单片机的智能门禁系统设计
摘 要本系统主要特点是采用模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性和数字电路的准确特性，将检测过程快速性和输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上都有很高的表现，不仅如此，电路中芯片全部采用直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能快速实现维修和更换等操作。经过多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出很高的准确性和实用特点，适合推向未来智能门禁控制市场，能够大幅度降低目前智能门禁系统的生产成本且降低性价比大幅度提高。
目录
一、 引言 1
（一） 智能门禁的发展背景 1
（二） 智能门禁的发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 4
（三） RC522型射频身份识别模块介绍 5
（四） DS1302型时钟芯片介绍 6
（五） LCD1602型液晶屏介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能门禁系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） RC522型射频身份识别模块电路设计 10
（四） DS1302时钟电路设计 11
（五） 液晶屏电路设计 12
（六） 门阀启闭电路设计 12
（七） 声音提示电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 智能门禁系统的软件工作流程设计 14
（二） RC522型射频身份识别模块工作流程图 14
（三） DS1302芯片软件工作流程设计 15
（四） 液晶屏显示流程设计 16
1. 写指令流程 16
2. 写数据流程 16
（五） 门阀启闭软件流程设计 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3
附录三 程序 24
附录四 实物图 42
引言
智能门禁的发展背景
随着智能概念不断深入人心，生活中我们有许多常用的家居或电器被嵌入了智能元素，本课题要设计的这个门禁系统内部嵌入了一片8位处理器芯片，通过软件和硬件的配合，将实现很大程度上的智能功能。智能门禁是近几年来随着16位和32位处理器的不断成熟以及在生活中各个角落的不断普及所带来的一个全新概念，它突破了传统门禁的局限，不再单单是一个金属的机械结构，处理器的强大处理作用使得它具有了“思考”功能，不但能够实现传统铁门阻挡陌生人或盗贼侵入室内的普通功能，更能够对访问者的身份进行检测、判断以及危险时报警的智能功能，一些高端的门禁系统更是实现了通信组网的功能，得益于以太网技术的成熟，将整个小区的楼宇门禁组成一个整体网络，实现对单元内各个门禁的统一监测和管理，大大提升了防盗性能，降低了危害发生的可能性。智能门禁的实现需要软硬件两方面的支持，该项技术的实现得益于智能技术以及微处理器技术的发展成熟，在这之前传统门禁已经盛行过一段时间，这段时期的门禁主要依靠坚固的金属结构来实现其功能，智能概念还没有与金属结构相碰撞出火花，在半导体技术成熟之后，键盘式门禁系统快速出现在全国大大小小的小区中，这种类型的门禁系统的典型的特征是布线复杂，将电话通信技术与铁门相结合，探访者通过键盘按下所要访问的房间号，号码拨通后主人将通过语音通话来对探访者的身份进行人工判断，主人判断过后将按下门阀开启按键，门禁将在电动方式下自动被打开，而若探访者不允许被进入，门阀将不会被打开，这种类型的电子门禁系统在盛行过一段时间后，许多用户提出了是否可以实现门禁系统对探访者身份的自动识别和判断，若身份合法则自动将门阀开启，方便探访者进入，这项要求在射频身份识别技术（RFID）成熟后得到了实现，通过该项技术，若探访者手持一个IC（射频身份卡）靠近门禁的读卡器时，若读卡成功（即探访者的身份合法），则门禁系统自动将门阀开启，这在一定意义上大大方便了门禁的使用，实现了很大程度上的智能概念，本课题也将采用RFID技术来实现一款智能门禁控制系统。
智能门禁的发展现状
纵观这几年新型智能小区不断涌现在大中小城市中，门禁作为一项重要的安防措施，小区设计者和楼房购买者对于门禁的需求和要求不断提升，为提升现代小区的整体智能水平，门禁系统作为其中重要的一个部分，吸引了大量的企业和高校研究小组开始对门禁系统进行研究，目前性能最先进的智能门禁系统能够将面容识别以及音纹分析功能嵌入到其内部处理器中，通过内部高性能的处理器的强大处理作用，实现了更多途径的身份识别功能。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统智能门禁系统的发展基础上，设计出一款能够实现智能门禁功能的智能智能门禁控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对智能门禁系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，并将实现如下指标和功能：
通过RC522型RFID模块，通过51单片机的驱动能够实现对射频IC卡的身份读取和识别；
具有高清晰度的液晶显示功能，能够实现IC卡号的显示以及时间；
具有较高的时间计量功能；
采用+5V直流电压供电。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，这款单片机也是我们熟悉的常用单片机，在近五年中TI公司大肆对该系列单片机进行研发和推广，其中最高性能F5系单片机搭配外部的高稳定度晶振能够轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是AT89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。然而考虑到其成本，首先需要说的是其程序代码烧写方式，目前大多数430单片机全部采用JTAG接口进行代码下载和程序调试仿真，虽然这种接口能够实现仿真，但是采用这种接口必须要配合专用仿真器，该仿真器的价格较为昂贵，而51单片机只需要一个USB转串口的数据线即可实现代码的烧写，由此可见如果系统采用51单片机进行控制，那么成本将大为降低。
