基于MSP430单片机的智能门锁控制系统设计毕业设计Word文档下载推荐.docx
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系统的需求分析一般分功能性需求和非功能性需求两方面。
功能性需求是指系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；
非功能需求包括系统性能、成本、功耗等因素。
本设计适应着科技的发展，有相当一部分的科技人员正在研究开发这个项目，因此本系统具有技术可行性。
本系统中还包括了后台对电子门的控制，现在有专门从事这种后台操作的工作人员，统一对电子门锁系统进行管理和技术维护，因此本系统还具有一定的管理可行性。
（三）系统整体设计方案
描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的硬件、软件选型等。
一个好的体系结构是设计成功的关键，根据上面的可行性和需求分析，我制定了系统基本功能的设计方案，识别卡之后：
（1）系统自动读取IC卡程序，用一个中断程序，只可对IC卡执行继续工作，对其他类型的卡不可识别。
（2）系统接着自动读取IC卡密码，若此卡已经过期，则自动中断，不可识别。
（3）识别卡后，若IC卡有效，则液晶屏幕显示汉字：
请输入密码。
（4）从键盘输入密码，读入密码，并在屏幕上以*显示。
（5）单片机比较两个密码。
若不同，则中断程序，并将程序跳到（4），最多循环三次，若仍不相同，则系统收回对IC卡的使用权；
若相同，则门自动开锁。
图1.1
（四）所需功能模块
通过系统的需求分析和可行性研究得出系统所要实现的功能，并得出实现这些功能需要用到以下几个功能模块，包括：
IC卡模块、存储器模块、LCD液晶显示、键盘模块、电子门锁开启及报警模块。
其中的电子门锁开启及报警模块与一个发光二级管和一个报警笛相连，当系统通知电子门锁开启及报警模块可以将电子门打开时，门锁自动打开，在本设计中用绿灯亮来表示电子门打开；
当系统运行三次比较密码程序后，若两个密码仍不相同，则系统就通过电子门锁开启及报警模块通知警笛报警。
其他的功能模块在以下的论文中会做详细的介绍，这些功能模块都是以MSP430单片机中的MSP430F149为核心实现的。
二系统组成结构及硬件设计
（一）系统组成
智能门锁控制系统的思想是由用户向系统提供身份信息和个人密码作为开锁请求，经系统与既有的电子帐户核对后，确定是否执行开锁步骤。
同时，系统还提供对电子帐户的管理功能，如查询，修改添加和删除功能。
对这一设计思想进行抽象，就可以建立起对整个系统的逻辑层次。
1收集层
收集层是智能门锁控制系统与用户互动的桥梁，完成对用户各种请求信息的收集，是整个系统中十分重要的部分。
要收集的信息包括用户卡信息用户个人密码用户查询要求等。
该层次的具体组件包括硬件上的读卡器键盘和管理软件程序界面。
2处理层
处理层是完成对已收集到的信息的处理，主要负责对用户信息的验证，控制门锁开关和对电子帐户的各种管理工作。
这一层完全由上层管理软件构成，是整个智能门锁控制系统的核心，是实现智能化的关键。
3通信层
有了收集到的信息和经过处理的信息，还必须让信息在整个系统中流动，这就要靠通信层。
通信层的最主要部分是连接信息收集层和信息处理层的单元。
通信层的主体采用RS232串行通信口线的信息传输媒介，负责单片机和上位机的通信。
4执行层
处理层对通信层传过来的信息进行判断处理，确定其合法性以后，把控制权交给执行层。
执行层主要负责将弱电信号转化为强电信号，开锁信号灯显示报警显示等。
它是整个系统的最终执行者。
（二）系统结构
从宏观上看整个系统的构造如图2.1
图2.1系统宏观结构
1锁体
所提部分采用电磁锁这种所利用关门时人对锁体内部弹簧做功的势能存储起来作为开锁的动力，当锁体内的一块电磁铁通电时，就触发弹簧把锁打开，既可以用电信号控制开锁，所需的控制电流大约为1.5安。
1单片机系统
单片机系统是信息收集层的核心部分，其结构如图2.2
图2.2单片机系统
它承担读取用户卡片和密码信息，与上位微机串行口通信的全部任务。
主控芯片选用MSP430单片机；
通信部分采用SP3220与微机串口进行通信；
芯片和锁体之间采用继电器，使芯片引脚提供的MA级电流可以驱动A级电流的电磁锁。
通过单片机对卡片读写器与键盘的控制，可以读取用户卡片信息和密码，并由单片机和上位微机通信识别用户合法性，确定是否开锁。
整个单片机系统得工作电源采用外接电源。
2微机系统
微机系统全部由软件组成，其构造如图2.3.
