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1、目录第一章 绪论31.1 课题研究背景31.2智能门禁系统在国内外的研究现状41.3 课题主要研究内容及结构4第二章 系统总体设计方案及论证52.1 门禁系统工作原理52.2 门禁系统的总体结构图52.3 门禁系统方案选择6主控芯片的选择6显示器的选择6温度传感器的选择7第三章 门禁系统主要硬件电路设计73.1 系统主控芯MSP430F14973.1.1 MSP430主要性能73.1.2 MSP430x14x引脚功能8电源电路113.1.4 时钟电路133.1.5 复位电路14异步通信143.2 通信模块USR_WIFI232173.2.1 模块功能描述173.2.2 模块设置及使用193.3
2、 显示电路283.3.1 LCD12864 的基本参数及引脚说明283.3.2 LCD12864的指令说明及时序303.3.3 LCD12864屏幕与DDRAM地址的对应关系313.3.4 LCD12864与单片机接口电路313.4 温度读取电路323.4.1 DS18B20主要特性323.4.2 DS18B20的引脚功能323.4.3 DS18B20的测温原理333.4.4 DS18B20与单片机的接口电路373.5 开锁控制电路373.5.1 28BYJ48电机驱动方法及参数373.5.2 电机主要参数特性383.5.3 ULN2003驱动芯片简介383.5.4 电机与单片机的接口电路40
3、第四章 软件设计414.1 软件设计的流程414.2 开发环境424.3 部分程序代码43第五章 结语59参考文献60第一章 绪论1.1 课题研究背景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范管理的有效措施。使用各种机要部门，如银行，宾馆，机房，军械库，机要室，办公室，智能化小区，工厂等。在数字技术网络技术飞速发展的今天门禁技术得到了迅猛的发展。门禁系统早已超越了单传的门道以及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出去管理系统。它在工作环境安
4、全，人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。门禁, 又称出入管理控制系统，是一种将信息技术、电子技术和机械锁有机地结合在一起，对进出人员进行适当级别的权限鉴别，并进行相应控制的数字化管理系统。目前门禁系统是基于非接触式感应IC卡识别技术，由管理系统、控制器、感应式读卡器、电子锁等组成的一个功能强大的智能型网络门禁系统，人员手持一张合法的感应式IC卡即可通过IC卡识读设备自动控制授权允许开启的电子锁。可是IC卡也很容易丢失，而且到了小区门口还要停下来刷卡，浪费汽油，况且下雨天这样会很麻烦。1.2智能门禁系统在国内外的研究现状门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展起来的，国外门禁系统的知
5、识品牌有美国的休斯（HID）、西屋（WSE）、洛泰克（NTK），以色列的DDS、英国的集宝等品牌。国内从事门禁系统有深圳红门、门吉利、捷顺、北京青云等公司。目前，国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟，指纹自动识别系统的体积不断缩小，其价格也不断降低。据国际生物认证团（IBG）的预测：美国生物认证市场2002年突破7亿美元，其中指纹识别占近50%，虹膜识别占8%。美国生物认证市场到2005年将达到19亿美元，指纹识别占近40%，虹膜识别占10%左
6、右。美国生物识别市场在未来几年中仍将会保持高速增长的趋势，纵观门禁市场发展，预计未来13年中国门禁市场的平均增长比例将达20以上。目前国外生产的门禁系统安全性较高，但是价格昂贵，感应式门禁系统控制器的价格从4000到3万元不等，包括读卡器、门锁、控制器、软件在内的一套系统报价在万元以上。国内生产的感应式门禁系统和指纹门禁系统价格较国外同类产品价格低大约10%-50%，但系统的可靠性稍差。高级智能型门禁控制系统是当前门禁系统的重要发展方向，高级智能型门禁系统是一种联网式门禁系统，功能也比较完善。但对于一般的企业住宅小区来说，并不是最理想的选择。这种门禁系统常用于国防、军事等单位。1.3 课题主要
7、研究内容及结构本课题主要研究基于wifi的简易门禁系统的设计，应用wifi模块实现车载控制端对道闸的开关，系统主要包括发送模块，显示模块，道闸模块等，这些模块构成一个综合的系统，能够满足普通小区停车场车辆不停车状态下的出入。课题结构如下：第一章 绪论介绍了课题的背景知识，智能门禁系统在国内外的研究现状以及研究的意义。第二章 系统总体设计方案及论证本章对设计前的方案进行了选择和分析，最终确定一种方便，可行的实施方案。第三章 门禁系统主要硬件电路设计本章对系统中的主要硬件模块做了阐述，并且给出了各部分的电路图。第四章 软件设计本章对系统软件开发环境已经部分源程序做了解释，给出整个系统的软件流程图。
8、第二章 系统总体设计方案及论证2.1 门禁系统工作原理基于wifi的门禁系统主要依靠PC或手机终端对无线模块发送开锁信号，wifi模块接收到信号之后传递给主控模块进行分析处理，若信号有效，则打开道闸，在道闸打开的前提下，系统会在道闸打开之后5S自动将道闸关闭，若车辆出门，则置于内部的红外对管会获取车辆信息，并且在无需开门信号的前提下自动将道闸打开。若信号无效，则不打开道闸，在一般状态之下系统给出当前温度以及时间信息。2.2 门禁系统的总体结构图2.3 门禁系统方案选择2.3.1主控芯片的选择方案一：采用AT89S51 作为系统控制器。它的功耗低，技术成熟，成本低，引脚较少，硬件布线较简单。但实
