1、1毕业设计（论文）课题名称 基于单片机的门禁系统设计 学院(部) 电子与控制工程学院 专 业 建筑电气与智能化 班 级 智能 1 班 学生姓名 朱系文 学 号 201232060120 3 月 28 日至 7 月 1 日共 14 周指导教师(签字) 教学院长(签字) 年 月 日21. 引言1.1 课题背景和意义1.1.1 课题背景1.1.2 课题意义1.2 国内外研究现状与发展方向 1.3 本论文的研究工作以及论文结构1.3.1 设计目标1.3.2 设计要求1.3.3 章节安排2.可视门禁系统的系统设计2.1 总体设计方案（系统结构）2.2 主要设备配置2.3 本章小结3.可视门禁系统的门口机
2、与室内机的设计3.1 门口机的系统结构3.1.1 89C51 单片机的简述3.1.2 键盘模块3.1.3 显示模块3.1.4 开锁模块3.1.5 数据传输模块 3.1.6 音频模块3.1.7 视频模块3.2 室内机的系统结构4.可视门禁系统的软件实现4.1 门口机程序设计4.2 室内机程序设计4.3 程序的检测与调试5.结论(致谢)参考文献附录3一。引言1.1 课题背景和意义1.1.1 课题的背景随着无线通信技术和电子技术,网络技术的迅速发展,人们生活的环境性、安全性越来越为之方便, 因此,越来越多的高智能建筑的出现。现代智能建筑是追求个人的生活环境和安全舒适的高度发展,信息社会的为之诞生,是
3、社会发展信息技术和建筑技术的高度结合的产物 ,是促进有效使用高科技的生活方式。为适应需求的信息时代,智能建筑功能是当前和未来发展求。这就要求建造的先进性, 必须满足用户当时各种需求,而且必须有一个开放的、动态的和结构的灵活性, 以满足在未来用户需求的变化, 除了日常需要在管理和管理费用应保持在减少。当前社会住房购买个人消费已成为热点。人们在考虑房屋的同时,关注周边环境的安全性、舒适性、居住舒适度也提出了更高的要求。门禁系统作为当前普遍采用的安防设备也意味着需要提高其性能。随着自动控制技术,通信技术和计算机技术的发展 ,建筑和智慧化社区得以了长足的发展规模巨大的建筑，我国现阶段大规模的建筑都有智
4、能安防系统。门禁系统作为安防系统的重要组成部分, 涉及自动识别系统、安全管理措施和现代机器、电子、通讯技术、计算机技术、生物控制, 许多新技术领域的。现在大部分门禁已经实现了系统的监测和管理,门禁系统的灵活性大大扩大了的应用领域。随着科技的发展，门禁系统,一个强大的安全系统已成为一些发达国家一个很重要的部分。 有两种类型的对讲系统,一种是单对讲型系统 ;另一个是可视对讲系统。单对讲系统只提供了双向交流的声音,这是一种非常容易被传呼型的结构 ,如主机、地板、解码器内部用户等 ,可视对讲系统不仅是视觉类型允许用户和访客语言交流,而且用户通过室内荧光屏的延伸, 看到明确的来访者。可视门禁系统为居民提
5、供了足不出户家庭对访问者一目了然,有效防止非法人员对住户的骚扰。便于使用的住户有安全需求方面。因此,有广泛的应用前景。1.1.2 课题的意义可视对讲门禁系统作为现代化的安全系统越来越普及,其重要性已经得到了人们的认识。门禁系统系统是现代化设施,在给家庭带来安全 ,同时,也不为人们提供了便利的通讯。鉴于高标准化管理模式,使用物业管理软可以在有限时间内 ,进行最有效的信息管理，也使物业更容易，快速 ,简单,改善治理社会的安全领域的智能化。随着现代通信技术、计算机技术和自动控制技术快速发展,门禁系统的用户也随着越来越多的广泛需求的而增加,所以门禁系统也需要扩张管理功能 ,例如 , 读卡联动、与监控系
6、统实现联动、各种报警功能完善、个性化人性化的界面需求等,同时作为软件需求接口的规模也不断扩大, 由原始的单片机也正在逐步走向应用市场。可视对讲门禁系统在各个领域的应用,也在大学校园无处不在的, 但我们尚未有机会认识真的系统, 以该系统的参考实验室的研究让学生学习已成为必然趋势。1.2 国内外研究现状与发展方向 对讲机的从上世纪 80 年代出现以来在欧洲和日本、香港、台湾地区的国家已采用了近 20 年,主要产品是韩国、日本、台湾品牌。自 1992 年以来, 生产厂商为了探索中国市场,国内市场用于建筑物的产品是从单户型开始。最初是产品功能单一,主要是一对一的产品, 只有简单的基本职能,。2000
7、年以来,有能力的产品生产商在生产联网型的产品, 首先实现了管理机器和系统集成的警4报,意味着息服务和社区功能的集成 ,还有些制造商集成了三表抄送等功能 ,产品在稳定上的进一步提高。对讲系统的数字化、信息化是建筑物的今后发展方向,2003 年年底，MOTOROLA 公司在中国国际技术成果交流会上展示了数字可视对讲门禁系统。门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么合理，材料多么坚固，人们总能通过各种手段把它打开。在出入人员很多的通道（像办公大楼、酒店客房）钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙
8、一起更换。为了解决这些问题，就出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率高，安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，安全系数很低。同时这个时期的产品由于大多采用读卡部分（密码输入）与控制部分合在一起安装在门外，很容易被人在室外打开锁。这个时期的门禁系统还停留在早期不成熟阶段，因此当时的门禁系统通常被人称为电子锁，应用也不广泛。随着生产成本进一步降低,包括市场继续引进先进技术,产品不断增加，可视对
