢(shì)：1）門控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛 門控系統(tǒng)的應(yīng)用已不局限在單一的出入口控制。它不僅可以應(yīng)用于智能大廈或智能小區(qū)的門禁系統(tǒng)，還可以應(yīng)用在遠(yuǎn)程控制、停車場(chǎng)控制、電梯控制、交通管理或與其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制等多種控制場(chǎng)合。感應(yīng)式門控系統(tǒng)和生物辨識(shí)門控系統(tǒng)成為門控系統(tǒng)發(fā)展的兩大熱點(diǎn)。感應(yīng)式門禁系統(tǒng)價(jià)格較低，使用簡(jiǎn)單，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)是目前和今后研究使用的一大方向。隨著技術(shù)的日漸成熟，生物辨識(shí)門禁系統(tǒng)成本將逐步降低，實(shí)用性不斷提高，成為門禁系統(tǒng)發(fā)展的另一方向。隨著技術(shù)的日漸成熟，生物辨識(shí)門控系統(tǒng)成本將逐步降低，使用性不斷提高，成為門控系統(tǒng)發(fā)展的另一方面。 2）門控系統(tǒng)的集成應(yīng)用趨勢(shì) 門控系統(tǒng)可兼容多種讀卡技術(shù)，同時(shí)具備先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)功能，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)組成智能大廈，智能小區(qū)等大型系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控。同時(shí)，好的門控系統(tǒng)集成消防系統(tǒng)，還具有消防聯(lián)動(dòng)功能。 本課題的主要研究工作 課題內(nèi)容設(shè)計(jì)出一種能有密碼輸入進(jìn)入、門號(hào)呼叫及對(duì)講、異常報(bào)警等功能的門控系統(tǒng)，本課題要求完成門控系統(tǒng)的的硬件和軟件設(shè)計(jì)及其軟件仿真。 課題要求本課題主要要求完成以下內(nèi)容：（1）硬件設(shè)計(jì)：供電電源電路、備用電源充電電路、門磁、蜂鳴報(bào)警電路、電控鎖及其驅(qū)動(dòng)電路、門號(hào)選擇電路、單片機(jī)及其外圍電路、（鍵盤電路、1602液晶顯示電路、報(bào)警電路）對(duì)講門鈴電路的等電路；（2）門控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；（3）門控系統(tǒng)的仿真。門控（門禁）系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，傳統(tǒng)的門鎖是一種單純的機(jī)械裝置，雖然經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)，安全性有所提高，但是無(wú)論如何總能通過(guò)某種非正常的手段把它打開(kāi)，其安全性較差。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，一把鎖配一把鑰匙，多把就需要多把鑰匙，使用起來(lái)不方便。在出入較多的通道（辦公室，酒店客房等），鑰匙的管理也相當(dāng)麻煩，遇到鑰匙丟失或人員更換都要把鑰匙一起更換。 為了解決這些問(wèn)題，出現(xiàn)了電子密碼鎖，這種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對(duì)出入口通道的管理效率，使通道管理進(jìn)入了電子時(shí)代。綜合市場(chǎng)上的樓宇對(duì)講系統(tǒng)和電子密碼鎖，我設(shè)計(jì)出了集合兩種功能并且自帶防盜報(bào)警的多功能門控系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)主要的應(yīng)用場(chǎng)所由于此設(shè)計(jì)綜合了基本的門禁系統(tǒng)和樓宇對(duì)講系統(tǒng)的功能，因此其主要的應(yīng)用場(chǎng)所為小區(qū)綜合樓，集體居住宿舍，寫字樓等的安全程度要求不是很高的場(chǎng)所。第2章 基于單片機(jī)的門控系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì)門控電路的硬件部分主要由主要供電電源電路、備用電源電路、單片機(jī)外圍電路、鍵盤電路、1602液晶顯示電路、報(bào)警電路、門號(hào)選擇電路、對(duì)講電路等電路模塊組成。