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1、嵌入式微控嵌入式微控 S08AW 原理与实践原理与实践题 目： 楼层单元门禁系统的设计 学 院： 电气工程学院 班 级： 自动化 xxx 姓 名： xx 学 号： xx 楼层单元门禁系统的设计摘 要对通道进出权限的控制（密码输入进门的控制）；对讲系统（可实现门外和住户的对话及开门控制）。在异常情况下（输入密码错误）实现报警；本系统的核心器件是单片机，通过对单片机已经写入得程序的实现上述功能。可实现普通机械门锁所不能实现的自动门控系统。关键词：关键词：5151 单片机；门禁系统；对讲通话系统；单片机；门禁系统；对讲通话系统；ProteusProteus 仿真仿真目 录摘 要 II1 绪论 31.
2、1 门禁系统的分类 3 1.2 本课程主要的设计工作 3 1.3 本课程设计的意义 3 1.4 本课程设计主要应用的场所 32 本课程设计总体方案设计 32.1 基于单片机的单元门禁系统的系统框图和基本工作原理 3 2.2 各模块的功能 3 2.3 小结 33 硬件电路的设计 33.1 门禁系统的硬件电路原理 3 3.2 各分电路设计 33.2.1 供电电源电路设计和锂电池充电电路设计 3 3.2.2 报警电路的设计 3 3.2.3 门号选择电路的设计 3 3.2.4 矩阵键盘的设计 3 3.2.5 LED 显示电路的设计 3 3.2.6 断电保护电路 33.2.7 通话电路的设计 3 3.3
3、 小结 34 软件系统设计 34.1 编程语言及开发工具 3 4.2 软件系统的流程结构 3 4.3 断电密码储存子程序 3 4.4 密码输入及其判断子程序 3 4.5 门号输入及其判断子程序 3 4.6 小结 35 总结 16参 考 文 献 17附 录 191 绪论随着自动识别技术的发展，门控（门禁）系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，但是总体来说门控（门禁）系统大体分为这一下三类：密码门禁系统 , 刷卡门禁系统 ,生物识别门禁系统。随着电子信息技术的高速发展，门控系统应用的自识别技术更为先进（感应接触技术、生物识别技术等），设计也趋于更合理，控制器与识别仪分体设计，识别仪安装在门外，控制
4、器安装在门内，即只有识别仪对控制器的输入线露在门外，其他所有控制线均在门内，因此在安全性方面有很大的提高，系统的可靠性、管理和使用的方便性等方面也有很大的进步。1.1 门禁系统的分类随着科技的发展电子类的科技的更新日新月异，门控系统的应用已不局限在单一的出入口控制。它不仅可以应用于智能大厦或智能小区的门禁系统，还可以应用在远程控制、停车场控制、电梯控制、交通管理或与其他系统联动控制等多种控制场合。所以经过多年的发展，门禁系统发展很快。门禁系统可分为三类： （1）密码门禁系统电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。它的种类很多，有
5、简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。其性能和安全性已大大超过了机械锁。（2）刷卡门禁系统顾名思义此系统需要刷卡,通过刷入射频卡，对射频卡的辨别来实现开门和关门任务的功能，目前市面上的卡有很多种类：条码、磁卡、接触式 IC 卡，非接触式 IC 卡等，条码和磁卡，在超市和银行方面应用的比较多，接触式 IC 卡，以前在公共电话中用的比较多，但接触式 IC 卡，芯片外露易坏、易折，而非接触式 IC 卡既射频卡，它把芯片和线圈封装卡片内，不容易损坏、不怕恶劣的环境，现在社会上很流行，可靠性也高。（3）生物识别门禁系统采用生物识别技术的
6、门禁系统在安防行业应用已经越来越多,包括银行、监狱、部队等单位已经采用生物识别的门禁系统来加强其管理的安全性和使用的方便性。1.2 本课程主要的设计工作1.2.1 课程设计内容设计一楼层单元门禁系统，能实现楼层住户密码开锁或呼叫开锁，能显示操作状态，阻止陌生人进入，能输出报警及显示。设计完整的电路原理图和编写相关程序。1.2.2 设计具体要求用 MCS-51 系列单片机或其它 CPU 作为控制器设计一完整的控制系统,需包括以下内容：各楼层需实现呼叫及对讲；用 LED 显示；有密码输入按键；有声音及报警输出；当断电时能维持 24 小时正常工作。用 PROTEUS 仿真其中一个功能。1.3 本课程
7、设计的意义门控（门禁）系统是在传统的门锁基础上发展而来的，传统的门锁是一种单纯的机械装置，虽然经过不断地改进，安全性有所提高，但是无论如何总能通过某种非正常的手段把它打开，其安全性较差。对于使用者来说，一把锁配一把钥匙，多把就需要多把钥匙，使用起来不方便。在出入较多的通道（办公室，酒店客房等），钥匙的管理也相当麻烦，遇到钥匙丢失或人员更换都要把钥匙一起更换。为了解决这些问题，出现了电子密码锁，这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效率，使通道管理进入了电子时代。综合市场上的楼宇对讲系统和电子密码锁，我设计出了集合两种功能并且自带防盗报警的多功能门控系统。1.4 本课程设计主要应用
8、的场所由于此设计综合了基本的门禁系统和楼宇对讲系统的功能，因此其主要的应用场所为小区综合楼，集体居住宿舍，写字楼等的安全程度要求不是很高的场所。2 本课程设计总体方案设计门控电路的硬件部分主要由主要供电电源电路、备用电源电路、单片机外围电路、键盘电路、LED显示电路、报警电路、通话电路等电路模块组成。分为三块电路设计，一块电路实现电源电路，第二块电路是与单片机直接控制相关的电路，第三块是对讲电路，采用这种设计是根据各个电路模块之间的距离和功能来划分的，说明起来也更加合理。2.1 基于单片机的单元门禁系统的系统框图和基本工作原理智能控制器由主要供电充电锂电池电路、蜂鸣报警电路、单片机及其外围电路