9、时性不好，复杂的控制算法难以实现；另外，增加的外围电路数据转换速度慢，因此放弃此方案。方案二：采用MSP430单片机，430系列是一个16位的，具有精简指令集的，超低功耗的混合型单片机，另外430系列单片机集成了丰富的片内外设，由于本设计需要较多的I/O口，因此430具有强大的综合优势。综上，此方案选用MSP430F149作为系统主控芯片。2.3.2显示器的选择方案一：LED数码管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，可是显示效果会受外部环境影响较大，加上单片机扫描显示会导致亮度不均匀等情况，短时间的电流过载也可能会发光管造成永久性的损坏，由于本次设计需要
10、显示的内容较多，因此此方案局限性太大。方案二：LCD12864液晶显示器画质高并且不会闪烁，和单片机系统的借口简单可靠，操作方便。而且12864作为128*64点阵的液晶屏可以显示数字，字母和汉字等，适合本设计。综上，此系统选用LCD12864作为显示器。2.3.3温度传感器的选择方案一：数字温度传感器DS18B20具有耐磨耐碰，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。测温范围为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A
11、D590实质上是一种半导体集成电路，线性好、精度中、灵敏度高、体积小，常用于测温和热电偶的冷端补偿。测温范围为-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。第三章 门禁系统主要硬件电路设计3.1 系统主控芯MSP430F1493.1.1 MSP430主要性能MSP430F149具有如下主要性能：l 功耗低。典型功耗是：2.2V时钟频率1MHZ时，活动模式为0.2MA，关闭模式仅为0.0001 MA，且具有5种节能方式。l 高效16位RISC-CPU，27条指令，8MHZ时钟频率时，指令周期时间125ns,绝大多数指令
12、一个时钟周期完成；32KHZ时钟频率时，16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHZ时钟频率时的执行速度。l 低电压供电、宽工作电压范围：。l 灵活的时钟系统（两个外部时钟和一个内部时钟）l 低时钟频率可实现高速通信。l 具有串行在线编程能力。l 强大的中断能力。l 唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需0.006ms。l ESD保护，抗干扰能力强。3.1.2 MSP430x14x引脚功能如图3-1为MSP430F149的引脚图。引脚具体说明，如下表所示：3.1.3电源电路本系统需要5V供电，因此供电电路利用LM2576设计5V稳压电路。LM2576的特性如下：（1） 有3.3
13、V、5V、12V、15V和可调电压输出多种系列。（2） 输出电压可调的范围为1.23V37V (HV型号的可达57V),负载电压的输出容差最大为4。（3） 最少只需要4个外围元件,可达3A的输出电流。（4） 宽的输入电压范围,HV型号甚至可达40V60V。（5） 内部振荡器产生52KHz的固定频率。（6） 可用TTL电平关闭输出,低功耗待机模式,典型待机电流为50A。（7） BUCK式降压器,较高的转换效率。（8） 过热和过流保护。（9） 可实现Buck-Boost式正-负电压转换器。5V稳压电路外围元件的选择：（1） 输入电容CIN1电容作为旁路电容,防止在输入端出现大的瞬态电压。还有,当你
14、的输入电压波动较大,输出电流有较高,容量一定要选用大些,470F-10000F都是可行的选择;电容的电流均方根值至少要为直流负载电流的1/2;基于安全考虑,电容的额定耐压值要为最大输入电压的1.5倍。千万不要选用瓷片电容,会造成严重的噪声干扰。（2） 续流二极管首选肖特基二极管,因为此类二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短。（3） 储能电感LM2576既可工作于连续型也可非连续型,流过电感的电流若是连续的为连续型,电感电流在一个开关周期内降到零为非连续型。（4） 输出端电容COUT推荐使用1F-470F之间的低ESR的钽电容。若电容值太大,反而会在某些情况（负载开路、输入端断开）对器件
15、造成损害。COUT用来输出滤波以及提高环路的稳定性。如果电容的ESR太小,就有可能使反馈环路不稳定,导致输出端振荡。这几乎是稳压器的共性,包括LDO等也有这一现象。利用LM2576芯片实现5V电源电路的设计如下图所示：3.1.4 时钟电路MSP430x14X系列单片机基础时钟模块结构如下图：从图中可以看出，它有3个时钟源输入端：l LFXT1CLK低频时钟源，按低频时钟晶体，也可接高频时钟晶体，陶瓷谐振器或直接外接时钟信号源。l XT2CLK高频时钟源，按标准高频晶体，也可接陶瓷谐振器或直接外接450kHz8MHz时钟信号源。l DCOCLK片内可以数字控制的RC振荡器。本系统使用XT2高频时钟源，晶振电路如下图：3.1.5 复位电路在单片机系统中，为了保
