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智能门禁系统设计毕业论文

LGGROUPsystemofficeroom【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

智能门禁系统设计毕业论文

智能门禁系统设计

院系：

信息科学与工程学院

专业班：

电子科学与技术1101班

姓名：

学号：

指导教师：

2015年05月

智能门禁系统设计

DesignofIntelligentAccessControlSystem

摘要

随着社会科学技术和社会经济的快速发展，如今信息技术早己经深入人们生活的各个领域特别是住宅小区的需要。

伴随人们对财物的安全与防盗意识的不断提高，于是对高级住宅区的安全性能和门禁的系统人性化要求越来越高。

智能门禁系统是现在被广泛的使用在各种建筑和楼房中，它是一种的安全性很高的控制管理系统。

现如今，经济社会不断进步，人们对自己生活的要求也越来越高，现在为了保证各方面的安全，开发商一般会建筑物内的主要管理区、楼房的电梯口、数据管理中心、机要库房等重要出入口设置一些保证安全的防护措施，为了解决这些日益显现的安全问题，一种新型智能的门禁系统就诞生了，它能自动辨别出入口人员是否有权限，判断是否开门，控制重要的出入口进出，保证人身财产的安全。

本课题“智能门禁系统设计”是建立在此背景基础上的，是以STC89C52单片机作为系统的核心部件，外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及1602LCD显示电路等。

门禁系统主要由CPU、电源指示、开锁指示电路、振荡电路、蜂鸣器电路、设置按键电路、电机驱动模块、24C02存储模块、RC522读卡模块、LCD显示模块等组成。

采用射频卡完成刷卡进门，通过传感器的相互的协调和无线信息传输技术的应用，设计一套智能化，人性化的智能门禁控制系统。

关键词：

智能门禁系统单片机射频卡无线信息传输

Abstract

Withtherapiddevelopmentofsociety,economy,science,technologyandsociety,andnowinformationtechnologyhadearly-depthallareasoflife,especiallytheneedsoftheresidentialdistrict.Withthecontinuousimprovementofpeople'ssenseofsafetyandsecurityofproperty,thentotheexclusiveresidentialareaofsecurityandaccesscontrolsystemshavebecomeincreasinglydemandinghumane.Intelligentaccesscontrolsystemisnowwidelyusedinavarietyofarchitecturalbuildinganewtypeofmodernsafetymanagementsystems.Today,thesocial-economicgrowth,people'sownliveshavebecomemoresophisticated,andnowinordertoensurethatallaspectsofsecurity,keymanagementareawithinthebuildingdeveloperusually,thebuildingelevator,equipmentcontrolcenter,animportantwarehousethemainentranceandotherimportantsectorsofthechannelmouthsetofsecuritymeasures,inordertomoreeffectivelyachievethegoal,peopledevelopedanewmodernintelligentaccesscontrolsystem,itcanidentifytheidentityoftheentranceofpersonnel,todeterminewhethertoopenthedoor,itcanbeimportantinimportandexportcontrolscanbeveryeffectivetoimprovesecurityandensurethesafetyofresidents.

Theproject"IntelligentAccessControlSystemDesign"isbuiltonthebasisofthisbackgroundtoSTC89C52micro-controllercore,peripheraladdbuzzercontrolcircuit,openlampcircuit,electroniclockcontrolcircuitandthe1602showcircuit.AccesscontrolsystemconsistsofCPU,powerindicator,lockindicatorcircuit,oscillationcircuit,buzzercircuit,setthekeycircuit,motordrivemodule,24C02memorymodule,RC522readermodule,LCDdisplaymodulesandothercomponents.RFswipecardtocompletethedoor.Throughmutualcoordinationsensorsandapplicationofwirelessinformationtransmissiontechnology,designasetofintelligent,humaneintelligentaccesscontrolsystem.

Keywords:

