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1、无 锡 职 业 技 术 学 院毕业设计说明书（论文）摘要随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活。电子门禁系统作为一项先进的高科技防范和管理手段，已广泛应用于科研、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等行业。特别是由于其本身具有的隐蔽性、及时性，使得在许多领域的应用越来越广泛。关键词：ARM微控制器，读卡模块，RS-485，LCD，SD卡。1.引言：随着高科技的蓬勃发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活。智能考勤系统基于现代电子与信息技术，利用智能卡或指纹等生物信息的唯一性来对员工上下班进行现代化高效管理，在各厂矿、机关、银行等场合已广泛应用并成为单位管理现代化和信
2、息化的标志。目前，欧美电子门禁系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的分工已进人细分阶段，生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器。在国内，电子门禁系统处于成长期和初始阶段。此系统是采用具有丰富多片内外设的LPC2368ARM为微控制器，选用ZLG522S/LT读卡模块为读卡器（使用Mifare卡），外加小晶格OCM12864-9液晶显示器显示日期时间和刷卡信息，并采用HUIGANG继电器作为门锁开关，具有门状态指示灯，同时仿效实际产品引出必要的接口，如门磁检测，门内开关接口，门外铃声按钮接口，RS-485通信接口和电源接口等。网络门禁可以连接到远程配置或通过一个独立的互联网访问控制内部网。对于小型
3、企业而言使用网络门禁进行访问控制更方便，也更实惠，市场上可以不断看到SaaS和网络门禁的涌入。这两种方法共享相似之处在于它们都是可扩展的，可以减少或消除与基于PC的系统相关的成本。但是，当网络门禁与SaaS搭配的时候，只能使用基于PC的软件或网络操作系统，所有的设定、更新和管理都需要通过“云”自动操作，而不是人手控制。系统通过RS-485总线与上位机进行通信。该系统具有按用户与时间权限刷卡开门和记录功能、添加用户功能、设置时间权限和考勤时间段，还有同上位机时间同步和手动校对时间的功能，并能将记录信息通过SD卡导出。上位机在VC开发环境下编程，具有一些实际电子门禁系统的主要简单功能。在高层住宅，
4、有人从地下停车场进入或者在地下停车场跟随有卡的住户进入则也是比较容易的事。由此看来，传统机械锁发展到今天，已到了非改不可的阶段。用高档的电子家用门禁取代机械门锁是一大飞跃，可以说这种家用门禁在相当长的一个时期内是一般人无法破译打开的，由电子家用门禁取代传统机械锁会成为今后的一个发展趋势。但是家用门禁是一种电子产品，电子产品不可能保证百分之百的没有故障，因此保证在电子家用门禁故障时也能通过安全可靠的方式开门，这是电子家用门禁研究的主要课题。在电子产品市场中，大家都比较看好的是通信产品和家电产品，安防产品一般不被人们看好，原因是安防产品的市场小，而通信产品和家电产品的市场很大。2.方案论证门禁系统
5、由门禁控制器、读卡器、出门按钮、通讯集线器、感应卡和管理软件组成。下面主要对门禁控制器、门禁系统的类型和感应卡的选择来进行论证。2.1.门禁控制器的选择：门禁控制器有多种控制芯片可以选择，如8051系列单片机、ARM系列控制器等.表1是对传统8051系列单片机和ARM系列控制器的对比，实物如图1。表18051系列和ARM系列微控制器的对比控制器特性传统8051系列单片机ARM系列微控制器参考数据丰富、成熟较多价格便宜稍贵运行速度一般（一般低于40M）快（ARM7可达60到100M，ARM9可达200到300M）引脚较少多串行接口很少较多操作难易较简单，但模拟串行通信时，会比较麻烦设置较多，操作
6、较复杂，但串行通信较简单图18051系列和ARM系列控制器由于本门禁考勤系统使用的串行口较多（与PC机、读卡器、发卡器、键盘、显示、SD卡通信都要用到串口），就这一点传统的8051系列单片机的资源就比较拮据；在速度的要求上，ARM系列控制器很容易得到满足。虽然ARM系列控制器价格较贵，但综合考虑，ARM系列控制器更适合本系统。在众多的ARM控制器中，LPC2300系列较其它系列的显著优点，是其十分适用于串行通信的场合，所以选择LPC2300系列ARM控制器来做本系统的控制器。2.2门禁系统的类型选择：门禁系统一般有以下类型：2.2.1不联网门禁优点：每个门禁控制一个门，不需重新安装布线，价格便
7、宜，一般通过自带键盘即可实现发卡、删除卡等操作。缺点：不能实现查看事件记录，不能通过管理软件统一管理。适用场合：已装修好不便于重新布线，安全性能要求不高的场合。2.2.2 RS-485联网门禁优点：通过RS-485总线可实现多台控制器联网控制，可实时查看刷卡事件记录和灵活设置控制器工作参数。缺点：相对不联网门禁价格偏高，RS-485总线存在速度不高、实时性不强、布线不便和容易受雷电等因素影响。适用场合：小区、学校、仓库等人数稍多，门需统一管理，安全性能要求一般的场合。1） CAN-bus联网门禁优点：通过CAN-bus总线可实现多台控制器联网控制，可实时查看刷卡事件记录和灵活设置控制器工作参数
8、。CAN-bus总线在工程布在线与RS-485总线相同，仅需两根通信线，布线简便。CAN-bus总线比RS-485总线可靠得多，CAN-bus控制器本身就具备数据帧的CRC校验和自动重发的功能，能进一步确保通信的可靠性。具有主动上传事件记录功能，实时性好，网络资源利用高。缺点：相对RS-485联网门禁初期需投入的成本偏高，但日后维护的成本会较RS-485门禁少。适用场合：通信性能稳定性要求高，传输速度要求快、传输距离要求远的场合，如金融机构、政府企事业机关等。2）TCP/IP以太网联网门禁优点：通过TCP/IP以太网总线实现多台控制器联网控制，除能实现RS-485总线和CAN-bus总线门禁系