9、、（键盘电路、LED 显示电路）通话门铃电路的等电路模块组成。主框图如图 2.1 所示。单片机密码门禁系统如上图所表示，电源由主要供电充电锂电池电路和变压电路组成，主要供电电路是由市电通过变压滤波整流稳压后直接向各部分电路供 12V 和 5V 电压。当断电时有锂电池供电。51 单片机是整个电路的核心部分，其中单片机 IO 口的输入有 4x4 矩阵键盘、AT24C02 E2ROM 的储存器等，输出LED 显示、报警电路、门铃通话电路2.2 各模块的功能变压电路：将市电压滤波整流稳压后对锂电池充电。充电锂电池电路：在断电的情况下能够继续想门控系统供电。4x4 矩阵键盘：实现住户输入密码开门，访客输
10、入门号进行通话。AT24C02 E2ROM：实现对用户密码的储存。LED 显示：显示相关的信息。报警电路：当用户密码输入错误时报警提示。PAS5001-NAT89C52单片机键盘矩阵4*4AT24C02 断电保护供电充电 锂电池电 路通话 电路LED 显示错误报警电路通话电路：访客通过输入门号，对住户进行通话。2.3 小结3 硬件电路的设计3.1 门禁系统的硬件电路原理硬件总体电路原理图如下所示，其中包括 LED 显示模块，蜂鸣器报警模块，键盘模块和存储模块等，包括晶振电路复位电路、电源电路和锂电池充电电路。3.2 各分电路设计3.2.1 供电电源电路设计和锂电池充电电路设计如图 3.2.1.
11、1 所示电路为输出电压+5V、输出电流 1.5A 的稳压电源。它由电源变压器 B，桥式整流电路 D1D4，滤波电容 C1、C3，防止自激电容 C2、C3 和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。图 3.1 电路原理图 图 3.2.1.1220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路 D1D4 和滤波电容 C1 的整流和滤波，在固定式三端稳压器 LM7805 的 Vin 和 GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C3 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度
12、高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为 TTL 电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件锂电池充电电路设计：如图 3.2.1.2 采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压 3伏即可。R1、Q1、W1、TL431 组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2 构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED 为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后 R4 上的压降将降低，从而使 Q3
13、 截止， LED 将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充 12 小时。使用时请给 Q2、Q3 装上合适的散热器。本电路的优点是：制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池通过改变 W1 可以对多节串联锂电池充电，改变 W可以对充电电流进行大范围调节。图 3.2.1.23.2.2 报警电路的设计此电路设计相当简单可以实现简单的提示及报警功能，由单片机输出一开关信号使报警灯和蜂鸣器工作。如下图 2.2.2 所示。3.2.3 门号选择电路的设计本设计假想了本单元有 7 层楼，每层楼有一位住户，从下到上依次是101、201、301、401、501、601、701。在设计门号
14、选择电路时考虑到了使用 3 线 8 线译码器。当呼叫的为 101 用户时单片机输出三位编码提供给译码器译码，在通过译码器呼叫该用户。3 线 8 线译码器工作原理：引脚图 真值表如当呼叫 101 住户时，单片机端口输 001，而译码器输出端输出 10111111，从而控制 101 用户进行通话功能。仿真图如下图 3.2.3.1图 3.2.3.13.2.4 矩阵键盘的设计本设计是用 AT89S52 的并行口 P1 接 44 矩阵键盘，如图 2.2.4a 所示，矩阵键盘的每个按键有它的行值和列值 ，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和 CPU 通信。对键盘的处
15、理程序功能：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能及其键值。设计中方案中的键值及其功能如图中下标所示，其中键值 15 为访客、键值 16 为住户，键值 11 为确认，键值 12 为取消，键值 14 为呼叫，0-9 为相应数字。矩阵键盘 Proteus 仿真图3.2.5 LED 显示电路的设计本设计采用了共阴极的 LED 数码管来实现显示，此 LED 数码管是有一个共阴极端，然后有a,b,c,d,e,f,g,DP 为控制数码管的显示，显示原理如下表：数码管编码显示数码管编码显示数码管编码显示0x3fO0x73P0x79E0x37N0x40-0x76H0x3f00x0610x5B20x4F30x6640x6D50x7D60x0770x7F80x6793.2.6 断电保护电路本电路主要是对用户密码的一种储存防止断电后密码丢失的作用，采用了 AT24C02 芯片。该芯片是美国 Atmel 公司的低功耗 CMOS 型 E2PROM，内含 256x8 位储存空间，具有工作电压宽（2.5-5.5V）、擦写次数多（大于 10000 次）、写入速度快、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。该