IntelligentAccessControlSystemSingleChipMicrocomputer

RFCardWirelessInformationTransmission

显示程序21

绪论

智能门禁系统如今被广泛的应用，每一个人的生活都或多或少离不开它。

作为一个新型智能的安全控制系统，它融合了机械电子、计算机软件编程、无线通信技术等诸多技术，已经能很好地解决重要区域出入口通道在安全上的问题。

智能门禁系统被应用在各种对安全要求较高的区域，如酒店房间、公司数据库中心机房、各大银行、国家军火库、数据库中心、居民小区、工厂等等。

在科技与网络快速发展的今天，新型智能门禁技术也应运而生，得到了人们的青睐。

现在，门禁系统的概念也发生了变化，早已不是简单的门锁和钥匙，在人们不断地补充和完善下，它已经逐渐发展成熟，成为一套稳定性和安全性较高的控制管理系统。

如今只要在对工作生活的环境安全有要求和公司需要人事考勤管理等这些地方，智能门禁系统就发挥着不容忽视的作用。

智能门禁系统应用比较广泛，只要在此基础上添加一些相应的其他设备，就可以达到对电梯出入控制、停车场车辆进出控制、图书馆书籍借阅管理等，真正的实现便捷的智能管理。

门禁系统又称出入管理控制系统（ACCESSCONTROLSYSTEM），它是用来管理重要出入口通道人员出入控制的系统。

也就是说：

我们可以控制人员什么时候允许进出那些门或者场所，同时如果需要，也可以提供进出的查询记录等等。

目前市面上常见的门禁系统有很多：

非接触感应卡式系统，指纹识别系统，虹膜扫描系统，面部识别系统，语音识别系统等各种技术的系统。

它们有各自的特长，门禁系统的应用领域也越来越广。

感应卡式门禁系统使用场合比较多，但是安全性相对其他门禁系统要低很多。

小区智能门禁系统是用来管理住宅小区出入通道保证居民正常生活的系统。

如今的开发商为了更好的吸引买房者，也越来越重视小区的管理，为了防止不是小区的人员闯入，保证小区居民生命财产安全，于是在小区的入口就会设置一个门禁系统，要想进入小区就必须刷卡。

而在这之前我们大多都是使用一般传统的门锁，也就是一把钥匙一把锁，然而传统的门锁结构相对比较简单，无论门锁结构多么复杂，使用的材料多么坚固，一些人总能通过各种方法把它打开。

而且在一些出入口人员流量比较大的通道如小区门口、酒店客房。

如果使用传统的门锁，应用起来会特别麻烦。

俗话说一把钥匙开一把锁，一旦钥匙丢失，为了保证安全，原来的锁和钥匙就就需要更换，并且传统的门锁在安全系数上比较低。

随着人们对安全需求方面越来越关心，为了解决这些问题、开发市场，于是各种磁卡锁、密码锁等电子锁就应运而生。

也正是由于这些电子锁的出现，在那些重要出入口通道上的管理上人们又有了进一步的提高和加强，因此也使智能门禁控制管理进入了新的时代。

但是凡事有好的一面也有它不好的一面，随着这两种电子锁的在各个领域应用的越来越多，它的问题也逐渐显现出来，这种电子磁卡锁的信息不是很安全，容易被其他人复制，同时随着使用的时间的不断增长，这必将导致卡片与读卡器具之间磨损也会随着逐渐变大，仪器的故障率也会增高。

而电子密码锁同样存在信息泄露上的问题，一旦密码泄露，那么追查起来不容易，也没那么安全。

尽管有很多缺点，但是我们相信在不远的将来，在人类的努力和拼搏下，门禁系统将会越来越智能化，以前的种种缺点将会被解决，取而代之是更便捷、更安全、更人性化的特点，因此我们的生活环境也将变得更加的安全。

让我们期待美好的明天。

1课题研究背景

智能门禁系统的研究目的和意义

从过去到现在，人们都养成使用简单的门锁来防止他们的财产被盗，同时也是防止一些人员在不被允许的情况下进出房间等私密场所，这种简单的方法一直延续了上千年。

然而普通的门锁却始终离不开钥匙，一把钥匙开一把锁的定理持续了很久，但是现如今人们生活中需要加锁的地方变得越来越多，使用传统的门锁就会导致自己需要随身携带很多把钥匙，但是钥匙一旦多了就会带来很多不便。

如果我们每天都需要携带很多钥匙，就会很容易弄混、丢失或者被盗，所以安全性和便捷性很差。

如今，伴随着科技高速发展，传统的门锁早已经不能满足现在人们对生命财产安全方面的需求，为了从根本上改变这种局面，于是智能门禁系统就孕育，它集成了机械、电子、光学、生物识别技术、计算机技术和通信技术等多种新技术，它也是新时代很优秀的产物。