9、统的所有功能外，还可以实现远程监控、跨控制器的联动和防反潜等高级功能。只要有网络资源的地方均可安装，具有速度更快，安装更简单，联网数量更大，跨地域联网的优点。缺点：产品价格略比其它总线高，需要有网络资源。适用场合：适合安装在大项目、人数多、速度快、跨地域的工程中。由于本系统的技术要求和应用场所是中距离通信场合，综合以上四种类型的优缺点和适用场所，可以看出RS-485联网系统，在价格上占优势，而且本系统对安全性的要求不是很高，RS-485联网系统可以胜任，而对于CAN-bus联网门禁和TCP/IP以太网联网门禁多是对较高安全性、高传输速度和远传输距离场合的应用，所以本系统采用了RS-485联网系
10、统。图2非接触IC卡RS-485门禁考勤系统示意图2.3感应卡的选择常见的门禁系统有：密码门禁系统、非接触IC卡(感应式IC卡)门禁系统和指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等。密码门禁系统由于其本身的安全性弱和便捷性差已经面临淘汰；生物识别门禁系统安全性高，但成本高，由于拒识率和存储容量等应用瓶颈问题而没有得到广泛的市场认同。现在国际最流行最通用的还是非接触IC卡门禁系统。非接触IC卡由于其较高的安全性，最好的便捷性和性价比成为门禁系统的主流。所以该系统使用非接触IC卡。3. 硬件设计技术文件：本设计为门禁考勤系统，顾名思义，其兼具门禁和考勤的功能。下面为本系统的硬件设计说明。3.1功能特点：1）控
11、制器采用ARM嵌入式工业控制模块T2368中的最小系统，比一般门禁系统采用的MCS51处理器速度更快，质量更可靠；2）板上复位电路使用带看门狗功能的SP706复位芯片；3）电源部分采用开关电源芯片LM2575设计，比使用7800系列芯片设计的电源稳定，且省电；4）实时时钟RTC使用32.768KHz的独立外部晶振，和电池供电；5）4个独立的按键，门状态和通信指示灯，蜂鸣器控制电路，及继电器控制电路；6）与PC机通信设计了RS-232C转换和RS-485转换两种串行方式，RS-232C方式便于调试，RS-485方式用于实际应用；7）读卡器采用ZLG522S/LT读卡模块（UART和I2C两种界面
12、）；8）CM12864-9液晶显示屏；9）门禁考勤系统的功能框图见图3：图3门禁考勤系统的功能框图3.2硬件电路分析：3.2.1电路原理图系统的电路原理图如附录图1所示。3.2.2硬件使用的资源.LPC2368是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并带有512kB的嵌入高速Flash内存。128位宽度的内存接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位元元Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。其特别适合于串行通信的场合。LPC2368内部由512K的Flash，58K的片
13、内SRAM，包括32K的局部总线SRAM、8K的USB使用的SRAM、16K的以太网SRAM和2K的电池SRAM。此门禁考勤系统只使用了片内Flash、局部总线SRAM和2K的电池SRAM，没有外部扩展内存。如表2所示，为LPC2368I/O口的使用和分配表。表2LPC2368I/O口的使用和分配表功能模块使用LPC2368引脚引脚功能看门狗复位P1.24给SP706S喂狗串口UART0（RS-232C和RS-485）界面P0.2（TXD0）串口UART0的输出输入P0.3（RXD0）P1.22（GPIO）RSM485CHT的收发控制读卡器模块P0.10（TXD2）微控制器与读卡模块的UART
14、通信接口P0.11（RXD2）P0.27（SDA0）微控制器与读卡模块的I2C通信接口P0.28（SCL0）P2.11（INT）液晶显示模块P2.0P2.7（GPIO）液晶的并行数据总线（DB0DB7）P1.18液晶读/写控制脚（R/W（）P1.19液晶使能控制脚（E（）P1.20液晶片选择信号，低电平时有效（）P1.21液晶数据/指令选择（AO）：高电平：DB0-DB7为显示数据低电平：DB0-DB7为操作指令P1.23液晶背光电源控制，低电平有效（LED+）按键和门内开关P0.6P0.9四个独立按键P0.23门内开门开关输入指示灯P1.28门关闭指示灯（红色）P1.29门打开指示灯（绿色）
15、继电器和蜂鸣器P1.26继电器控制端（高电平有效）P1.27直流蜂鸣器控制（低电平有效）门磁检测P1.25检测门磁状态（低电平为门开）SD卡界面P0.21、P0.22、P2.11、P2.12、P2.13、P0.20、P0.19、P2.8、P3.25引脚具体说明见表23ZLG7290界面P0.0（SDA0）此接口除去此三接口外，还有电源和地界面3.2.3各个部分单元电路原理及其分析1） 电源电路系统设计为3.3V应用系统，但是LPC2300系列ARM微控制器需要2种类型的电源，分别是3.3V和1.8V，而与PC机通信使用的RS-485收发器（RSM485CHT）和继电器都是5V器件，所以设计5V电源为系统前级电源，3.3V为后级电源。对于LPC2300系列ARM的1.8V内核供电，其有两种方案，一种是使用片内的DC-DC，另外一种是使用外部的1.8V直接供电，本系统采用前者。由于本系统没有使用AD/DA功能，所以不区分模拟电源和数字电源。如图22（a）、（b）所示，首先由CON30电源接口输入9V直流电源，二极管D11防止