微机系统主要处在信息处理层。
主要信息处理程序分为两部分，分别完成对开锁请求的合法性和验证，以及实现用户对用户表和登陆日志这两个数据库的查询类请求。
与单片机的交互通信由串行通信程序集中处理，用于接受开锁请求和发送验证结果。
图2.3微机系统结构
（三）硬件设计方案
根据控制系统的的工作原理和工作过程，整个系统硬件分为三大部分：
用户卡读取器键盘单片机核心。
1用户读取器
采用太阳卡，该卡为光电卡，采用光电传感器把卡上的信息转化为计算机可以处理的信号。
光电传感器是以光敏元件作为转化元件的传感器，在此使用光敏三极管。
使用光敏元件的特性，设计读取电路单元见图2.4
图2.4读取电路
当控制端为高电平+5V时电平读取端始终为高电平；
当控制端为低电平0V时，读取端的电平取决于光敏元件的状态；
当光敏元件受到光照而导通时，由于电阻的下拉作用，读取端为低电平，反之为高电平。
这样就可以把光电卡上的通孔所记录的信息转化为电信号。
2键盘硬件电路设计与实现
本系统采用薄膜式键盘，12个按键，34阵列，有10个数字键（0-9），2个功能键“确定”与“取消”，供程序处理输入完毕和输入错误后重新输入得情况。
键盘读取方式为翻转式读取，程序代码简单可靠。
3单片机电路设计与实现
单片机式整个门锁控制系统得总控制者和总操作者，负责读取用户卡得信息和用户密码，同时负责与上位机通信：
发送用户卡片信息和用户密码，并接受上位机命令，控制门锁开启。
（1）电源模块
以保证单片机系统得正常工作。
图2.5电源模块
（2）复位电路
图2.6复位电路
（3）与微机串行接口
由于单片机与上位机通信时接口电平不同，因此需要进行接口转换，这里采用SP3220芯片来完成接口电平的转换。
SP3220具有功耗低，封装小等特点，此芯片具有以下特点：
✓宽电压供电。
供电电压为3.0V——5.5V
✓上传速率可以达到235Kb/s
✓低功耗的电流为1µ
A
✓增强性ESD规范
通信电缆的连接方式如图
图2.7串口模块
（4）单片机与门锁接口电路设计与实现
单片机接收到上位微机发来的用户合法信息后，置MSP430得P6口为高电平进行开锁操作。
芯片提供的电流很小（mA级），而开锁需要得电流大于1.5A，需要进行信号放大。
采用2级放大电路，第一极由三极管组成，第二极由继电器组成。
MSP430芯片上的P6引脚信号进入三极管的基极B，使电流从集电极流向发射极，进入继电器的触发端，让继电器内部的开关闭合，接通大功率电源与电磁锁，完成开锁。
三MSP430系列单片机
单片机（微控制器MCU）技术已经渗透到生产和生活的各个方面，从不同家电通讯设备到工业自动化产品，处处可见单片机的身影，单片机技术和正改变人类的生活。
在单片机技术领域，89C51系列为中国大陆应用最广泛的品种，而MSP430单片机是在1996年问世的，在1998年被杭州利尔达公司引进到中国（IT公司产品）。
MSP430单片机可被称为当今的绿色16位单片机，由于该系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，所以支持MSP430单片机的一节电池可以工作10年，比较适合于电池应用或者手持设备
（一）MSP430单片机简介
1在结构上MSP430系列单片机集成了一部计算机的各个基本组成部分。
虽然其工作原理与普通微机并无差异，但MSP430系列单片机在结构上更加突出了体积小、功能强、面向控制的特点，具有很高的性能价格比。
2MSP430系列单片机由CPU、存储器和外围模块组成，这些部件通过内部地址总线、数据总线和控制总线相连构成单片微机系统。
3MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集的宗旨来设计的。
具有丰富的寄存器资源、强大的处理控制能力和灵活的操作方式。
4MSP430的存储器结构采用了统一编址方式，可以使得对外围模块寄存器的操作象普通的RAM单元一样方便、灵活。
MSP430存储器的信息类型丰富并具有很强的系统外围模块扩展能力。
（二）MSP430系列单片机特点
1低电压，超低功耗
MSP430系列单片机在1.8-3.6V电压，1MHZ的时钟条件在运行，耗电电流（0.1-400µ
A之间）因工作模式不同而不同；
具有16个中断源并可以任意嵌套，使用灵活方便；
用中断请求将CPU唤醒只需要6µ
S，可编程出实时性特别高的源代码；
可将CPU至于省电模式，以中断方式唤醒程序。
2强大的处理能力
MSP430系列单片机为16位RISC结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址，4种目的操作数寻址），简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；
大量的寄存器以及片内数据存储器都可以参加多种运算；
还可以高校的查表处理方法；
有较高的处理速度，在8MHZ晶体驱动下，指令周期为125µ
S。
这些特点保证可以编制出高效率的程序。
3高性能模拟技术及丰富的片内外设
MSP430系列都集成了丰富的片内外设，它们是以下一些模块的不同组合：
看门狗（WDT）定时器A（TIMER_A）定时器（TIMER_B）
比较器串口0，1（USART0,1）硬件乘法器
液晶驱动器10/12位ADC14位ADC
端口0端口1-6基本定时器
4系统工作稳定
上电复位后首先有DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，以保证晶体振荡器有足够起振及稳定时间。
然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。
如果晶体振荡器用作CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；
如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
5方便高效的开发环境
目前MSP430系列有四种类型器件：
OTP,FLASH,EPROM,ROM。
这些器件的开发手段不同。
对于OTP和ROM型器件是用相对应的EPROM型器件作为开发片，或使用仿真器开发成功之后再烧写或掩膜芯片；
我而对于FLASH型则有十分方便的开发测试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可以电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。
