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1、XX 大学课程设计I楼层单元门禁系统的设计 摘 要根据现代住宅小区的安全的要求，在现代楼宇自动化的应用中，门控系统应用得十分广泛，它提高了住宅质量和人们的生活的安全性，本课程设计要是设计出一种小型小区的门控系统，在何处放行某些人、拒绝某些人，何时发出警报。基于 51 单片机，以键盘密码的输入方式实现对门的出入控制，或者通过键盘输入门号的方式，进行对讲方式住户实现开门。适用于普通楼宇单位的进入控制，可实现：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
2、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：51 单片机；门禁系统；对讲通话系统；Proteus 仿真楼层单元门禁系统设计II目 录摘 要 IAbstractAbstract .II1 绪论 .11.1 门禁系统的分类1 1.2 本课程主要的设计工作2 1.3 本课程设计的意义2 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4 2.3 小结43 硬件电路的设计 .43.1 门禁系统的硬件电路原理5 3.2 各分电路设计5 3.2.1 供电电源电路设计和锂电池充电电路设计
3、 5 3.2.2 报警电路的设计 7 3.2.3 门号选择电路的设计 7 3.2.4 矩阵键盘的设计 8 3.2.5 LED 显示电路的设计9 3.2.6 断电保护电路 .9 3.2.7 通话电路的设计 10 3.3 小结.114 软件系统设计 124.1 编程语言及开发工具.12 4.2 软件系统的流程结构.12 4.3 断电密码储存子程序.12 4.4 密码输入及其判断子程序.13 4.5 门号输入及其判断子程序.14 4.6 小结.155 仿真及实验调试 165.1 住户密码输入开门功能的仿真.16 5.1.1 住户按键按下准备输入密码仿真图如图 5.1.116 5.1.2 住户出入 4
4、 位密码仿真图如图 5.1.216 5.1.3 住户密码输入正确及指示灯仿真图如图 5.1.316 5.1.4 住户密码输入错误及报警仿真图如图 5.1.417 5.2 访客输入门号呼叫功能的仿真.17XX 大学课程设计III5.2.1 访客按键按下准备输入门号仿真图如图 5.2.117 5.2.2 访客输入门号仿真图 .17 5.2.4 访客输入门号后呼叫住户楼上楼下仿真图 5.2.418 5.2.5 访客输入门号后呼叫住户住户开门仿真图 5.2.518 5.3 本章小结.186 总结 .19参 考 文 献 20致 谢 21附 录 22XX 大学课程设计11 绪论门控（门禁）系统属于智能建筑
5、楼宇自动化系统（BAS）种的安防系统，是一种新型的现代化安全管理系统，高水平的门控系统集成自动识别技术和现代安全管理措施为一体，能够对各通道口的位置，通行对象及通行时间、方向等进行实时的控制，从而实现对出入口的安全控制。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，控制器安装在门内，即只有识别仪对控制器的输入线露在
6、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，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品
7、。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）生物识别门禁系统楼层单元门禁系统设计2采用生物识别技术的门禁系统在安防行业应用已
8、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。生物识别系统按照识别对象来分主要有： 1. 指纹：是目前较成熟和适合于大规模应用的生物识别特征。 2. 掌形：技术和产品也比较成熟，但是由于其体积大和价格较贵，限制了应用。 3. 虹膜：是目前误识率最低的产品之一，可以达到百万分之一的精度，但是由于其使用的不方便和价格昂贵及体积较大受到较多的使用限制。 4. 面相：由于其使用的方便性，这也是一种可以大规模推广应用的生物特征，但是由于目前的误识率比较高和受到周围环境的影响（如 灯光、气候等）,导致了使用上有一定的局限性。1.2 本课程主要的设计工作
9、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
10、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XX 大学课程设计3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
11、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、（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
12、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、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 电路楼层单元门禁系统设计4AT24C02 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
13、开门，访客输入门号进行通话。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。通话电路：访客通过输入门号，对住户进行通话。2.3 小结本系统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。理论上能初步实现小区单元门禁系统的功能。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。XX 大学课程设计53.2 各分电路设计3.2.
14、1 供电电源电路设计和锂电池充电电路设计如图 3.2.1.1 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 3.2.1.1Proteus 仿真：仿真图220V 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
15、LM7805 的稳压和 C3 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、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：图 3.1 电路原理图 楼层单元门禁系统设计6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、L
16、ED 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 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。XX 大学课程设计73.2.3 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
