基于單片機的智能門禁系統(tǒng)的設計

王鵬博 俞文博

摘要：以STC89C51單片機為主體核心，設計一個以IC卡識別為主的智能門禁系統(tǒng)。LM7805與LM1117構成的供電電路，RFID—RC522傳感器構成的射頻卡檢測電路，輔以按鍵模塊、紅外接收電路、LCD顯示電路、報警模塊實現(xiàn)了顯示、處理、分析、報警等功能。經(jīng)實際驗證，該系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，可在正常工作條件下在0.5s內(nèi)正確識別并開啟門禁。該系統(tǒng)設計具有較強的通用性，稍加修改便可應用至其他實際現(xiàn)場環(huán)境中，具有一定的實用性及參考性。

關鍵詞：門禁;單片機;紅外遙控;智能門禁

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0145-03

0 引言

本文研究一種可以用IC射頻卡，鍵盤與紅外遙控裝置來控制門禁系統(tǒng)狀態(tài)的通用智能門禁系統(tǒng)，以滿足當今社會的需求[1]。由于當今信息化程度不斷加深，越來越多的限制區(qū)域僅僅依靠傳統(tǒng)門禁已經(jīng)無法達到安全防衛(wèi)的作用。社會對于需求一款智能的門禁系統(tǒng)的呼聲越來越高。綜上所述，基于單片機的智能門禁系統(tǒng)的主要服務對象為：（1）公司出入門禁;（2）小區(qū)樓宇門門禁;（3）研究所等重點科研單位門禁。

1 系統(tǒng)總體結構

本次設計利用RFID原理，硬件部分采用模塊化的設計方案，將各個模塊進行了有機的整合。主要包括射頻卡讀取模塊、紅外信號接收模塊、LCD顯示模塊、供電模塊、R按鍵模塊和蜂鳴器報警模塊[2]。系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。

當用戶使用IC射頻卡、遙控器或鍵盤訪問門禁時，單片機通過讀取射頻卡傳感器、紅外信號、鍵盤輸入，經(jīng)過一系列邏輯運算判斷，決定訪問優(yōu)先級并判斷身份的有效性，最終通過LCD1602顯示電路進行顯示。當用戶輸入信息錯誤或IC卡無效時，蜂鳴器報警電路將在系統(tǒng)運行中提供報警等功能，系統(tǒng)電源由專門設計的電源電路提供[3]。

2 硬件電路設計

本設計單片機最小系統(tǒng)主要由STC89C52單片機及其外圍電路組成，是整個智能門禁系統(tǒng)的核心。LM7805與LM1117為整體設計提供所需的+5V與+3.3V電源[4]。報警系統(tǒng)通過控制單片機I/O引腳以控制NPN三極管導通及關斷，進而實現(xiàn)系統(tǒng)所需的報警功能[5]。

2.1 按鍵電路設計

按鍵由4*4矩陣鍵盤組成。用戶可根據(jù)固定的按鍵來鍵入密碼等操作，采用了逐行掃描的原則，按鍵電路如圖2所示。行控線由P1.0～P1.3控制，列控線由P1.4～P1.7控制。其中按鍵可以輸入0-9的數(shù)字以及清除、進入、退出、保存等功能。

2.2 IC檢測電路設計

IC檢測電路主要由RFID—RC522模塊構成[6]。該電路采用+3.3V直流電供電，電路復位功能通過單片機P3.7引腳來控制，IRQ引腳懸空，MISO（主出從入）與MOSI（主入從出）引腳分別接至P2.2和P2.0引腳，SCK（時鐘）與SDA（數(shù)據(jù)）分別連接至P2.3與P2.4引腳[7]。電路如圖3所示。

2.3 繼電器控制電路設計

繼電器控制電路主要用于控制門禁開啟與關閉，由于單片機I/O口的輸出電流有限，為了提高單片機I/O口的驅動能力，采用PNP型三極管對繼電器進行驅動。該設計的PNP三極管與報警電路的PNP三極管作用相同，均作為開關和反轉電位的作用。繼電器控制電路如圖4所示，單片機的P3.6口與三極管9012的基極（b）相連，當P3.6口電平為“0”時，三極管導通，繼電器有電壓輸入，繼電器吸合，門禁開啟，同時發(fā)光二極管點亮;當P3.6輸出高電平“1”時，三極管處于截止狀態(tài)，繼電器沒有電壓輸入，門禁關閉，發(fā)光二極管熄滅。R2與R5的作用均為限流分壓，保護器件。

2.4 紅外接收電路設計

紅外接收電路主要由紅外接收器構成，C4，C5的作用為整流濾波，R10的作用為限流保護，R11為上拉電阻，接收器的1引腳接到單片機的P3.3腳。電路如圖5所示。

2.5 掉電存儲電路設計

本設計選用的EEPROM是美國ATMEL公司研發(fā)的AT24C02。其中A0、A1、A2引腳用來區(qū)分不同的EEPROM芯片，串行總線有時會連接多個EEPROM芯片，用“0”表示懸空狀態(tài)。AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。電路如圖6所示。AT24C02的SCL口接單片機的P3.4端口，SDA端接單片機的P3.5端口。SDA的數(shù)據(jù)在上升沿時寫入存儲器，而在下降沿時將存儲器讀出數(shù)據(jù)并送往SDA;將WP引腳接地后寫保護并允許寫操作;當與VCC相連時，禁止所有的寫操作。如果不連，WP引腳將在芯片內(nèi)部下拉到地。

3 系統(tǒng)軟件設計

主程序完成初始化后開始讀取鍵盤子程序，通過鍵盤輸入不同的密碼來進入不同的模式。然后調(diào)用密碼設置程序或門禁開啟[8]。通過單片機的P3.6口對三極管9012進行控制，使其導通或關斷，驅動繼電器開啟或關閉。主程序流程圖如圖7所示，當調(diào)用密碼設置時，需要用戶先輸入舊密碼，緊接著輸入兩次新密碼，并通過LCD液晶屏進行顯示。

4 實驗測試

根據(jù)電路及其程序，對照電路進行了焊接并將程序燒錄進單片機中，實物測試包含IC檢測、按鍵輸入、紅外輸入，供電采用USB供電方式，實物測試圖如圖8所示。

5 結語

本設計采用了STC89C52單片機作為系統(tǒng)的主控制芯片，對智能門禁系統(tǒng)的電路進行了設計，該設計具有性能穩(wěn)定、體積小和安全度高，成本低等特點[9]。并且安裝簡單方便，可維護性好，可以很好在各種應用場合實現(xiàn)安全防護的目的。

參考文獻

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