毕业设计-智能小区门禁系统

1本科毕业论文STC89C52单片机在多层楼宇门禁系统中的应用姓名钟爱珍学院光电信息与计算机工程学院专业电子信息工程专业指导教师施展完成日期2012年5月2STC89C52单片机在多层楼宇门禁系统中的应用摘要随着科学技术的快速发展，电子门禁系统发展也非常迅速，而射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，作为一种通信技术在门禁系统中也得到了广泛应用。射频卡识别技术是近几年发展起来的一门新的自动识别技术，它利用射频方式在射频卡和读卡器之间进行无线双向通信，完成目标识别和数据交换。射频卡读卡系统具有操作快捷、防碰撞能力强、工作距离远、安全性高等优点，在身份识别、自动收费和电子钱包等领域有着广阔的市场前景。本文主要介绍了一种以51系列微处理器STC80C52为核心的，基于无线射频技术（RFID）的智能楼宇安防系统。通过语音播报系统可以进行操作提示，串口技术又提供了系统与上位机的通信，为新型小区的安全管理提供了可靠的保证。首先，需要选用相关的硬件模块，作为主控制器，本系统选用了时下应用非常广泛的高性能处理器STC80C52作为系统主微处理器，并外扩多个模块作为主硬件平台，实现了来访者从射频卡识别、语音提示密码输入操作、密码输入、密码认证、到安防门打开的一系列功能。其次，本系统的软件选用了KEIL51，单片机C语言为核心语言，通过RS-232串口电路对程序进行下载，实现硬件的智能控制。在射频卡模块，本系统主要运用了曼切斯特编码算法，来编写无线射频模块的主要读写程序，以完成射频卡的驱动，使其能够识别H4001非接触式ID卡，以此来完成射频读卡的功能。最后，论文使用RS-232串口，来实现系统与上位机的通信功能，记录小区来访者的身份及其来访时间，使得新型小区的管理更加智能化，安全系数更高。关键词：STC89C52单片机；串行通信；电子锁；CH451；无线射频识别技术、语音播报3ApplicationofSTC80C52MCUinmulti-storeyBuildingAccesscontrolsystemABSTRACTWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,thedevelopmentofelectronicaccesscontrolsystemsKeywords:AT89C51singlechipmicrocomputer;seriescommunication4目录Abstract……………………………………………………..…3第一章.绪论…………………………………………………………………….51.1课题研究背景及意义………………………………………….51.2智能小区门禁系统国内外研究现状….………………………..61.3课题主要研究内容及其结构………………………………….7第二章基于非接触IC卡的门禁系统概述2.1射频卡简介2.2H4001RFID工作机理2.3智能楼宇门禁系统概述2.3.1智能门禁系统的设计原则2.3.2本智能楼宇门禁系统设计方案第三章.智能小区门禁系统硬件电路设计3.180C52主控芯片简介及其最小系统设计………………..5.3.2基于CH451的键盘显示电路设计………………………..93.3基于MAX232的RS-232通信电路设计3.4基于AT45DB041D的存储器电路设计3.5基于U2270B的无线射频信号读取模块设计3.6基于WT588D的语音放大电路设计3.7电磁锁控制电路设计3.8电源电路模块设计第四章．电子锁智能控制软件设计4.1软件设计主要算法及其流程图4.2键盘显示模块软件设计4.3射频卡读卡软件设计4.4存储器模块软件设计第四章．结论参考文献致谢附录5附录1.系统总图浏览附录2主要程序1第一章绪论1.1课题研究背景及意义出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间，智能化小区，工厂等。在数字技术网络技术飞速发展的今天门禁技术得到了迅猛的发展。门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。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（象办公大楼、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。1.2智能小区门禁系统国内外研究现状门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展起来的，国外门禁系统的知识品牌有美国的休斯（HID）、西屋（WSE）、洛泰克（NTK），以色列的DDS、英国的集宝等品牌。国内从事门禁系统有深圳红门、门吉利、捷顺、北京青云等公司。目前，国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟，指纹自动识别系统的体积不断缩小，其价格也不断降低。据国际生物认证团（IBG）的预测：美国生物认证市场2002年突破7亿美元，其中指纹识别占近50%，虹膜识别占8%。美国生物认证市场到2005年将达到19亿美元，指纹识别占近40%，虹膜识别占10%左右。美国生物识别市场在未来几年中仍将会保持高速增长的趋2势，纵观门禁市场发展，预计未来1－3年中国门禁市场的平均增长比例将达20％以上。目前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4000到3万元不等，包括读卡器、门锁、控制器、软件在内的一套系统报价在万元以上。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价格低大约10%-50%，但系统的可靠性稍差。高级智能型门禁控制系统是当前门禁系统的重要发展方向，高级智能型门禁系统是一种联网式门禁系统，功能也比较完善。但对于一般的企业、住宅小区来说，并不是最理想的选择。