单片机的智能门禁系统的设计与实现
摘 要本文以智能门禁为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现身份识别、门锁自动启闭以及液晶显示功能的智能门禁控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控芯片的选取 2
（二） STC89C51单片机简要概述 3
（三） RC522型射频身份识别模块介绍 3
（四） DS1302型时钟芯片介绍 4
（五） LCD1602液晶屏简介 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 智能门禁系统的硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 7
（三） RC522型射频身份识别模块电路设计 8
（四） DS1302时钟电路设计 9
（五） 液晶屏电路设计 9
（六） 门阀启闭电路设计 10
（七） 声音提示电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 智能门禁系统的软件工作流程设计 12
（二） RC522型射频身份识别模块工作流程图 13
（三） DS1302芯片软件工作流程设计 14
（四） 液晶屏显示流程设计 15
（五） 门阀启闭软件流程设计 15
五、 实物及调试 16
（一） 实物 16
（二） 调试 16
六、 总结 18
参考文献 19
致谢 20
附录一原理图 21
附录二元件列表 22
附录三程序
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
23
引言
随着智能概念的不断深入人心，生产生活中许多我们常用的家居或者电器都被嵌入了智能元素，本课题将要设计的这款门禁系统内部嵌入了一片8位处理器芯片，通过软硬件的配合，也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，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。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。
在对智能门禁控制系统进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对智能门禁控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图，本课题将对RFID在智能门禁系统中的身份识别、身份判断以及液晶显示等功能做详细介绍。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
方案二：使用宏晶公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属STC89C51以及STC89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。这两款单片机都是51系列单片机，因为这两款芯片内部都采用了MSC51内核，所以被称为51单片机，不同的是两者内部的ROM以及RAM大小，这两款单片机是FLASH型器件，即程序代码可重复烧写在单片机内，非常方便学生学习和实验，其中STC89C51的FLASH位4K，而STC89C52得FLASH位8K；而STC89C51的RAM大小位512字节，而STC89C52的RAM大小位256字节，另外STC89C52单片机内部有三个定时器，比STC89C51单片机多一个。可贵的是，如果采用51单片机作为本系统的主控器，我们也可以选到DIP40双排直插封装形式的芯片，非常利于电路的构建。在成本方面，目前51系列单片机的成本几乎是所有单片机中最低的，这一点对于本次毕业设计是非常重要的，因为毕业设计的目标是设计一款性价比较高的单片机系统。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控芯片的选取 2
（二） STC89C51单片机简要概述 3
（三） RC522型射频身份识别模块介绍 3
（四） DS1302型时钟芯片介绍 4
（五） LCD1602液晶屏简介 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 智能门禁系统的硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 7
（三） RC522型射频身份识别模块电路设计 8
（四） DS1302时钟电路设计 9
（五） 液晶屏电路设计 9
（六） 门阀启闭电路设计 10
（七） 声音提示电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 智能门禁系统的软件工作流程设计 12
（二） RC522型射频身份识别模块工作流程图 13
（三） DS1302芯片软件工作流程设计 14
（四） 液晶屏显示流程设计 15
（五） 门阀启闭软件流程设计 15
五、 实物及调试 16
（一） 实物 16
（二） 调试 16
六、 总结 18
参考文献 19
致谢 20
附录一原理图 21
附录二元件列表 22
附录三程序
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
23
引言
随着智能概念的不断深入人心，生产生活中许多我们常用的家居或者电器都被嵌入了智能元素，本课题将要设计的这款门禁系统内部嵌入了一片8位处理器芯片，通过软硬件的配合，也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，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。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。
在对智能门禁控制系统进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对智能门禁控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图，本课题将对RFID在智能门禁系统中的身份识别、身份判断以及液晶显示等功能做详细介绍。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
在目前单片机市场一片玲琅满目的情境下，给毕业设计的完成带来了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
方案二：使用宏晶公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属STC89C51以及STC89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。这两款单片机都是51系列单片机，因为这两款芯片内部都采用了MSC51内核，所以被称为51单片机，不同的是两者内部的ROM以及RAM大小，这两款单片机是FLASH型器件，即程序代码可重复烧写在单片机内，非常方便学生学习和实验，其中STC89C51的FLASH位4K，而STC89C52得FLASH位8K；而STC89C51的RAM大小位512字节，而STC89C52的RAM大小位256字节，另外STC89C52单片机内部有三个定时器，比STC89C51单片机多一个。可贵的是，如果采用51单片机作为本系统的主控器，我们也可以选到DIP40双排直插封装形式的芯片，非常利于电路的构建。在成本方面，目前51系列单片机的成本几乎是所有单片机中最低的，这一点对于本次毕业设计是非常重要的，因为毕业设计的目标是设计一款性价比较高的单片机系统。
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