单片机的智能门禁控制系统设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能门禁系统研究背景 1
（二） 智能门禁国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） 射频无线身份识别模块介绍 5
（四） LCD1602液晶显示屏幕介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 系统总体设计 7
（二） AT89C51单片机最小系统设计 7
（三） 读卡模块电路设计 9
（四） 门控及门锁电路设计 9
（五） LCD1602液晶显示器电路设计 10
（六） 4×4键盘电路设计 11
（七） 报警电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 主程序流程设计 13
（二） LCD1602液晶显示器显示流程设计 13
（三） 报警流程图设计 14
（四） 按键消抖流程设计 15
总结 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
致谢 39
引言
智能门禁系统研究背景
随着中国城市化进程的不断加大，许许多多的新型小区正如雨后春笋般的涌现在城市中。随着中国城市化的不断发展，城市人口正在不断加大，根据一项权威机构的调查表明，目前全世界人口最多的城市中，上海排全世界第三，北京排全世界第七，这表明中国城市目前已经聚集了各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常常是防范非法侵入的最有效措施，它不但能够将陌生来客或者不法分子拒之门外，更能够在根本上减少犯罪率，使得不法分子望而却步。近几年来许许多多的智能门禁出现在人们的视野中，所谓智能门禁就是指在门禁原有的功能上增加了身份卡识别、指纹识别
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常常是防范非法侵入的最有效措施，它不但能够将陌生来客或者不法分子拒之门外，更能够在根本上减少犯罪率，使得不法分子望而却步。近几年来许许多多的智能门禁出现在人们的视野中，所谓智能门禁就是指在门禁原有的功能上增加了身份卡识别、指纹识别、密码识别或者面部识别等功能，从而出入门禁的人员能够通过输入密码、刷指纹、刷身份卡或者扫描面部来启闭大门，另外随着网络技术的发展，技术人员已经将门禁进行了网络化，个别高级小区已经能够通过主机实现对小区内所有门禁的集中管理、集中监视等，这给小区的生活质量以及安全性能带来了极大的提升。
目前市面上使用最多的智能门禁大多是采用射频卡作为身份识别，这在一些保密企业非常普遍，几乎每一个技术人员、工作人员都随身携带一个身份卡挂在脖子上，这种身份卡就是射频卡，当射频卡靠近智能门禁的读卡器时，读卡器通过电磁波的形式向射频卡传递能量以此来让射频卡工作，射频卡将自身所携带的信息传送给读卡器后，当信息合法门禁将被打开，这就是射频卡智能门禁的工作原理。而在居民的住宅小区内，智能门禁大多采用密码输入的方式来启闭大门，当住户输入的密码正确时，门禁主控器将驱动电机将大门打开，而密码错误时，门禁将发出警告信号，这时如果输入密码者是不法分子，警告信号将对不法分子产生很好的威慑力。
智能门禁国内外发展现状
智能门禁目前正朝着网络化、智能识别化的方向发展，在网络化方面，很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到智能门禁系统内，有了以太网模块，多个智能门禁就可以组成一个小网络，多个小网络就可以组成一个大网络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够进行脸部识别的智能门禁系统，它的智能在于能够通过处理器来采集出入门禁人员的面容，从而不在系统记录内的人将无法打开门禁，这在根本上解决了不法犯罪的发生，该小组目前研究的焦点是将语音识别功能加强，通过语音识别模块对使用门禁者的进行语音采集和分析，从而决定是否打开门禁。目前国内对于智能门禁的研究主要聚集在多传感器化上，这一目的主要是实现紧急情况下门禁的自动工作，比如当楼宇内火灾发生时，智能门禁系统的火灾传感器产生动作，在最短的时间内将门禁打开，从而为楼宇内的人员打开逃生道路。
本文主要研究内容
本文主要从实际出发，本着对智能门禁具有智能化、操作方便简单以及能够实现身份识别为目的，通过对硬件结构的搭建和软件程序的调试，设计出了一个具有实用价值的智能门禁控制系统。在硬件上通过对主控芯片的以及外围模块的选择，考虑到了C51单片机资料丰富，并且程序代码使用C语言构建，在软件上主要是对代码编写平台的安装和代码调试，由于C51单片机是经过大学学习后比较熟悉的一款单片机，因此给设计过程带来了方便。为了更加清晰地描述设计过程，本文主要通过对硬件模块电路的设计和软件流程进行两个渠道的阐述。
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功