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一、 引言 1
（一） 智能门禁的发展背景 1
（二） 智能门禁的发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机 4
（三） RC522型射频身份识别模块介绍 5
（四） DS1302型时钟芯片介绍 6
（五） LCD1602型液晶屏介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能门禁系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 9
2. 复位电路设计 9
（三） RC522型射频身份识别模块电路设计 10
（四） DS1302时钟电路设计 11
（五） 液晶屏电路设计 12
（六） 门阀启闭电路设计 12
（七） 声音提示电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 智能门禁系统的软件工作流程设计 14
（二） RC522型射频身份识别模块工作流程图 14
（三） DS1302芯片软件工作流程设计 15
（四） 液晶屏显示流程设计 16
1. 写指令流程 16
2. 写数据流程 16
（五） 门阀启闭软件流程设计 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3
附录三 程序 24
附录四 实物图 42
引言
智能门禁的发展背景
随着智能概念不断深入人心，生活中我们有许多常用的家居或电器被嵌入了智能元素，本课题要设计的这个门禁系统内部嵌入了一片8位处理器芯片，通过软件和硬件的配合，将实现很大程度上的智能功能。智能门禁是近几年来随着16位和32位处理器的不断成熟以及在生活中各个角落的不断普及所带来的一个全新概念，它突破了传统门禁的局限，不再单单是一个金属的机械结构，处理器的强大处理作用使得它具有了“思考”功能，不但能够实现传统铁门阻挡陌生人或盗贼侵入室内的普通功能，更能够对访问者的身份进行检测、判断以及危险时报警的智能功能，一些高端的门禁系统更是实现了通信组网的功能，得益于以太网技术的成熟，将整个小区的楼宇门禁组成一个整体网络，实现对单元内各个门禁的统一监测和管理，大大提升了防盗性能，降低了危害发生的可能性。智能门禁的实现需要软硬件两方面的支持，该项技术的实现得益于智能技术以及微处理器技术的发展成熟，在这之前传统门禁已经盛行过一段时间，这段时期的门禁主要依靠坚固的金属结构来实现其功能，智能概念还没有与金属结构相碰撞出火花，在半导体技术成熟之后，键盘式门禁系统快速出现在全国大大小小的小区中，这种类型的门禁系统的典型的特征是布线复杂，将电话通信技术与铁门相结合，探访者通过键盘按下所要访问的房间号，号码拨通后主人将通过语音通话来对探访者的身份进行人工判断，主人判断过后将按下门阀开启按键，门禁将在电动方式下自动被打开，而若探访者不允许被进入，门阀将不会被打开，这种类型的电子门禁系统在盛行过一段时间后，许多用户提出了是否可以实现门禁系统对探访者身份的自动识别和判断，若身份合法则自动将门阀开启，方便探访者进入，这项要求在射频身份识别技术（RFID）成熟后得到了实现，通过该项技术，若探访者手持一个IC（射频身份卡）靠近门禁的读卡器时，若读卡成功（即探访者的身份合法），则门禁系统自动将门阀开启，这在一定意义上大大方便了门禁的使用，实现了很大程度上的智能概念，本课题也将采用RFID技术来实现一款智能门禁控制系统。
智能门禁的发展现状
纵观这几年新型智能小区不断涌现在大中小城市中，门禁作为一项重要的安防措施，小区设计者和楼房购买者对于门禁的需求和要求不断提升，为提升现代小区的整体智能水平，门禁系统作为其中重要的一个部分，吸引了大量的企业和高校研究小组开始对门禁系统进行研究，目前性能最先进的智能门禁系统能够将面容识别以及音纹分析功能嵌入到其内部处理器中，通过内部高性能的处理器的强大处理作用，实现了更多途径的身份识别功能。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统智能门禁系统的发展基础上，设计出一款能够实现智能门禁功能的智能智能门禁控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对智能门禁系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，并将实现如下指标和功能：
通过RC522型RFID模块，通过51单片机的驱动能够实现对射频IC卡的身份读取和识别；
具有高清晰度的液晶显示功能，能够实现IC卡号的显示以及时间；
具有较高的时间计量功能；
采用+5V直流电压供电。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，这款单片机也是我们熟悉的常用单片机，在近五年中TI公司大肆对该系列单片机进行研发和推广，其中最高性能F5系单片机搭配外部的高稳定度晶振能够轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是AT89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。然而考虑到其成本，首先需要说的是其程序代码烧写方式，目前大多数430单片机全部采用JTAG接口进行代码下载和程序调试仿真，虽然这种接口能够实现仿真，但是采用这种接口必须要配合专用仿真器，该仿真器的价格较为昂贵，而51单片机只需要一个USB转串口的数据线即可实现代码的烧写，由此可见如果系统采用51单片机进行控制，那么成本将大为降低。
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