智能门禁系统的现状分析

门禁系统，众所周知也被称为出入口管理系统。

现如今科技飞速发展，智能门禁系统也已进化成为一套较为安全、功能性完善的控制管理系统。

它对通道和出入口的管理已经不是以前简单的钥匙和锁的管理，它能够对内部进行有效的智能化管理。

它不仅能够时时刻刻记录人员的进出时间与进出情况，限制人员的出入范围，而且也可以很好的拒绝非法人物进入。

同时，它也能够有效的保护人们的生命财产不受到他人的侵犯。

门禁管理系统在安全防范系统中扮演着很重要的角色，在当今社会下，门禁系统发展的很迅速，已经被广泛的应用在了办公室，智能大厦，宾馆，智能小区等各种大门、房间、通道的管理。

如今社会，房地产发展如日中天，小区门禁系统也随之成为小区住宅楼不可缺少的安全配套设施，它很好的保护住户的人身和财产安全。

目前，现在对智能门禁系统的研究从开始的认知教育和试用阶段，进入到了研发阶段。

但仍然在智能门禁系统的设计和研发上发现一些问题，比如说：

对国外已有的门禁系统进行仿造；普遍采用国外现有的集成模块，如门禁控制器，识别和读卡模块等；产品的形式较为单一，而且消耗了大量的资金。

在技术层面，当前中国有很多企业模仿国外的门禁系统，目前的做法主要有两种，一种是采购国外厂家生产的系统零部件，比如读写器、门控器等，然后对这些芯片进行二次软硬件的设计。

这种系列的系统性能相对较好，满足那种对安全要求较高的场所也是完全可以应付的，因此这种系统价格也相对比较昂贵。

另外一种是只是购买国外的核心芯片，对国外一些其它优良部件进行研究和仿制。

这种方法依据不同情况，可以作非原则性的变动，能够随时满足人们对门禁系统上的一些合理性要求，并且费用比较少。

从门禁系统的内部结构出发就容易看出，国内大多数的系统是以控制器为核心研制的，而门控器部分则是由国外厂家进行开发。

目前国内先进的智能门禁系统的研发正处于滞后状态，不过我们相信在未来，我国科技人才一定能够研发出完全属于我们自己的智能门禁系统。

研究的目标与内容

智能门禁系统采用STC89C52微控制器作为系统的核心，在外围增加按键电路、蜂鸣器电路、开锁指示灯电路、电机驱动电路以及1602LCD显示电路等。

门禁系统主要由CPU、电源指示、开锁指示电路、振荡电路、蜂鸣器电路、设置按键电路、电机驱动模块、24C02存储模块、RC522读卡模块、LCD显示模块等组成，使用无线射频卡刷卡进门。

本门禁系统的工作原理如下：

（1）当射频卡刷卡时，蜂鸣器就会发出响声，如过此卡权限为有效卡，显示模块将会显示卡号，与此同时驱动电机转动将门锁打开，指示灯点亮，等刷卡结束后电机停止转动将门锁锁闭，指示灯熄灭。

（2）当按下出门按钮时，将门锁打开，指示灯点亮。

（3）程序中含有对射频卡权限的判断，当读卡器遇到射频卡时，显示器显示卡号。

如果是有效卡，指示灯亮起，蜂鸣器响起，电机转动表示门锁打开；如果识别为无效卡时，则系统不采取任何动作。

（4）可以更改射频卡的权限，通过按下相应的存储和取消按钮来实现射频卡权限的赋予和收回。

2系统总体设计

总体设计方案

本课题设计采用STC89C52微控制器作为系统的核心，在外围增加按键电路、蜂鸣器电路、开锁指示灯电路、电机驱动电路以及1602LCD显示电路等。

门禁系统主要由CPU、电源指示、开锁指示电路、振荡电路、蜂鸣器电路、设置按键电路、电机驱动模块、24C02存储模块、RC522读卡模块、LCD显示模块等组成。

此智能门禁系统能实现当射频卡刷卡时，显示模块显示卡号信息，如此卡为合法卡，指示灯点亮，蜂鸣器响起，同时驱动电路将电机转动表示门锁打开。

程序中还增加了射频卡权限的赋予，遇到合法卡时，电机转动，门锁打开，如果想收回权限，只要在刷卡的时候按下取消按钮，那么这张卡就变成非法卡，无法打开驱动电机转动将门锁打开。

而当非法卡刷卡时，显示卡号但电机不转动门锁不打开，如果赋予这张卡权限，只要在刷卡的时候，按下存储按钮，这张卡就会变成合法卡，就能是电机转动，打开门锁。

RFID（射频识别）技术:

是一种无线通信技术，它可以通过无线射频信号来辨别特定目标，同时读写相关数据，也就是两者不用通过接触就可以建立联系。

它是利用无线射频信号的空间耦合传输特性，来实现对能目标物体的自动识别。

射频识别技术是本世纪十大重要技术之一，这早已被世界所公认。

基本的RFID系统，一般含有以下几个部分：

一个是存储有目标物相关信息的智能卡（即RFID智能卡）、在读写器和RFID单元之间传输RF信号的天线、一个则来接收来自RFID智能卡返回的RF信号并将解码的数据传到主机系统以供处理的RFID读写器。

目前，射频识别系统如今在物联网、物流交通管理、仓储管理以及生产线追踪等领域被广泛的应用，也正是因为这些技术，极大的提高了效率，给社会创造了巨大利益。

CPU的选择:

在这个课题的设计上，选择了51单片机系统，因为单片机发展成熟且完善，此次设计功能上不是特别复杂，也没有复杂的运算，只有几个外接电路，况且单片机的成本较低，而且功能也完全可以满足此次课题设计。

虽然DSP和ARM系统在功能和拓展上都比51单片机系统要高，但是它们价格都相对昂贵，而且对于本次课题设计而言，性能也有过剩。

因此，结合自己所学的知识和性价比，经过比较最终选择了技术成熟、价格便宜、设计简单、使用方便的单片机平台。

射频卡的选择：

目前市面上有很多种类的射频卡。

条码和磁卡，我们见的比较多，现如今超市和银行使用的都是这种卡，个人的银行卡都是磁卡。

接触式IC卡，大家过去见的比较多，就是要用公共电话拨电话时使用的卡片（然而随着手机的普及，公共电话也早已退出人们的视野），但接触式IC卡，芯片外露易坏、易折。

而非接触式IC卡也就是无线射频卡，由于它的芯片和线圈都设计在卡片内，和接触式IC卡相比，前者比较牢固不易被损坏、能适应恶劣的环境，可靠性很高，所以市面上普遍使用这种卡。

根据上面的分析，最终选择目前被广泛应用的，而且成本不高可靠性好的IC卡，也就是市面上较多的MIFARES50卡。

总体设计思路

此次设计以STC89C52单片机为控制核心，当IC卡靠近RC522读卡模块时，读卡模块识别到IC卡的信息，然后判断是否是有效卡，并将信息传给单片机，然后控制1602显示器显示IC卡的信息，如果是有效卡，单片机将会点亮指示灯，并使电机转动用来表示门锁打开，如果是无效卡，指示灯不会点亮电机也不会转动。

如果要将权限赋予新卡，将卡贴近，按下存储键，那么新卡的信息就会被存储在24C02存储器中，同理如果要收回有效卡的权限，只要将卡贴近，按下删除键即可。

智能门禁系统平台硬件框架图如图2-1：

图2-1硬件框架图

软件设计上，根据功能有以下几个模块编程。

包括主程序模块、读卡模块、显示模块，存储模块、延时子程序模块和中断子程序模块等。

当卡片靠近读卡模块时指示灯亮起，屏幕显示卡片信息，然后程序判断权限，如果合法，开锁模块程序点亮指示灯，使电机转动。

如果不是合法卡，是否赋予权限，如果赋予权限电机转动，指示灯亮起，如果不赋予则返回。

智能门禁系统软件流程图如图2-2。

图2-2软件流程图

3硬件设计方案

最小系统设计

智能门禁系统采用的是STC89C52微控制器作为控制核心，这款单片机是由STC公司研发的，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。

内部含有8K字节的Flash，512字节的RAM，32位的I/O口线，看门狗定时器，4KBEEPROM和MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