9、讲功能也变得多样性。如采用数字视频和音频技术;采用蓝牙技术，在布线上实现无线对讲, 目前规模大的销售、安装工程、服务的成本也一直处于一个较高的水平。随着流程标准化，产品的安装工程、服务产品的社会化,也会逐渐降低成本。一般来说 ,产品的开发已到了新阶段 ,但还有许多方面还不是很成熟,未来的可视对讲产品会发展到新的高度。最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，门禁系统的应用领域也越来越广。门禁系统是随着
10、自识别技术的发展而迅速发展的，由于其巨大的市场潜力，许多公司都投入相当大的人力、物力从事门禁系统的开发生产。国外的知名品牌有美国的休斯（HID）、摩托罗拉（MOTOROLA）、西屋（WSE）、英国集宝，新加坡 SYRIS，韩国 SURERLOCK，中国台湾 PORIS 等诸多品牌。国内从事门禁系统开发的公司多达数千家，知名的有捷顺、清华紫光、德生国胜、马斯特、北京青云等公司。目前国内外研制和使用的门禁系统主要都集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。无论是国外产品还是国内产品，其单门的小型门禁控制器容量都集中在 2000 人左右，对于小型公司、便利店、家庭等一些用户较少的场合，会造成一种资源的浪
11、费，由于这些场合对门禁系统的需求量大而且需求趋势增长很快，因此，价格低廉、可靠性高、功能齐全、容量在 100 人左右的小型门禁系统就颇受欢迎 1。作为一种安防产品，门禁系统产品的竞争都集中在产品的安全性，可靠性和性能价格比上。就目前而言，国外生产的门禁系统安全性较高，但是价格昂贵，感应式门禁系统控制器的价格从 4 千元到 3 万元不等，包括读卡器、门锁、控制器、软件在内的一套最小系统市场价格在 1万元到数万元不等。国内生产的感应式门禁系统和指纹门禁系统价格较国外同类产品低大约 10%50%，但产品可靠性和安全性差一点。1.3 本论文的研究工作以及论文结构51.3.1 设计目标本设计将单片机技术
12、引入到可视对讲门禁系统的设计之中，发送与接收门禁和图像信息，实现主控端与门禁端的相互通信，适用于信号质量要求高的场合。论文要求设计基于单片机AT89C51 的一种可视对讲门禁系统。来访者进入小区后，需在住户单元门口机上拨通住户房号，由住户通过室内机按动开门键让来访者进入。使住户与住户、住户与小区管理部门之间建立一条内部通信的通道。合理的性能价格比，系统网络应与小区综合布线融为一体以减少重复布线和施工成本。门禁系统的设置并非千篇一律，可以根据实际情况，如系统规模、配套设施、应用对象、管理要求等各种因素，做出有针对性的设计。选择性能优良和合理的系统设备，工程中所用的设备和材料应选用技术较为先进的、
13、有保障的、得到社会和广大用户认可的生产厂家的产品。1.3.2 设计要求（1） 门禁系统功能的算法设计；（2） 如何选择影音传输模块完成室外机室内机间信息的可靠传输，包括视频信号单相传输、音频信号双向传输以及控制信号的传输；（3） 阐述系统的总体结构和工作原理，并对其中的全双工数字语音通信、图像信息的处理以及智能模块的各种控制等关键技术进行了详细的设计和实现；（4） 设计出具体的可视对讲门禁系统的工作原理图并仿真，给出软件流程及仿真结果；扩展功能。1.3.3 章节安排2.可视门禁系统的系统设计2.1 总体设计方案（系统结构）2.2 主要设备配置2.3 本章小结3.可视门禁系统的门口机与室内机的设
14、计3.1 门口机的系统结构3.1.1 89C51 单片机的简述3.1.2 键盘模块3.1.3 显示模块3.1.4 开锁模块3.1.5 数据传输模块 3.1.6 音频模块3.1.7 视频模块3.2 室内机的系统结构64.可视门禁系统的软件实现4.1 门口机程序设计4.2 室内机程序设计4.3 程序的检测与调试2.可视门禁系统的系统设计2.1 总体设计方案（系统结构）可视对讲门禁系统的整体设计如图 1 所示。2.2 主要设备配置室内机：当有访者在门口机呼叫时，被访室内机有权开启磁力锁，并且具有用语音通话等功能。门口机：用于呼叫室内机，当用户进入时可以输入个人密码进入。2.3 本章小结本章介绍了可视
15、门禁系统的总系统结构，包括门口机和室内机，为本系统的设计提供了一个总体的框图。3.可视门禁系统的门口机与室内机的设计3.1 门口机的系统结构73.1.1 89C51 单片机的简述89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存
16、储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/89C51 引脚图地址的低八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口： P1 口是一个内部提
17、供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为低八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL8门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2