一、 引言 1
（一） 智能门禁系统研究背景 1
（二） 智能门禁国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） 射频无线身份识别模块介绍 5
（四） LCD1602液晶显示屏幕介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 系统总体设计 7
（二） AT89C51单片机最小系统设计 7
（三） 读卡模块电路设计 9
（四） 门控及门锁电路设计 9
（五） LCD1602液晶显示器电路设计 10
（六） 4×4键盘电路设计 11
（七） 报警电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 主程序流程设计 13
（二） LCD1602液晶显示器显示流程设计 13
（三） 报警流程图设计 14
（四） 按键消抖流程设计 15
总结 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
致谢 39
引言
智能门禁系统研究背景
随着中国城市化进程的不断加大，许许多多的新型小区正如雨后春笋般的涌现在城市中。随着中国城市化的不断发展，城市人口正在不断加大，根据一项权威机构的调查表明，目前全世界人口最多的城市中，上海排全世界第三，北京排全世界第七，这表明中国城市目前已经聚集了各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常常是防范非法侵入的最有效措施，它不但能够将陌生来客或者不法分子拒之门外，更能够在根本上减少犯罪率，使得不法分子望而却步。近几年来许许多多的智能门禁出现在人们的视野中，所谓智能门禁就是指在门禁原有的功能上增加了身份卡识别、指纹识别
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常常是防范非法侵入的最有效措施，它不但能够将陌生来客或者不法分子拒之门外，更能够在根本上减少犯罪率，使得不法分子望而却步。近几年来许许多多的智能门禁出现在人们的视野中，所谓智能门禁就是指在门禁原有的功能上增加了身份卡识别、指纹识别、密码识别或者面部识别等功能，从而出入门禁的人员能够通过输入密码、刷指纹、刷身份卡或者扫描面部来启闭大门，另外随着网络技术的发展，技术人员已经将门禁进行了网络化，个别高级小区已经能够通过主机实现对小区内所有门禁的集中管理、集中监视等，这给小区的生活质量以及安全性能带来了极大的提升。
目前市面上使用最多的智能门禁大多是采用射频卡作为身份识别，这在一些保密企业非常普遍，几乎每一个技术人员、工作人员都随身携带一个身份卡挂在脖子上，这种身份卡就是射频卡，当射频卡靠近智能门禁的读卡器时，读卡器通过电磁波的形式向射频卡传递能量以此来让射频卡工作，射频卡将自身所携带的信息传送给读卡器后，当信息合法门禁将被打开，这就是射频卡智能门禁的工作原理。而在居民的住宅小区内，智能门禁大多采用密码输入的方式来启闭大门，当住户输入的密码正确时，门禁主控器将驱动电机将大门打开，而密码错误时，门禁将发出警告信号，这时如果输入密码者是不法分子，警告信号将对不法分子产生很好的威慑力。
智能门禁国内外发展现状
智能门禁目前正朝着网络化、智能识别化的方向发展，在网络化方面，很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到智能门禁系统内，有了以太网模块，多个智能门禁就可以组成一个小网络，多个小网络就可以组成一个大网络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够进行脸部识别的智能门禁系统，它的智能在于能够通过处理器来采集出入门禁人员的面容，从而不在系统记录内的人将无法打开门禁，这在根本上解决了不法犯罪的发生，该小组目前研究的焦点是将语音识别功能加强，通过语音识别模块对使用门禁者的进行语音采集和分析，从而决定是否打开门禁。目前国内对于智能门禁的研究主要聚集在多传感器化上，这一目的主要是实现紧急情况下门禁的自动工作，比如当楼宇内火灾发生时，智能门禁系统的火灾传感器产生动作，在最短的时间内将门禁打开，从而为楼宇内的人员打开逃生道路。
本文主要研究内容
本文主要从实际出发，本着对智能门禁具有智能化、操作方便简单以及能够实现身份识别为目的，通过对硬件结构的搭建和软件程序的调试，设计出了一个具有实用价值的智能门禁控制系统。在硬件上通过对主控芯片的以及外围模块的选择，考虑到了C51单片机资料丰富，并且程序代码使用C语言构建，在软件上主要是对代码编写平台的安装和代码调试，由于C51单片机是经过大学学习后比较熟悉的一款单片机，因此给设计过程带来了方便。为了更加清晰地描述设计过程，本文主要通过对硬件模块电路的设计和软件流程进行两个渠道的阐述。
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功
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