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1、 基于AVR单片机的门禁系统硬件设计 摘 要随着现代化经济建设和管理的发展，各种酒店、宾馆、写字楼、智能大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，对门禁系统的需求正发生着重大的变化，其核心是对门锁及其开启、关闭实现智能化管理。本文介绍了一种基于 ATmega128 单片机控制的门禁系统的硬件设计。在充分论证方案可行性后，对硬件电路进行设计及其功能的描述。本系统主要采用单片机作为控制器，介绍了各个模块的功能，例如TC35 为短信息收发模块，12864 为显示各个状态，WTV040 实现语音通信，运用了短信息远程控制、键盘输入控制，这两种控制方式极大的方便了用户对门禁进行集中控制的需求，具有
2、广阔的市场前景。关键词：门禁；ATmega128 单片机；TC35；WTV040；键盘 AbstractWith the economic modernization and management development, a variety of hotels, office buildings, intelligent buildings, government agencies and enterprises, senior property management departments, the demand for access control system is undergoin
3、g significant changes, the core-to-door lock and open, close, intelligent management. This paper describes a control based on the ATmega128 MCU access control system hardware design. In the full feasibility demonstration program, the hardware circuit design and function description. The system is ma
4、inly used as a controller chip, introduced the function of each module, such as short messaging TC35 module, 12864 for the show each state, WTV040 voice communications, the use of the SMS remote control, keyboard control, the two control approach greatly facilitates centralized control of user acces
5、s requirements, and has broad market prospects.Keywords：access control；ATmega128 microcontroller；TC35； WTV040； keyboard目 录第1章 概述31.1 门禁系统的实现意义31.2 运用 AVR 单片机的优势31.3 本文工作4第2章 门禁系统的硬件设计52.01 总体设计的功能框图52.02 AVR单片机选用62.03 短信收发模块62.04 LCD显示模块82.05 键盘输入模块92.06 时钟模块102.07 电源模块102.08 音频输出模块112.09 音乐播放模块132.
6、10解码模块142.11 读卡模块152.12 本章小结16第3章 总结与展望173.1 总结173.2 展望17参考文献18 第1章 概述1.1 门禁系统的实现意义在现代智能楼宇建筑中，电子门禁系统不仅起到提升楼宇智能化程度，提升建筑形象档次的作用，同时更是智能楼宇建筑安全防范系统的重要组成部分。由于门禁系统起到了对楼宇建筑出入口的控制作用，它也成为了楼宇安全防范的重要屏障。现代智能楼宇建筑中，因其建筑的职能作用不同，对安全防范系统的防护等级要求各不相同。因此，对门禁系统的功能需求，也因防护等级不同而不尽相同。同时，由于各个智能楼宇的建筑结构不同，对门禁系统的组成结构、设备选型要求等也不尽相
7、同。随着接触式智能IC卡门禁系统应用规模的扩大，其本身不可克服的缺点成了它进一步发展的绊脚石，如接触磨损、难以维护、基础设施投入大等。随着信息业和服务业的全球化，社会对信息载体的便携性、高安全性及容易使用等方面提出更高的要求，于是非接触式智能卡以其无机械磨损、容易维护、方便使用等优点，成为智能卡潜力最大的新军而倍受业界瞩目。非接触式门禁系统是当今最具有用在各种场合均有大量应用的机械锁方面；机电一体化控制处理模块，主要应用在各种独立的，安全防范级别要求不高，且无需随时检测系统运行的环境中；全电子型控制处理模块，是当今门禁系统的真实代表。正是由于数字化的大量普及，高性能数字电路的不断完善，各种保护
8、电路的不断改进，各种芯片的大幅降价，使得全世界的设计师有机会设计出性能千姿百态、结构不断推陈出新、性价比极高的优秀产品。门禁系统所有的功能、概念、组态方式均是出自控制处理模块这一门禁系统的灵魂中心，它能充分地表现出门禁系统对安防工作以及对日常管理工作的真实贡献。1.2 运用 AVR 单片机的优势为适应现代进出口管理要求，门禁控制系统应能提供高可靠性和人性化的服务。AVR单片机作为一种性价比很高的微控制器，其丰富的外围接口和高处理速度使之成为许多工控及商用场合的首选单片机，AVR单片机具有良好的集成性能，也就成为了门禁控制系统的理想选择。AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期
9、，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软
10、/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。AVR单片机内嵌高质量的Flash 程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的E2Prom可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAM。 单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI 使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数
11、形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。1.3 本文工作本文提出了一种采用AVR单片机(ATmega128)作为核心控制部件的门禁系统，描述了设计的总体功能需求和总体设计方案，再详细的分析讨论各个模块的硬件电路设计，最后对本设计进行了总结。第2章 门禁系统的硬件设计硬件是整个系统运作的基石，良好的硬件设计是整个系统稳定运行的保障。本章主要是介绍整个系统中各个模块的电路设计，分析描述电路设计中芯片的选型、设计的合理性，硬件设计同时兼顾软件设计上的方便，使各部分电路有机结合，确保各功能模块的实现。2.01
12、总体设计的功能框图控制处理模块LCD显示模块短信收发模块键盘模块时钟模块读卡模块音乐播放模块音频输出模块解码模块电 源 模 块图2.1 门禁系统的功能框图控制处理模块：采用ATmega128作为整系统的控制处理器短信收发模块：采用TC35来完成该模块的功能键盘模块：采用矩阵键盘的方式时钟模块：采用DS1302来为整个系统提供一个正确的时间读卡模块：采用EM4095来读取ID卡中的信息LCD显示模块：采用12864来显示时间的信息和一些键盘输入的信息音乐播放模块：采用WTV040-16S来完成的音频输出模块：采用CAX1622来完成的电源模块：采用LM2596开关电压调节器来完成将12v电压转换
13、成5v电压，从而提供给各个模块的芯片的工作电压2.02 AVR单片机选用为适应现代进出口管理要求，门禁控制系统应能提供高可靠性和人性化的服务。AVR单片机作为一种性价比很高的微控制器，其丰富的外围接口和高处理速度使之成为许多工控及商用场合的首选单片机，AVR单片机具有良好的集成性能，也就成为了门禁控制系统的理想选择。AVR单片机具有良好的集成性能，作为控制电路的核心在伺服控制系统中起到了至关重要的作用，基于控制性能和成本的考虑，在本设计中使用了性价比较高的ATMEL公司的ATmega128单片机。此单片机是一种高性能、低功耗的8位AVR微处理器，采用Harvard结构，拥有1MIPS/MHz处
14、理速度，最高可以工作在16MHz的晶振频率下，两个串行通信接口和外部总线系统等丰富的外围接口为系统的开发提供了方便。ATmega128单片机的程序内存flash有128K，本设计将密码和卡号存入AVR单片机的E2PROM里。2.03 短信收发模块该模块就是用TC35来完成门禁系统的短息收发功能。TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服和传真。模块的工作电压3.35.5v，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别是2W（900M）和1W（1800M）。模块有AT命令集接口，支持和PDU模式的短消
15、息、第三组的二类传真、以及2.4K，4.8K，9.6K的非透明模式。此过独特的40 引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50欧姆天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。外，模块还具有电话薄功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通TC35模块主要由GSM 基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口六部分组成如图2.2 所示。TC35模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合，TC35共有40个引脚，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR 语音信道编码。天线连接器闪存GSM无线装置GSM基带处理器电源（集成电路）40口ZIF连接插槽图 2.2 TC35内部结构框图