可以看出89C52单片机功能还是很强大的，完成此次课题设计也是措措有余。

根据这款单片机的特点，然后结合本次课题设计的要求，控制核心需要实现下面的几个功能：

（1）接收读卡模块发送过来的数据，并进行处理。

（2）控制电机转动和蜂鸣器。

（3）控制1602LCD输出显示。

（4）处理键盘反馈的数据。

89C52单片机引脚，如图3-1：

图3-189C52引脚图

在89C52单片机的基础上，STC89C52微控制器作为系统的核心，在外围增加按键电路、蜂鸣器电路、开锁指示灯电路、电机驱动电路以及1602LCD显示电路等。

构成了智能门禁系统的控制电路。

如图3-2，到连接上拉排阻，同时接1602数据总线，1脚接VCC，加上拉电阻增加电流。

9管脚接复位电路；X1和X2接晶振电路。

P22管脚接蜂鸣器电路；与P31和P32连接的分别为取消和存储按钮；P13、14、15、16连接RC522读卡模组；P23管脚接电机驱动模组。

图3-2智能门禁最小系统原理图

各单元电路原理

蜂鸣器电路

图3-3蜂鸣器原理图

蜂鸣器原理图，如上图3-3所示：

单片机通过来控制蜂鸣器的工作与关闭，通过三极管放大电流使蜂鸣器发出响声。

当=1时，PNP三极管关闭，蜂鸣器停止工作。

当=0时，PNP三级管导通，蜂鸣器开始工作。

从而单片机只需要输出0或者1开关控制蜂鸣器即可。

功能说明：

（1）刷卡时，蜂鸣器响起，二极管被点亮说明此卡为有效卡。

（2）刷卡时，蜂鸣器没有响应，二极管也没反应，说明此卡为无效卡。

（3）没有卡时，蜂鸣器没有响应，二极管也不会点亮。

显示模块

课题的显示部分选择采用1602LCD液晶显示，该方案具有低压、功耗低，平板型结构、所能显示的信息比较多、没有电磁辐射、而且使用寿命长等优点。

1602液晶也叫1602工业字符型液晶，是一种能够显示字母、数字和符号等的点阵型液晶模块。

它的构成是由多个5*7或者是5*11的点阵字符位，其中每一个字符位都可以显示一个字符，同时字符位之间都有一个点距的距离，每行之间也有一个点距的距离，因此起到了字符与字符和行与行之间的间隔作用。

1602LCD可以显示两行，每一行有16个工业字符液晶模块，总共能显示32个字符和数字。

这些字符包括常见的阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等，每一个字符对都应着一个唯一的编号，也就是一个特定的代码。

举个例子：

为了显示阿拉伯数字“1”，而“1”对应的代码是00110001B（31H），显示时模块调用地址31H中存储的点阵字符图形并将其显示在液晶屏上，于是我们就能看到阿拉伯数字“1”。

市面很多的字符型液晶都是在HD44780液晶芯片基础开发来的，由于它们的工作原理相同，因此只要是能在HD44780液晶芯片上运行的程序，都可以应用在其它的字符型液晶上。

此次课题设计之所以使用1602LCD,是因为设计要求显示的内容不多，只需显示提示刷卡和刷卡时的卡号。

用1602LCD显示能够达到预期的效果，而且价格相对便宜。

系统初始化时，显示器第一行显示：

“PUSHYOURCARD!

”，表示请你刷卡；第二行显示：

“CARDNUM:

2”，表示当前系统刷过并且被记录下来的有的卡的张数。

当有卡刷入时，第一行显示射频卡类型，第二行显示卡号。

1602显示电路原理图，如图3-4所示：

图3-41602显示电路原理图

控制电路

为了给此次课题设计加入更人性化的功能，特加入了可以更改射频卡权限的功能，当射频卡靠近读卡模组，若是新卡（即无权限卡）时，电机是不会转动的，如果要赋予这张卡的权限（即当这张卡靠近读卡器时电机能转动门打开），只要按一下Store存储按键，即可将这张新卡存储下来。

当下次这张卡再次靠近时，就能显示卡号把门打开。

同理，要想收回旧卡的权限，让旧卡刷卡时不能让门打开，只要在靠近读卡器的时候按一下Cancle取消按钮即可收回权限。

图3-5为按键原理图。

图3-5按键原理图

读卡模块

此次课题设计上采用了市面上比较普遍的RC522读卡模组。

RC522感应式读卡器主要是非接触式晶片的读卡模组，市面上使用的125KHz非接触式RFID晶片或者与其它规格较为类似的产品，它都可以进行信息的读取与数据的判断，开发者可以一次性开发感应式读卡以及相关应用系统，RC522模块主要应用有：

公交一卡通、智能门禁管理系统、人员签到管理、动物或物品辨识及产品管理。

此读卡模组主要具有如下优点：

（1）系统有较高的独立性，二次开发比较容易，安装较为简单

（2）对卡片的信息读取稳定性好

（3）系统有较高的安全性，RFID信息不重复，而且难以被复制

（4）可自主选择数据输出格式

缺点：

主机必须24小时开机，否则数据传送会中断。

硬件/软件功能：

RC522非接触式读卡器系统如图3-6所示：

使用RC522读卡模块，在5-7cm距离内读取时间不超过70ms。

非接触式读卡系统电源为5V，系统中最重要的部分是感应线圈，它既可以与系统分开，也可以囊括在系统中，注意要将金属板放在线圈前面，这是为了防止电磁场造成干扰。

图3-6读卡模块图

数据输出格式：

输出48位6个字节