基于单片机的门禁系统的设计文档格式.docx

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指导教师签名：

基于AT89S52单片机的宾馆套间门禁系统的设计

摘要

随着人们对安全的重视和科技的发展，许多电子智能锁（指纹识别、IC卡辨认）已在国内外相继面世。

但是这些产品的特点是针对特定的指纹和有效卡，只能适用于保密要求的箱、柜、门等。

而且指纹识识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。

加上其成本较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。

鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品的主流。

本课题设计的门禁系统主要采用AT89S52单片机作为控制核心，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4位数码管显示电路等。

门禁系统主要组成：

由CPU、复位电路、时钟电路、工作指示、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、4X4矩阵键盘输入模块、四位共阳显示模块、烟雾传感器感应模块等组成。

其门禁系统的工作原理：

由输入模块输入密码，显示模块显示数位。

如果密码正确，则门控锁电路的继电器动作控制门锁打开，同时指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。

当按下出门按钮时亦如此；

如果密码错误，则蜂鸣器发出声响，同时指示灯点亮。

从而实现门禁。

当烟雾传感器感应到灾情时，蜂鸣器发出声响，门控锁电路的继电器动作控制门锁打开。

本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。

关键词：

AT89S52单片机，门禁，MQ-2烟雾传感器，ADC0809芯片

BasedonthehotelsuitesAT89S52SCMentrance

guardsystemdesign

Abstract

Aspeopletosafetyattentionandthedevelopmentofscienceandtechnology,manyelectronicintelligencelock（fingerprintidentification,ICcardrecognize）hassetupafileinthedomesticandforeignhaveappeared.Butthecharacteristicsoftheseproductsforaparticularfingerprintsandeffectivecard,onlyapplicabletowardsecrecyfromaparochialviewofthebox,ark,requestdoor,etc.Andifafingerprintreaderingeneralpublicuseexistingeasymechanicaldamage,ICcardthereareeasilylost,damaged,etc.Plusitscostishigher,toacertainextent,limitsthepopularizationandpromotionoftheproducts.Inviewofthetechnicallevelandmarketreceivingdegree,electroniclocksisthiskindofelectronicsecurityproductsofthemainstream.

ThissubjectmainlybytheentranceguardsystemdesignofAT89S52SCMascontrolcoreandperipheryaddabuzzercontrolcircuit,openthedoorindicatorlightcircuit,controlcircuitandcontrollockfourdigitaltubedisplaycircuit,etc.Entranceguardsystemmaincomposition:

bytheCPUandresetcircuit,oscillatingcircuit,workinstructions,abuzzercircuit,doorcontrolcircuit,gooutandlockbutton4X4keyboardinputmatrix,fourmodulesofYangdisplaymodule,smokesensorsinthemodule.Itsentranceguardsystemworkingprinciple:

theinputpasswordinputmodule,displaymoduledigitaldisplay.Ifthecorrectpassword,thelockofthedoorcontrolcircuitrelayactioncontroldooropen,andatthesametimeindicatorlight,delayafterperiodoftimerelayactionwillagainonlydoorlock,lightsgoout.Whenthepressthebuttonwhengoouttoo;

Ifthepasswordmistake,thenabuzzersound,andatthesametimeindicatorlight.Soastorealizetheentranceguard.Whenthesmokesensorstodisaster,abuzzermakenoise,lockthedoorcontrolcircuitrelayactioncontroldooropen.Thesystemissimpleindesign,goodperformance,andhaspracticalvalue.

KeyWords:

AT89S52SCM,accesscontrol,MQ-2smokesensor,ADC0809chip

3.2.8.1ADC0809简介..............................................................................................15

3.2.8.2ADC0809与AT89S52的接口设计.............................................................17

结论...............................................................................................................................................28

附录2系统PCB图......................................................................................................................44

附录3实物图................................................................................................................................45

第1章绪论

1.1论文研究的背景和意义

随着现代化经济建设和管理的发展，各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，对门禁系统的需求正发生着重大的变化，其核心是对门锁及其开启、关闭实现智能化管理。

最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长。

在现今社会，随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛，因此门禁系统的研发已成为现代科技领域的一个热门课题。

通过本论文的研究，我不仅了解门禁系统的相关知识，还掌握了AT89S52系列单片机的性能特点及连接使用，编程方法，以及一些外围芯片的使用及模拟电路的设计。

1.2门禁系统的现状和发展趋势

电子门锁是近几年随着电子计算机技术的提高发展起来的，随之而产生的接触式智能IC卡和密码键盘门禁系统也越来越被人们重视和使用。

它改变了以往如闭路监控、防盗报警等安防产品被动的安防模式，以主动控制替代了被动监视。

从而便构成一个现代化的门禁系统。

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁为主的门禁系统逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。

随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的问世，出现了带微处理器的智能密码锁，它除具有电子密码锁的功能外，还引入了智能化管理、专家分析系统等功能，从而使密码锁具有很高的安全性、可靠性，应用日益广泛。

而且指纹识别器若在公共场所使用存在容易机械损坏，IC卡还存在容易丢失、损坏等特点。

鉴于目前的技术水平与市场的接收程度，电子密码锁是这类电子防盗产品发展趋势的主流。

1.3论文主要设计内容

本设计的目的是利用单片机对门禁系统进行控制。

本设计所采用的控制芯片为AT89S52单片机，此芯片功能强大，能够满足设计要求。

通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，使得单片机作为控制器核心，对门禁系统的工作过程进行控制，并用声音将门禁系统的一些工作过程进行提示，使控制过程更人性化。