分為三塊電路設(shè)計(jì)，一塊電路實(shí)現(xiàn)電源電路，第二塊電路是與單片機(jī)直接控制相關(guān)的電路，第三塊是對(duì)講電路，采用這種設(shè)計(jì)是根據(jù)各個(gè)電路模塊之間的距離和功能來(lái)劃分的，說(shuō)明起來(lái)也更加合理。 基于單片機(jī)門控系統(tǒng)電路主框圖和工作基本原理智能控制器由主要供電電源電路、備用電源充電電路、門磁、蜂鳴報(bào)警電路、電控鎖及其驅(qū)動(dòng)電路、門號(hào)選擇電路、單片機(jī)及其外圍電路、（鍵盤電路、1608液晶顯示電路、報(bào)警電路）對(duì)講門鈴電路的等電路模塊組成。 所示。主要供電電源電路電源切換備用電源電路驅(qū)動(dòng)電路電控鎖51單片機(jī)報(bào)警電路16路門選擇電路CD406716路模擬開(kāi)關(guān)鍵盤電路1602液晶門 磁時(shí)鐘芯片門鈴對(duì)講電路12V5V電池12V 基于單片機(jī)門控系統(tǒng)電路主框圖如上圖所表示，電源由主要供電電源電路和備用電源電路組成，主要供電電路是由市電通過(guò)變壓濾波整流穩(wěn)壓后直接向各部分電路供12V和5V電壓。備用電源是蓄電池組，通過(guò)穩(wěn)壓電路得到12V和5V電壓。備用和主要供電是通過(guò)一繼電器切換的。51單片機(jī)是整個(gè)電路的核心部分，其中單片機(jī)IO口的輸入有 4x4矩陣鍵盤、門磁、DS1302時(shí)鐘電路等，輸出到十六路CD06716模擬開(kāi)關(guān)門選擇電路、1602液晶、報(bào)警電路及電插鎖驅(qū)動(dòng)電路等。其中電控鎖和門鈴對(duì)講電路要求提供的電壓是12V，單片機(jī)及其外圍電路用的電源均為5V。將此電路單片機(jī)編程后，以上電路的組合可實(shí)現(xiàn)對(duì)門的密碼開(kāi)啟、對(duì)應(yīng)門號(hào)的呼叫樓宇對(duì)講、非正常情況報(bào)警等功能。 各分電路設(shè)計(jì) 供電電源變壓穩(wěn)壓電路及備用電源充電電路供電電源變壓穩(wěn)壓電路主要是為單片機(jī)及其周圍電路和電磁鎖的線圈和對(duì)講電路提供兩路穩(wěn)定的+12V 和+5V 電源，為了防止斷電出現(xiàn)門不能開(kāi)啟的情況，電路還設(shè)計(jì)蓄電池?cái)嚯娮詣?dòng)投入裝置。電源由 220V 交流電經(jīng)過(guò)24V的變壓器、整流濾波電路和 MC78L12CG 和MC78L05CG芯片可以產(chǎn)生供單片機(jī)電路的+5V和電磁鎖的+12V 電源，斷電后經(jīng)自動(dòng)通過(guò)12V蓄電池BT提供。，其中直流繼電器用來(lái)實(shí)現(xiàn)市電供電電源和備用蓄電池電源的斷電自動(dòng)切換當(dāng)常用電源正常時(shí)用常用電源，即斷電后則用備用蓄電池電源，D1為市電通電指示燈，D2為工作指示燈。市電輸入220v變壓器24v整流濾波電路12v蓄電池充電電路輸入電源選擇MC7805C穩(wěn)壓MC7812CG穩(wěn)壓12V穩(wěn)壓電源5V穩(wěn)壓電源充電電路設(shè)計(jì)如下，本電路使用于給12V的鉛酸蓄電池充電，LM305是一個(gè)正輸出三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器，～33V、3A的直流輸出。當(dāng)開(kāi)關(guān)s合上時(shí)， 在2A，隨著電池電壓的升高，充電電流逐漸減小，在充電電流減小到15mA時(shí)，充電器轉(zhuǎn)換到一個(gè)較低的浮動(dòng)充電電壓，以防止過(guò)充電。隨著向電池的滿量充電，充電電流繼續(xù)減小，此時(shí)將終止充電，同時(shí)晶體管V1導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D10點(diǎn)亮，表示電池已經(jīng)充足電。 12v蓄電池充電電路 門磁、蜂鳴報(bào)警電路、電控鎖及其驅(qū)動(dòng)電路門磁是用來(lái)檢測(cè)門是否關(guān)閉的一個(gè)小型感應(yīng)器，在軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，可以看到每個(gè)門現(xiàn)在的狀態(tài)是開(kāi)著的還是關(guān)著的。如下示意圖為常見(jiàn)的一種暗裝式門磁，一般都是不帶電線的一端內(nèi)藏磁鐵，帶電線的低端內(nèi)部藏有干簧管等元器件，當(dāng)磁鐵接近時(shí)，電線輸出閉合信號(hào)，當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離時(shí)，兩條電線輸出開(kāi)路信號(hào)。