基于单片机的智能门禁系统的设计

来源:用户上传      作者:

　　摘要：以STC89C51单片机为主体核心，设计一个以IC卡识别为主的智能门禁系统。LM7805与LM1117构成的供电电路，RFID—RC522传感器构成的射频卡检测电路，辅以按键模块、红外接收电路、LCD显示电路、报警模块实现了显示、处理、分析、报警等功能。经实际验证，该系统运行状态良好，可在正常工作条件下在0.5s内正确识别并开启门禁。该系统设计具有较强的通用性，稍加修改便可应用至其他实际现场环境中，具有一定的实用性及参考性。
　　关键词：门禁;单片机;红外遥控;智能门禁
　　中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）01-0145-03
　　0 引言
　　本文研究一种可以用IC射频卡，键盘与红外遥控装置来控制门禁系统状态的通用智能门禁系统，以满足当今社会的需求[1]。由于当今信息化程度不断加深，越来越多的限制区域仅仅依靠传统门禁已经无法达到安全防卫的作用。社会对于需求一款智能的门禁系统的呼声越来越高。综上所述，基于单片机的智能门禁系统的主要服务对象为：（1）公司出入门禁;（2）小区楼宇门门禁;（3）研究所等重点科研单位门禁。
　　1 系统总体结构
　　本次设计利用RFID原理，硬件部分采用模块化的设计方案，将各个模块进行了有机的整合。主要包括射频卡读取模块、红外信号接收模块、LCD显示模块、供电模块、R按键模块和蜂鸣器报警模块[2]。系统设计框图如图1所示。
　　当用户使用IC射频卡、遥控器或键盘访问门禁时，单片机通过读取射频卡传感器、红外信号、键盘输入，经过一系列逻辑运算判断，决定访问优先级并判断身份的有效性，最终通过LCD1602显示电路进行显示。当用户输入信息错误或IC卡无效时，蜂鸣器报警电路将在系统运行中提供报警等功能，系统电源由专门设计的电源电路提供[3]。
　　2 硬件电路设计
　　本设计单片机最小系统主要由STC89C52单片机及其外围电路组成，是整个智能门禁系统的核心。LM7805与LM1117为整体设计提供所需的+5V与+3.3V电源[4]。报警系统通过控制单片机I/O引脚以控制NPN三极管导通及关断，进而实现系统所需的报警功能[5]。
　　2.1 按键电路设计
　　按键由4*4矩阵键盘组成。用户可根据固定的按键来键入密码等操作，采用了逐行扫描的原则，按键电路如图2所示。行控线由P1.0～P1.3控制，列控线由P1.4～P1.7控制。其中按键可以输入0-9的数字以及清除、进入、退出、保存等功能。
　　2.2 IC检测电路设计
　　IC检测电路主要由RFID—RC522模块构成[6]。该电路采用+3.3V直流电供电，电路复位功能通过单片机P3.7引脚来控制，IRQ引脚悬空，MISO（主出从入）与MOSI（主入从出）引脚分别接至P2.2和P2.0引脚，SCK（时钟）与SDA（数据）分别连接至P2.3与P2.4引脚[7]。电路如图3所示。
　　2.3 继电器控制电路设计
　　继电器控制电路主要用于控制门禁开启与关闭，由于单片机I/O口的输出电流有限，为了提高单片机I/O口的驱动能力，采用PNP型三极管对继电器进行驱动。该设计的PNP三极管与报警电路的PNP三极管作用相同，均作为开关和反转电位的作用。继电器控制电路如图4所示，单片机的P3.6口与三极管9012的基极（b）相连，当P3.6口电平为“0”时，三极管导通，继电器有电压输入，继电器吸合，门禁开启，同时发光二极管点亮;当P3.6输出高电平“1”时，三极管处于截止状态，继电器没有电压输入，门禁关闭，发光二极管熄灭。R2与R5的作用均为限流分压，保护器件。
　　2.4 红外接收电路设计
　　红外接收电路主要由红外接收器构成，C4，C5的作用为整流滤波，R10的作用为限流保护，R11为上拉电阻，接收器的1引脚接到单片机的P3.3脚。电路如图5所示。
　　2.5 掉電存储电路设计
　　本设计选用的EEPROM是美国ATMEL公司研发的AT24C02。其中A0、A1、A2引脚用来区分不同的EEPROM芯片，串行总线有时会连接多个EEPROM芯片，用“0”表示悬空状态。AT24C02中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。电路如图6所示。AT24C02的SCL口接单片机的P3.4端口，SDA端接单片机的P3.5端口。SDA的数据在上升沿时写入存储器，而在下降沿时将存储器读出数据并送往SDA;将WP引脚接地后写保护并允许写操作;当与VCC相连时，禁止所有的写操作。如果不连，WP引脚将在芯片内部下拉到地。
　　3 系统软件设计
　　主程序完成初始化后开始读取键盘子程序，通过键盘输入不同的密码来进入不同的模式。然后调用密码设置程序或门禁开启[8]。通过单片机的P3.6口对三极管9012进行控制，使其导通或关断，驱动继电器开启或关闭。主程序流程图如图7所示，当调用密码设置时，需要用户先输入旧密码，紧接着输入两次新密码，并通过LCD液晶屏进行显示。
　　4 实验测试
　　根据电路及其程序，对照电路进行了焊接并将程序烧录进单片机中，实物测试包含IC检测、按键输入、红外输入，供电采用USB供电方式，实物测试图如图8所示。
　　5 结语
　　本设计采用了STC89C52单片机作为系统的主控制芯片，对智能门禁系统的电路进行了设计，该设计具有性能稳定、体积小和安全度高，成本低等特点[9]。并且安装简单方便，可维护性好，可以很好在各种应用场合实现安全防护的目的。
　　参考文献
　　[1] 王晓华，周晓光.射频识别技术及其应用[J].现代电子技术，2005（11）：30-32.
　　[2] 徐济仁，陈家松，牛纪海.射频识别技术及应用发展[J].数据通信，2009（1）：72-75.
　　[3] 宋戈.非接触式IC卡及其在门禁系统中的应用[J].山东科技大学学报（自然科学版），2004（03）：63-65.
　　[4] 刘志华.RFID 技术与网版印刷[J].丝网印刷，2006（12）：11-14.
　　[5] Yu Z，Zhou J，Zhao J，et al.Design of a wideband RF receiver for the next-generation wireless communication system[C].Microwave Conference，2009.APMC 2009.Asia Pacific.IEEE，2009：465-468.
　　[6] Pobanz CW，ItohT.A microwave noncontact identification transponder using subharmonic interrogation[J].IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques，1994，43（7）：1673-1679.
　　[7] 周斌.门禁系统在智能建筑中的应用[J].电气时代，2000（9）：49-50.
　　[8] 吴琼瑶，黄祖泸.射频技术的进展[J].电视设备通讯，1991（1）：92-101.
　　[9] Dubus B，Haw G，Granger C，et al.Characterization of multilayered piezoelectric ceramics for high power transducers[J].Ultrasonics，2002，40（1）：903-906.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15176075.htm