使用4X4矩阵键盘作为输入模块，通过四位共阳数码管显示数据，利用5V继电器控制门的状态通过MQ-2烟雾传感器对室内和室外烟雾浓度进行检测，并将产生的模拟信号，通过ADC0809进行A/D转换送入单片机；

再利用单片机控制蜂鸣器是否进行报警。

第2章系统总体设计方案

2.1系统方案的比较

2.1.1选题论证

门禁管理系统的应用范围和目的：

门禁管理系统主要应用范围包括：

各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，并配合消防、监控、防盗等系统实施安防联动，以实现最大意义上的安全保护。

门禁系统的最基本的三要素为“3W”：

When（何时）、Where（何地）、Who（何人）。

即什么人在什么时间可以出入什么地点，以增强安全管理的便利性和实时性，实现对出入口进行科学、有效地管理。

电子密码锁门禁管理系统的优越性：

在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。

在现今社会，随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛，特别是在各式各样的宾馆。

因此门禁系统的研发已成为现代科技领域的一个热门课题。

也正是由于门禁系统实用性强，市场需求大，应用广泛，我们便选此作为研究设计的课题。

2.1.2CPU的选择

我们在这个课题的设计上采用了AT89S52单片机系统，之所以采用单片机系统是由于成本较低，功能完全可以满足，发展也比较成熟且完善。

而DSP、ARM系统虽然科技含量高于51单片机系统，但是其价格昂贵并且发展尚未成熟。

因此，根据我们学的知识和市面上的应用，经过比较我们选择了技术成熟、价格便宜、设计简单、使用方便的单片机平台。

图2-1AT89S52引脚图

引脚说明：

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能：

P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入，时钟输出）；

P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）；

P1.5MOSI（在系统编程用）；

P1.6MISO（在系统编程用；

P1.7SCK（在系统编程用）。

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

端口引脚第二功能：

P3.0RXD（串行输入口）；

P3.1TXD（串行输出口）；

P3.2INTO（外中断0）；

P3.3INT1（外中断1）；

P3.4TO（定时/计数器0）；

P3.5T1（定时/计数器1）；

P3.6WR（外部数据存储器写选通）；

P3.7RD（外部数据存储器读选通）。

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：

外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2.2系统总体设计方案简介

门禁系统主要组成框图如2-2所示：

图2-2门禁系统的主要组成

由CPU、复位电路、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、A/D转换模块模块、感应模块、显示模块等组成。

门禁系统的工作原理：

第3章系统硬件电路的设计

3.1AT89S52单片机最小系统的设计

3.1.1AT89S52单片机的简介

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

主要性能：

1、与MCS-51单片机产品兼容；

2、8K字节在系统可编程FLASH存储器；

3、1000次擦写周期；

4、全静态操作：

0Hz-33MHz；

5、三级加密程序存储器；

6、32个可编程I/O口线；

7、三个16位定时器/计数器；

8、六个中断源；

9、全双工UART串行通道；

10、低功耗空闲和掉电模式；

11、掉电后中断可唤醒；

12、看门狗定时器；

13、双数据指针；

14、掉电标识符。

3.1.2时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。

单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。

在AT89S52单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。

在AT89S52芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。

AT89S52的时钟电路如图3-1所示：

图3-1时钟电路

用晶振和电容构成谐振电路。

电容C1、C2容量在15～40pf之间，大小与晶振频率和工作电压有关。

但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用30pf的电容作为微调电容。

在设计电路板时，晶振、电容等均应尽可能靠近芯片，以减小分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。

3.1.3复位电路

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从0000H单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化以外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境也需按复位键以重新启动。

AT89S52芯片内部有复位电路，RST引脚是复位信号的输入端高电平有效，复位方式有自动复位和手动复位两种。

本单片机系统采用手动复位方式复位。

AT89S52的复位电路如图3-2所示：

图3-2复位电路

3.2各部分电路原理

3.2.1工作指示灯电路

图3-3工作指示灯电路

电路组成如图3-3：

工作原理：

当P3.4口输出低电平时，D2导通，绿色发光二极管点亮，指示密码正确门锁打开。

当P3.5口输出低电平时，D3导通，红色发光二极管点亮，指示密码错误门锁不打开。

3.2.2蜂鸣器报警电路

图3-4蜂鸣器电路

电路组成如图3-4：

以Q6的基级作为蜂鸣器控制信号的输入端与P2.6口相连，主要由蜂鸣器、三极管9012以及10K的偏置电阻组成。

当P2.6输出高电平时，Q6截止，蜂鸣器电路断开，蜂鸣器不发出声响。

当P2.6输出低电平时，Q6导通，蜂鸣器电路闭合，蜂鸣器发出声响。

若蜂鸣器发出声响表示密码输入错误或者烟雾传感器感应到灾情。

3.2.3出门按钮

图3-5出门按钮电路

电路组成如图3-5

当按下出门按钮时，给P2.7口输入低电平。

继而通过单片机控制门控锁电路打开门锁以及点亮开门指示灯。

3.2.4门控锁电路

图3-6门控锁电路

电路组成如图3-6：

以Q5的基极作为门控信号的输入端与P3.2口相连。

此电路由5V继电器、交流电机、开关二极管、三极管9013以及10K的偏置电阻组成【2】。

如图3-6所示门锁接于继电器常闭端。

当P3.2口输出高电平时Q5导通，此时继电器的控制线圈闭合，继电器动作，继电器常闭端断开，即电机断电，门处于锁死状态。

当P3.2口输出低电平时Q5截止，此时