这种门禁系统常用于国防、军事等单位。1.3课题主要研究内容及其结构智能小区门禁系统包括输入模块，显示模块，存储器模块，语音模块，射频模块。这些模块构成了一个综合系统，能够满足新型小区的智能化管理要求，一改以往传统门锁的不足。本系统以基于80C51单片机为主控芯片，完成一系列的外围电路搭建和编程来达到系统的正常运行。并且系统研究了曼切斯特算法（一种超越传统数字传输极限的编码和解码办法），并且分析了曼彻斯特编码的频率与数据和时钟的关系。论文结构第一章绪论本章介绍了课题的背景知识，智能小区门禁系统国内外研究现状和本课题的主要研究目标以及本文的组织架构等。第二章系统结构设计本章对智能小区门禁系统概念及其操作系统做出了介绍，给出了系统框架图，并对系统中的一些主要芯片做了介绍。第三章单片机控制门禁系统硬件设计本章对系统中的主要硬件模块做出了阐述，并且给出了电路设计图。第四章电子锁智能控制软件设计本章系统介绍了曼切斯特算法，给出了整个系统的软件流程图，并且介绍了部分模块的程序构成，给出了一部分程序。第五章总结总结了论文主要完成的工作并指出了今后研究工作的方向及其重点。3第二章基于非接触IC卡的门禁系统概述本章主要分为两个部分，第一部分主要介绍了射频卡的基本概念概念及其工作原理。第二部分主要介绍了智能小区门禁系统的基本概念及系统的主要结构。2.1射频卡简介IC卡（IntegratedCircuitCard）又称集成电路卡或智能卡，IC卡是在较为原始的磁卡的基础上发展起来的，大致经过了从接触式IC卡（如存储器、加密存储卡、CPU卡）到非接触式的射频卡的发展阶段。我国目前使用的多是接触式IC卡。接触式IC卡使用时要将其插入读卡机中，通过表面电极触点的物理接触来实现数据的传递，具有触点磨损、污染及插卡不便等缺点；射频卡在使用时只要靠近读卡机即可，卡片的读卡机通过无线电波或电磁场感应的方式进行信息传递，射频卡继承了接触式IC卡的容量大、安全性能高等优点，同时也克服了以接触式IC卡的缺点，使射频卡的使用更加自由，应用更加广泛。非接触式IC卡又叫射频卡，是90年代初发展起来的新技术。射频卡由感应天线、控制芯片、存储单元组成，并完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。射频卡本身是无源体，当读写器对射频卡进行读写操作时，读写器发出的射频信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的LC产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作，另一部分则经解调后，控制芯片完成密码验证、数据的读取、修改、存储等，并返回给读写器。射频卡成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源和免接触的难题；射频卡无需专门的供电电源，它与读写器间无机械接触，避免了接触故障；它的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击穿及弯曲损坏等问题；射频卡使用时没有正反面就，而且射频卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点，由射频卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是软件控制操作过程较之接触式IC卡都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件和网络支持可在很多领域得到应用。本设计中采用的射频卡位为H4001非接触式射频卡，H4001是瑞士EM公司提供的非接触式只读RFID,其内部具有64位一次性可编程(OneTimesProgrammable)的存储器,除了10个同步位和14个校验位外,其余的40个位在4应用系统作为识别码使用.其典型的工作频率为125KHz,数据传输编码采用曼彻斯特编码,传输速率为718Kbps.它具有各种外型封装,如ISO薄卡、ISO厚卡、钥匙扣等,是目前市场上性价比最好的非接触式只读RFID卡。2.2H4001RFID工作机理H4001的天线与其读卡器的天线之间构成空间耦合“变压器”,读卡器天线作为“变压器”初级线圈向空间发射125KHz的交变电磁场,进入该电磁场的H4001卡通过其天线(“变压器”的次级线圈)获取能量,为其内部各功能部件提供工作电压.由于H4001为只读型RFID,读卡器无须向H4001发送任何数据或指令,一旦H4001进入读卡器有效的工作区域内,其内部功能部件就开始工作,时序发生器部件控制存储器阵列和数据编码单元将其内部的64位信息调制后按顺序发送给读卡器,H4001采用RSK(相移键控)调制方式.图2-1为H4001的64位数据信息,发送顺序总是从9个起始同步位(9个‘1’)开始,然后依次是D00、D01、⋯、P0、P10、PC3、0,最后一个‘0’是结束同步位.每当H4001将64个信息位图2-1H4001内部存储器的数据信息传输完毕后,只要H4001仍处于读卡器的工作区域内,H4001将再次按照图2顺序发送64位信息,如此重复,直至H4001退出读卡器的有效工作区域.H4001使用LCR(LongitudinalCirculateRedundancy,即纵向循环冗余)校验方式保5证其数据可靠性,图2中P0、⋯、P9位分别是各行的4个位的“异或”校验码;PC0、⋯PC3位分别是各列的10个位的“异或”校验码.准频率信号,该频率一方面为读卡器发射125kHz的交变电磁场提供工作时钟,另一方面为微控制器解码提供基准时钟.当读卡器的工作区域内没有H4001卡时,读卡器的检波电路没有输出,一旦有H4001进入交变电磁场并将其曼彻斯特编码的数据信息调制后发送出来,读卡器的滤波电路、解调电路、检波电路和整形单元将调制在125kHz频率信号中的采用曼彻斯特编码的数据信息解调还原,微控制器接收到曼彻斯特编码数据信息后利用软件解码,从而读取H40