[基于单片机的小区单元门禁系统的设计] 小区单元门禁
时间：2019-05-02 03:25:51 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要： 根据住宅小区安全性的要求，提出一种基于单片机的小区单元门禁系统的设计方案。系统能实现密码的输入、清除、显示、修改，并有开锁、报警、通话功能。完成了系统的硬件电路设计和C语言编程，用proteus仿真软件进行了仿真。系统克服了传统机械锁的缺点，具有成本低廉、功能实用的特点。
关键词： 单片机；门禁；proteus；仿真
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0155-020引言
门禁系统，又称为出入口控制系统。在何处放行某些人、拒绝某些人，何时要发出报警，记忆出入的过程，以达到安全的目的，是门禁系统最基本的功能[1]。门禁电路已经成为社会一个必不可少的部分。在小区住宅，为了防止非小区人员进入需设置门禁电路。小区单元门的特点是可以多用户使用。针对这个特点，设计了一个操作简单，功能完善的门禁电路。
1系统的组成及硬件设计
采用一种是用以AT89S51为核心的单片机控制方案。AT89S51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器[2]。系统主要由几大板块所构成：按键模块、显示模块、通话电路模块、报警模块、断电存储模块、开锁控制模块等等。如图1所示。单片机接收键入的密码，并与存贮在EEPROM中的密码进行比较，如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁；如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，每次输入密码错误或者不足6位密码则单片机通过I/O口发送数据进行报警。此门禁电路还有密码重置功能。管理员可以用一个特殊的管理密码进行密码的修改，从而防止密码泄露出现的问题。对于访问者，此系统还有访问功能。访问者可以通过输入门牌号码进行通话，室内用户则可以通过室内的控制电路帮助访问者开锁。
1.1 断电存储电路断电存储模块主要是防止断电下密码缺失的问题,采用了AT24C02芯片。该芯片是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含256×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点[3]。该芯片采用了I2C总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和I/O线，并且支持在线编程，进行数据实时的存取十分方便。AT24C02中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线[4]。通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。AT24C02正是运用了I2C规程，使用主／从机双向通信，主机（为单片机AT89S51）和从机（AT24C02）均可工作于接收器和发送器状态。主机产生串行时钟信号（通过SCL引脚）并发出控制字，控制总线的传送方向，并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从机，接收到一个字节后必须发出一个确认信号ACK。AT24C02的控制字由8位二进制数构成，在开始信号发出以后，主机便会发出控制字，以选择从机并控制总线传送的方向。
其电路图如图2所示。
图中AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在AT89S51试验开发板上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C51试验开发板上和单片机的P1.6连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51试验开发板上和单片机的P1.5连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个5.1K的上拉电阻。第7引脚需要接地。AT24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。
1.2 通话电路通话电路模块主要功能是方便访客进行访问。由单片机进行信号的输出，模拟电路进行通话。原理图如图3所示。在这个门禁通话电路图中，图中的“SPEAKER”一个是扬声器，一个是麦克风。BC109C的共基级放大模型，提供了良好的电压增益，同时提供一个低阻抗输入与扬声器相匹配。自身的直流偏置用于允许晶体管内的电流增益变化。LM386作为一种音频集成功放芯片用来驱动扬声器。10K的电位器作为音量控制，总增益可以与预设的5K相适应。双刀双掷开关，控制的通话与被通话的方式以便于互相通话。手动操作开关（室内安装）允许双向沟通。单片机P1.4口作为信号输出口控制三极管是电路导通达到通话的目的。
2系统的软件设计
系统的软件设计采用C语言编码。用户在使用系统的过程中，可能在任何时刻按下任何按键，而程序都必须对此作出正确响应。所以主程序流程的主要思路是是根据按键的不同进行不同的程序处理。
先设计系统的初始化。包括数码管显示模式的初始化，密码缓冲区的初始化，一些自定义数据空间的初始化，蜂鸣器初始化发声等操作。如果AT24C02里没有存储密码，或者读取AT24C02失败，则载入系统初始化密码；如果AT24C02里有掉电存储的密码，则会读出该密码。系统初始化并读取密码完成后，数码管显示空白，用户可以输入密码。此时程序即不断测试按键，检查是否有按键被按下。如果有，则进行按键识别；识别成功，则进行按键定位。如果没有按键按下，或者按下的按键没有被识别，BUFF赋值0FFH，并跳转至按键测试。实际程序运行时，绝大部分时间都在测试按键，等待用户输入。主程序流程图如图4所示。
按键定位分为六个部分。密码输入程序部分：出于对密码的保密性，没按一个按键数码管都应该显示“--”，即workbuf[count]=tabledu[11]；其中tabledu[11]是数码管显示“--”的段码。确认程序部分：确认键的num为20，密码计数为count，管理键位为set。复位程序部分：num初始值为num=10，密码计数初始为count=-1，锁的初始状态为关闭，指示灯熄灭，通话电路初始状态为无信号，信号灯熄灭，数码管初始状态为显示空白。访客程序部分：利用初始化内部的门牌号码，进行类似密码比较。本文设计用了5个门牌号码分别为101，201，301，401，501。这个可以根据住户的楼层更改。开锁程序部分：与确认程序部分相似。进行秘密比较确认开锁。重置程序部分：首先输入管理密码，比较正确之后即可输入新用户密码。管理密码不可更改。
3系统的调试与仿真
本设计先利用Protues软件进行仿真。Protues通过读取利用keil软件编程生成的hex文件来实现仿真[5]。
首先按键是保密的，“锁关”灯的初始状态是点亮的。用户通过输入预先设置好的密码开锁。
用户通过矩阵的数字键输入预设密码，密码部分为6位，至右向左以此显示，每按一个键就会显示“--”，未输入部分数码管处于熄灭状态。用户输入完6位密码后按确认键或者住户键，如果用户输入的密码与预设密码相同，则会出现如图5所示的状态。密码正确则显示“OPEN”，与此同时，“锁开”的灯会点亮，“锁关”的灯会熄灭。如果用户输入错误或者不足6位数码管会显示“FALSE”，与此同时，“锁关”的状态不会发生改变。用户可以通过矩阵键盘上的管理键来修改密码。当用户输入预设的管理员密码之后再按“管理”按键，设置密码指示灯就会被点亮。此时用户可以输入自己想要设置的密码，密码的位数为6位。访客可以用过“访客”键与住户通话。访客输入相应的门牌号码，进行访客通话。输入正确，则通话指示灯会亮。否则，灯是熄灭状态。
4结论
本设计从经济实用的角度出发，采用美国Atmel公司的单片机AT89S51与低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、显示、报警、开锁等电路并用C语言编写主控芯片的控制程序，研制了一款可以多次更改密码具有报警、通话功能的小区单元门禁系统。系统功能实用,成本较低, 保密性强，灵活性高，具有实用价值。
参考文献：
[1]杨世恩.智能电子门禁系统研究与设计[J].通信技术，2011，44（5）：68-70.
[2]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007.
[3]罗刚，赵海刚，张源等.基于单片机的红外遥控定时开关装置的设计[J].机电工程技术，2010，39（3）：30-31.
[4]郭海英.基于单片机的电子安全密码的设计[J].现代电子技术，2005（13）：16-17.
[5]张靖武，周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.
