智能门禁系统的研究与设计.-方平

南京信息工程大学滨江学院滨江学院学年论文题目智能门禁系统的研究与设计院系滨江学院电子工程系专业电子信息工程学生姓名方平学号20102305005指导教师_____陈晓_______职称________教授______二Ｏ一三年十一月十五日目录南京信息工程大学滨江学院第1章系统总体设计方案及论证.............................................31.1门禁系统的工作原理..................................................31.2门禁系统的总体结构图................................................31.3门禁系统方案选择....................................................41.3.1显示器的选择...................................................41.3.2温度传感器的选择...............................................5第2章门禁系统主要硬件电路设计...........................................52.1系统核心部分—AT89C52...............................................62.1.1AT89C52主要性能...............................................62.1.2AT89C52的引脚及功能...........................................62.2串口通信.........................................................62.2.1串口通信方式...................................................72.3电源电路............................................................72.4矩阵键盘电路........................................................72.4.1单片机键盘和键盘接口概述.......................................82.4.2单片机键盘接口和键功能的实现...................................82.5显示电路............................................................82.5.1LCD1602的基本参数及引脚功能...................................92.5.2LCD1602与单片机接口电路.......................................92.6电平转换电路........................................................92.6.1电平转换芯片...................................................92.6.2MAX232芯片....................................................92.6.3电路连接图....................................................60第3章门禁系统软件设计..................................................103.1系统总程序.........................................................103.2密码处理程序.......................................................10第4章系统调试及结果分析................................................11结论...................................................................11参考文献..............................................................11致谢...................................................................11智能门禁系统的研究与设计南京信息工程大学滨江学院方平南京信息工程大学滨江学院，南京210044摘要：门禁系统是生活不可或缺的保障设施，由此提出了基于51单片机的多功能电子门禁系统。系统研究了电子密码锁技术，LCD显示技术，串口通信技术，51单片机及时钟和温度读取方法。介绍了电子门禁系统的整体框架、设计方案和具体实现。系统主要完成日期与时间显示，环境温度显示及密码的比较，修改和保存等，当三次输入密码错误或环境温度超过额定值时就报警，且上传信息至上位机。系统主控程序在KeiluVision2集成开发环境下设计实现，整体设计在Proteus环境下联合虚拟串口仿真成功。【关键词】门禁系统；电子密码锁；设计第1章系统总体设计方案及论证1.1门禁系统的工作原理多功能电子门禁系统的核心是电子密码锁，主要有三种工作状态。第一种状态：系统上电时LCD显示当前的日期和时间，除功能键外，其它按键被锁住；第二种状态：按一下功能键，LCD显示当时的环境温度,如果温度超过指定值就报警，且把系统信息上传到上位机系统，除功能键外，其它按键仍被锁住；第三种状态：这个状态时，按键被释放，LCD显示输入密码界面，可以完成密码输入，密码修改，密码保存，如果密码输入正确就打开电磁锁，且上传系统安全信息给上位机，但当三次输入密码错误时，系统报警，且上传报警信息，按键又被锁住。1.2门禁系统的总体结构图多功能电子门禁系统的硬件采用模块化设计，主要包括电源模块，矩阵键盘模块，显示模块，温度读取模块，时钟读取模块，开锁控制模块，报警提示模块和串行通信[2]模块。南京信息工程大学滨江学院多功能电子门禁系统的硬件系统总体框图如图1-1所示：AT89C52矩阵键盘电路温度读取电路复位电路时钟读取电路显示电路语音电路开锁控制电路提示电路电源上位机图1-1多功能电子门禁系统硬件系统总体框图1.3门禁系统方案选择1.3.1显示器的选择方案：LCD1602液晶显示器画质高且不会闪烁，和单片机系统的接口简单可靠，操作方便，体积小，重量轻，耗电量比其它显示器要少得多。而且显示内容可以是数字，字母，汉字等，。通过加大阴罩管的电流，轰击荧光粉，可以改善亮度。1.3.2温度传感器的选择数字温度传感器DS18B20具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。第2章门禁系统主要硬件电路设计2.1系统核心部分—AT89C522.1.1AT89C52主要性能AT89C52具有下列主要性能：8KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入/擦除周期）。全静态工作：0Hz～24MHz。三级程序存储器保密。南京信息工程大学滨江学院2.1.2信号引脚的第二功能由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的，例如MCS-51系列[4]单片机芯片引脚的数目是40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了供需问题。2.2串口通信通信主要有两种方式：并行通信和串行通信。并行通信是在传送数据过程中每个字节的各位同时进行传送的通信方式，而串行通信是指每个字节的各位分别进行传送的通信方式。2.2.1串口通信方式AT89C52串行口可设置四种工作方式，可有8位、10位和11位帧格式。本系统中，AT89C52采用串行口工作于方式1，即每帧10位的异步通信格式：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位停止位。当SM0=0，SM1=1时，串行口选择方式1。其帧格式为：图2-3帧格式2.3电源电路多功能电子门禁系统的电源电路如图2-4所示：图2-4电源电路如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器T1，桥式整流电路D1，滤波电容C4、C6，防止自激电容C5、C13和一只固定式三端稳压器(LM7805)组成的。D1IN12OUT3GNDU5LM7805220uFC4220uFC60.1uFC50.1uFC13T1AC220VAC220VVCCGND停止起始D6D7D0D1D2D3D4D5南京信息工程大学滨江学院2.4矩阵键盘电路2.4.1单片机键盘和键盘接口概述单片机使用的键盘主要可分为独立式和矩阵式[5]两种。独立式实际上就是一组相互独立的按键，这些按键可直接与单片机的I/O接口连接，其方法是每个按键独占一条口线，接口简单。按一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作：一是键的识别，即在键盘中找出被按的是哪个键，另一项是键功能的实现。第一项工作是使用接口电路实现的，而第二项工作则是通过执行中断服务程序来完成。2.4.2单片机键盘接口和键功能的实现(1)键盘接口处理的核心内容是测试有无闭合键，对闭合键进行去抖动处理，求得闭合键的键码。这些操作内容通常都是有软硬件相结合的方法实现，但如果使用像HD7279这样的专用接口芯片，可以大大简化软件。(2)键盘接口的控制方式在单片机的运行过程中，何时执行键盘扫描和处理(3)键处理子程序在计算机中每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转相应的键处理子程序，进行字符、数据的输入或命令的处理。这样就可以实现该键所设定的功能。2.5电平转换电路2.5.1电平转换芯片由于RS-232C标准规定的逻辑电平与TTL等数字电路的逻辑电平不兼容，因此二者之间进行相互连接时必须先进行串口电平的转换，即必须将单片机的TTL电平和RS-232C标准电平进行转换。2.5.2电路连接图MAX232有两组通信串口，本系统只用到一组，其中T1IN连接单片机的P3.1,R1OUT连接单片机的P3.0,而T1OUT连接九针串口的2端，R1IN连接九针串口的3端。这样单片机与PC机的串口连接起来了南京信息工程大学滨江学院2.6时钟读取电路2.6.1DS1302的概述DS1302是美国DALLAS[10]公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。2.6.3DS1302的控制字节DS1302的控制字如图2-21所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。第3章门禁系统软件设计3.1系统总程序系统主要有三种状态，由参数j控制，当j=0时，系统调用时钟子程序，即在LCD上显示当前的日期和时间；当j=1时，系统调用温度子程序，在LCD上显示当时的环境温度；当j=2时，系统调用密码处理程序，这是系统的核心程序，完成密码的输入，判断，修改和存储。3.2密码处理程序首先输入六位密码值，