18、口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /I
19、NT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时， 地址锁存允许的输出电平 用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于
20、定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部 程序存储器 的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问 外部数据 存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器读取外部 ROM 数据
21、。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部 ROM 时读取完内部 ROM后自动读取外部 ROM）。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP ）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。989c51 的晶振电路和复位电路C5，c6，X2 构成 晶振电路， X2 是晶振，两个电容为负载电容，作用是容易启震和减小频率的温漂。10按键，c4 组成复位电路，51 单片机复位是高电平复位，低电平正常工作，复位引脚是第 9 脚。上电瞬间，电源通过电阻
22、开始对 c4 充电，9 脚为高电平，随着充电的进行，9 脚电压降低，直至到低电平，单片机正常工作.3.1.2 键盘模块提供按键号码，输入密码，呼叫房间等。键盘电路:使用矩阵键盘，所以本设计就采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时间所占用的 I/O 线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这种方法，如图所示。3.1.3 显示模块在本章的显示模块中我选择的是 LM016L， LM016L 晶体模块采用了 HD44780 控制器，HD44780 具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符的移动，闪烁等功能。LM016 的引脚如下图11第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正
23、电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8
24、 位双向数据线。液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表所示：序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标
25、志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到 CGRAM 或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容LMO16L 可以直接和 89C51 单片机相连接。如图所示123.1.4 开锁模块系统的开锁、上锁通过继电器完成，继电器通过单片机的 I/O 端口控制，当P3.7 口输出高电平时，通过三极管放大电流，在上拉电阻的上拉作用下，继电器的线圈带电吸合，接点状态发生变化，常开接点 1、3 闭合；常闭接点 1、2 打开。通过继电器输出接点的通断状态变化就可以控制密码锁的上锁和开锁。完成对其上锁和开锁的控制，开锁电路所示。133.1.5 数
26、据传输模块 从单片机串行口输出的数字信号传输距离只有几米远，如果想远距离传输就使用长线驱动器，使用 MAX483 作为数字信号的长线驱动器。如图MAX483是适用于RS一485和RS一422通信协议的功率收发器。每个MAx483包括一个驱动器和一个接收器用于半双工通信；具有下降的变换速率驱动器，其电磁干扰(EMI)很小，并降低了由于终端电缆不匹配引起的反射，因而允许在数据高达250kbs时，进行无差错数据传输：驱动器转换速率没有限制，可以允许它们以25Mbps速率进行传输：具有12kQ标准输入阻抗，允许在总线上添加32个收发器(若需要添加更多收发器可使用MAx487，其可以携带128个收发器)
27、；传输距离可达1000米。3.1.6 音频模块3.1.7 视频模块本系统为了更好的传输视频，使用MAx4447和MAX4444两种集成电路。如图所示，其中MAX4447是单路视频输入，双路差分输出的线性驱动器；MAX4444是差分信号输入，单端信号输出的线性接收器。MAx4447MAx4444采用电流反馈技术增加带宽。MAX4447传输的最大信号带宽可达430MHz信号传输速率可达1544Mbits，输出驱动电流14130mA。低功耗模式下的电流损耗小于55mA，输出为高阻抗状态。而电路的连接如下图153.2 室内机的系统结构16室内机的系统结构相对比较简单，在接收模块里在上开锁控制模块，而开锁控制模块的电路中只需要一个按键表示就行，如图所示4.可视门禁系统的软件实现4.1 门口机程序设计4.2 室内机程序设计4.3 程序的检测与调试