不帶電線的一端裝在門的頂部，帶電線的一端裝在門框上。門關(guān)好時(shí)，兩端正好重疊接近。兩條電線輸出閉合信號(hào)。 門磁工作示意圖門磁可以實(shí)現(xiàn)對(duì)門的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，可以配合門控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)門被非法闖入，沒(méi)有進(jìn)入權(quán)或者按按鈕的合法操作，而門被強(qiáng)行打開(kāi)的報(bào)警功能。同時(shí)可以軟件編程實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間未關(guān)閉報(bào)警功能?！? 電控鎖是門控系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。目前小區(qū)樓宇門控對(duì)講系統(tǒng)一般都是配備的電控鎖，這種鎖用戶可以用鑰匙自行打開(kāi)，即使是在忘記密碼的情況等特殊情況下也可以用鑰匙將門打開(kāi)。根據(jù)門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。主要有以下兩種種類型： 　　陽(yáng)極鎖：陽(yáng)極鎖是斷電開(kāi)門型，符合消防要求。它安裝在門 框的上部。與電磁鎖不同的是陽(yáng)極鎖適用于雙向的木門、玻璃門、防火門，而且它本身 帶有門磁檢測(cè)器，可隨時(shí)檢測(cè)門的安全狀態(tài)。 　　陰極鎖：一般的陰極鎖為通電開(kāi)門型。適用單向木門。安裝陰極鎖一定要配備UPS電源。因?yàn)橥ｋ姇r(shí)陰鎖是鎖門的。 “陽(yáng)極鎖”的一種停電開(kāi)門的電鎖。切斷電源，電鎖會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。由于此設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)，提供了備用電源，故排除了此種情況，而且電插鎖大多都是用于雙向開(kāi)關(guān)門的門控系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)門控系統(tǒng)僅僅是單向開(kāi)門即可。采用門磁+陰極鎖的方案，為了符合消防要求，在單片機(jī)IO口可設(shè)置消防聯(lián)動(dòng)接口。 在驅(qū)動(dòng)電路中，用單片機(jī)三極管控制繼電器進(jìn)行電鎖的電源通斷，電路原理如圖。在正常閉門情況下，控制電路是不對(duì)電控鎖供電的，經(jīng)單片機(jī)控制三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)電源繼電器接通而使得電控鎖的電源接通，電磁鎖接通指示燈D8亮，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門功能。 。 電控鎖驅(qū)動(dòng)電路 此電路設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)單可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的提示及報(bào)警功能，由單片輸出一開(kāi)關(guān)信號(hào)至三極管，觸發(fā)三極管以實(shí)現(xiàn)此功能。 報(bào)警提示電路對(duì)講系統(tǒng)是此設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的模塊，對(duì)講系統(tǒng)中包含有對(duì)應(yīng)門號(hào)選擇呼叫的功能，設(shè)計(jì)方案是利用單片機(jī)的高低點(diǎn)位對(duì)四位輸出信號(hào)進(jìn)行編碼，后經(jīng)過(guò)譯碼可以各個(gè)用戶進(jìn)行門號(hào)選擇，為了實(shí)現(xiàn)這一功能，采用了多路選擇模擬開(kāi)關(guān)芯片CD4067。CD4067是單16路（單刀16位）模擬開(kāi)關(guān)，各開(kāi)關(guān)由外部輸入二進(jìn)制的地址碼A、B、C、D來(lái)切換。其中腳114和13是地址碼A、B、C、D的輸入端；腳2～9和16～23是開(kāi)關(guān)的輸入/輸出端（開(kāi)關(guān)位）；腳1是開(kāi)關(guān)的輸出/輸入公共端（開(kāi)關(guān)刀）；腳15為控制端片選信號(hào)只有當(dāng)其置低電平時(shí)有效（選通），高電平禁止（開(kāi)關(guān)開(kāi)路）。