这种方式只需要一台PC和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。
开发语言有汇编语言和C语言。
6工业级产品
MSP430系列均为工业级，运行环境温度为-40-+85℃
（三）MSP4301XX系列引脚图
图3.1MSP430F14X系列单片机引脚图
引脚表
引脚
I/O
说明
P1.0/TACLK
12
通用I/O引脚/TIMER_A，TACLK时钟信号输入
P1.1/TA0
13
通用I/O引脚/TIMER_A
P1.2/TA1
14
通用I/O引脚/TIMER_A
P1.3/TA2
15
P1.4/SMCLK
16
通用I/O引脚/SMCLK信号输出
P1.5/TA0
17
通用I/O引脚/TIMER_A，比较：
OUT0
P1.6/TA1
18
OUT1
P1.7/TA2
19
OUT2
P2.0/ACLK
20
通用I/O引脚/ACLK输出端
P2.1/TAINCLK
21
通用I/O引脚/TIMER_A,INCLK时钟信号
P2.2/CAOUT/TA0
22
P2.3/CA0/TA1
23
P2.4/CA1/TA2
24
P2.5/Rosc
25
通用I/O引脚/外接一电阻用来确定DCO频率
P2.6/ADC12CLK
26
通用I/O引脚/12位A/D转换器转换时钟
P2.7/TA0
27
P3.0/STE0
28
通用I/O引脚/从机传输使能-USART0/SPI模式
P3.1/SIMO0
29
通用I/O引脚/USART0/SPI从输入或主输出
P3.2/SOMI0
30
通用I/O引脚/USART0/SPI从输出或主输入
P3.3/UCLK0
31
通用I/O引脚/外部时钟输入（）
P3.4/UTXD0
32
通用I/O引脚/发送数据输出USART0/UART
P3.5/URXD0
33
通用I/O引脚/接收数据输入USART0/UART
P3.6/UTXD1
34
通用I/O引脚/发送数据输出USART1/UART
P3.7/URXD1
35
通用I/O引脚/接收数据输入USART1/UART
P4.0//TB0
36
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR0
P4.1/TB1
37
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR1
P4.2/TB2
38
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR2
P4.3/TB3
39
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR3
P4.4/TB4
40
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR4
P4.5/TB5
41
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR5
P4.6/TB6
42
通用I/O引脚/捕获I/P，PWM输出口定时器B_7CCR6
P4.7/TBCLK
43
通用I/O引脚/定时器B_3输入时钟TBCLK
P5.0/STE1
44
通用I/O引脚/从机发送使能---USART1/SPI
P5.1/SIMO1
45
I/O
通用I/O引脚/USART1的从输入，主输出或SPI方式
P5.2/SOMI1
46
通用I/O引脚/USART1的从输出，主输入或SPI方式
P5.3/UCLK1
47
通用I/O引脚/外部时钟输入
P5.4/MCLK
48
通用I/O引脚/主系统时钟MCLK输出
P5.5/SMCLK
49
通用I/O引脚/子系统时钟SMCLK输出
P5.6/ACLK
50
通用I/O引脚/辅助时钟ACLK输出
P5.7/TBOUTH
51
通用I/O引脚/切换所有的PWM数字输出口为高阻抗
P6.0/AO
59
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道0
P6.1/A1
60
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道1
P6.2/A2
61
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道2
P6.3/A3
2
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道3
P6.4/A4
3
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道4
P6.5/A5
4
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道5
P6.6/A6
5
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道6
P6.7/A7
6
通用I/O引脚/12位A/D转换器模拟输入通道7
RST/NMI
58
I
复位输入/不可屏蔽中断输入口，或自动加载程序启动
TCK
57
测试时钟
TMS
56
测试方法选择，器件编程与测试的输入口
TDI
55
测试数据输入口，器件的保护熔丝被连接到TDI
TD0/TDI
54
测试数据输出口/编程数据输入口
Veref+
10
I/P
送到模拟转换器ADC12的外部基准电压
VREF+
67
O
模数转换器ADC12内部基准电压的正输出端
VREF-/VEref-
11
模数转换器ADC12内部基准电压和外部加的基准电压负端
XIN
8
晶体振荡器XT1的输入口
XOUT/TCLK
9
晶体振荡器XT1的输出口或测试时钟输入口
XT2IN
53
晶体振荡器XT2的输入口，只能接标准晶体
XT2OUT
52
晶体振荡器XT2输出口
AVCC
64
模拟电源的的正输入端，送到ADC12的模拟部分
AVSS
62
模拟电源的的负输入端，送到ADC12的模拟部分
DVCC
1
数字电源的正输入端
DVSS
63
数字电源的负输入端
（四）主要功能部件
1CPU：
MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令
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