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1、 . . . 毕业设计（论文）专 业 电子信息工程技术 班 次 09642 姓 名 指导老师 工业学院二0一二年五月 . . . . 智能门禁系统的研究与设计摘要：门禁系统是生活不可或缺的保障设施，由此提出了基于51单片机的多功能电子门禁系统。系统研究了电子密码锁技术，LCD显示技术，串口通信技术，51单片机及时钟和温度读取方法。介绍了电子门禁系统的整体框架、设计方案和具体实现。系统主要完成日期与时间显示，环境温度显示及密码的比较，修改和保存等，当三次输入密码错误或环境温度超过额定值时就报警，且上传信息至上位机。系统主控程序在Keil uVision2集成开发环境下设计实现，整体设计在Prot
2、eus环境下联合虚拟串口仿真成功。【关键词】 门禁系统；电子密码锁；设计目录引 言4第1章 系统总体设计方案及论证51.1 门禁系统的工作原理51.2 门禁系统的总体结构图51.3 门禁系统方案选择61.3.1 显示器的选择61.3.2 温度传感器的选择6第2章 门禁系统主要硬件电路设计72.1 系统核心部分AT89C5272.1.1 AT89C52主要性能72.1.2 AT89C52的引脚及功能72.1.3 信号引脚的第二功能92.2 串口通信92.2.1 串口通信方式102.2.2 串行通信控制寄存器102.2.3 数据发送与接收102.3 电源电路112.4 矩阵键盘电路122.4.1
3、单片机键盘和键盘接口概述122.4.2 单片机键盘接口和键功能的实现132.5 显示电路152.5.1 LCD1602的基本参数及引脚功能152.5.2 LCD1602的指令说明及时序172.5.3 LCD1602的RAM地址映射及标准字库表182.5.4 LCD1602与单片机接口电路192.6 电平转换电路202.6.1电平转换芯片202.6.2 MAX232芯片202.6.3 电路连接图212.7 温度读取电路222.7.1 DS18B20的引脚功能及特性222.7.2 DS18B20的测温原理232.7.3 DS18B20与单片机接口电路242.8 时钟读取电路242.8.1 DS13
4、02的概述242.8.2 DS1302引脚功能及结构242.8.3 DS1302的控制字节252.8.4 DS1302数据输入输出(I/O)252.8.5 DS1302的寄存器262.8.6 DS1302与单片机接口电路262.9 开锁控制电路27第3章 门禁系统软件设计273.1 系统总程序273.2 密码处理程序283.3 时钟子程序293.4 温度子程序30第4章 系统调试及结果分析30结 论32参 考 文 献33致 34引 言随着我国社会主义市场经济的深入发展和未来知识经济时代的临近，门禁系统作为一项安防措施，将会形成更大规模的产业。这方面的社会需求已在逐步升温。作为政府职能的重要组成
5、部分，保障公民生命财产安全和社会的安定，实施综合安全服务工程将会像环保工程、生态农业工程一样，受到社会的关注和公众的欢迎。出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。为了解决这个问题，就出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代。 最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁
6、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，门禁系统的应用领域也越来越广。多功能电子门禁系统的核心是电子密码锁1，可以完成密码的输入，判断，修改和存储。系统主要有三种工作状态。第一种状态：系统上电时LCD显示当前的日期和时间，除功能键外，其它按键被锁住；第二种状态：按一下功能键，LCD显示当时的环境温度, 如果温度超过指定值，就报警，并且上传信息，除功能键外，其它按键仍被锁住；第三种状态：这个状态时，按键被释放，LCD显示输入密码界面，可以完成密码输
7、入，密码修改，密码保存，如果密码输入正确就打开电磁锁，当三次输入密码错误时，系统报警，且上传信息，按键又被锁住。当按下上锁键后，报警结束，且按键都被释放。本设计主要模块是电子密码锁，还具有日期和时间显示，温度显示，超温报警，LED提示，语音报警和上位机通信等功能，方便了用户的操作，可广泛的应用于新型小区单元门、超市的存储柜、智能取款机等。第1章 系统总体设计方案及论证1.1 门禁系统的工作原理 多功能电子门禁系统的核心是电子密码锁，主要有三种工作状态。第一种状态：系统上电时LCD显示当前的日期和时间，除功能键外，其它按键被锁住；第二种状态：按一下功能键，LCD显示当时的环境温度, 如果温度超过
8、指定值就报警，且把系统信息上传到上位机系统，除功能键外，其它按键仍被锁住；第三种状态：这个状态时，按键被释放，LCD显示输入密码界面，可以完成密码输入，密码修改，密码保存，如果密码输入正确就打开电磁锁，且上传系统安全信息给上位机，但当三次输入密码错误时，系统报警，且上传报警信息，按键又被锁住。1.2 门禁系统的总体结构图 多功能电子门禁系统的硬件采用模块化设计，主要包括电源模块，矩阵键盘模块，显示模块，温度读取模块，时钟读取模块，开锁控制模块，报警提示模块和串行通信2模块。多功能电子门禁系统的硬件系统总体框图如图1-1所示：图1-1 多功能电子门禁系统硬件系统总体框图1.3 门禁系统方案选择1
9、.3.1 显示器的选择方案一：LCD1602液晶显示器画质高且不会闪烁，和单片机系统的接口简单可靠，操作方便，体积小，重量轻，耗电量比其它显示器要少得多。而且显示容可以是数字，字母，汉字等，可是亮度不好，尤其在强光下，显示效果更差。通过加大阴罩管的电流，轰击荧光粉，可以改善亮度。方案二：LED数码管3按段数分为七段数码管和八段数码管，结构简单，显示亮度高，价格便宜，使用简单。可是显示效果会受温度影响，出现亮度不均匀等情况，短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏。而且显示容简单，有一定的局限性。综合上述，选择方案一。1.3.2 温度传感器的选择方案一：数字温度传感器DS18B20具有耐磨
10、耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温围为55125，固有测温分辨率是0.5。最为重要的是单片机可以直接读取温度，方便，高效。方案二：集成温度传感器AD590实质上是一种半导体集成电路，线性好、精度适中、灵敏度高、体积小，常用于测温和热电偶的冷端补偿。测温围为-55+150。非线性误差为0.3。可是温度值要通过A/D转换器才能被单片机读取，且线路连接比较麻烦。综合上述，选择方案一。第2章 门禁系统主要硬件电路设计2.1 系统核心部分AT89C522.1.1 AT89C52主
11、要性能 AT89C52具有下列主要性能：l 8KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除周期）。 l 全静态工作：0Hz24MHz。l 三级程序存储器。l 1288字节部RAM。l 32条可编程I/O线。l 2个16位定时器/计数器。l 6个中断源。l 可编程串行通道。l 片时钟振荡器。2.1.2 AT89C52的引脚及功能AT89C52单片机的管脚说明如图2-2所示：图2-2 AT89C52的管脚(1) 主要电源引脚VCC 电源端GND 接地端(2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机部，它是构成片振荡器的反相放大器的输入端。当采用
12、外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到部时钟发生器的输入端。XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(3) 控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/PROG、/PSEN和/EA/VPPRST 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG 当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时
13、目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）。/PSEN 程序存储允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89C52/LV52由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次/PSEN有效（既输出2个脉冲）。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP 外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），则/EA端必须保持低电平（接到GND端）。当/EA端保持高电平（接VSS端）时，CPU则执行部程序存储器中的
14、程序。(4) 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7P2.0 P2.7 和P3.0P3.7P0端口（P0.0 P0.7） P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。P1端口（P1.0 P1.7） P1是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P2端口 （P2.0P2.7） P2是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有部的上拉电阻