4位二進(jìn)制碼A、B、C、D共有16種狀態(tài)，所以可以控制16個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷。從真值表上看出，CD4067的工作方式類似譯碼電路，可以將16種信號(hào)轉(zhuǎn)化為16開(kāi)關(guān)的信號(hào)，這種模擬開(kāi)關(guān)具有低的導(dǎo)通電阻和高的斷開(kāi)電阻，被傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)幅度為3V～15V。該圖中0～15是開(kāi)關(guān)的位，X代表開(kāi)關(guān)的公共端刀，它等效一個(gè)單刀多位開(kāi)關(guān)。各開(kāi)關(guān)的切換是由BCD碼作指令，BCD碼的每四位二進(jìn)制碼可對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)的接通，其余開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)。各開(kāi)關(guān)都可雙向傳輸信號(hào)，即各開(kāi)關(guān)允許從n線到1線的信號(hào)傳送（輸入/輸出）或1線到n線的分離（輸出/輸入），以及允許信號(hào)的并/串轉(zhuǎn)換。~,。 　 CD4067的引腳圖 CD4067的真值表 單片機(jī)電路單片機(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)的控制器的核心，完成整個(gè)控制器的控制功能，包括鍵盤的輸入、液晶屏幕的顯示、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)的輸出等功能。 AT89C52管腳圖 單片機(jī)管腳及其分配圖本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是51系列單片機(jī)中的AT89C52，它是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)包含8Kbytes的課反復(fù)擦鞋的制度程序存儲(chǔ)器（PEROM） 和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），期間采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)生，易標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令系統(tǒng)及8952產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，使用與許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場(chǎng)合。它有32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，基本上都能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。單片機(jī)的P0、PPP3均為雙向輸出口，由于此設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)的管腳較多，如上圖所示在設(shè)計(jì)中比較合理的分配了：其中P1口為鍵盤與單片機(jī)的通訊接口；P0 ~~D7的數(shù)據(jù)通訊接口，~，。 4x4矩陣鍵盤電路本設(shè)計(jì)是用AT89S52的并行口P1接44矩陣鍵盤，矩陣鍵盤的每個(gè)按鍵有它的行值和列值 ，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過(guò)兩并行接口和CPU通信。對(duì)鍵盤的處理程序功能：確定有無(wú)鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開(kāi)時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過(guò)軟件查表，查出該鍵的功能及其鍵值。設(shè)計(jì)中方案中的鍵值及其功能如圖中下標(biāo)所示，其中鍵值15為密碼輸入的功能、鍵值14為門號(hào)輸入呼叫的功能鍵值13為歡迎界面顯示，鍵值12為重復(fù)上次的呼叫門號(hào)，09為相應(yīng)數(shù)字。 4x4矩陣鍵盤接線及其鍵值示意圖 1602液晶及其電路本設(shè)計(jì)中使用的1602液晶模塊，它是一種字符型型液晶是一種用57點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的