基于單片機的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 1 21.1本課題研究背景及意義 2 21.3研究目標(biāo)和主要內(nèi)容 32系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 42.2系統(tǒng)硬件選型 43系統(tǒng)硬件設(shè)計 63.1STC89C51單片機 63.2指紋識別模塊 73.3液晶顯示模塊 83.4射頻模塊 1 3.7存儲模塊 4系統(tǒng)軟件設(shè)計 5系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 20 21參考文獻 22 23附錄1原理圖 23附錄3源程序 該系統(tǒng)的核心控制是STC89C51單片機，指紋識別模塊、射頻刷卡模塊以及矩陣鍵盤模塊分別作為輸入信息模塊。指紋識別模塊采用的是AS608關(guān)鍵詞：STC89C51單片機；RFIDRC522;指紋識別1緒論1.1本課題研究背景及意義安全，一個亙古不變的話題，是一個國家發(fā)展，社會進步，家庭生存的前提，,隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)全防護措施，所以家居的安全性逐漸進入大家的視野。智能門禁系統(tǒng)就是保障人居家安1.2.1系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析的熱度也不斷提高。比如我們當(dāng)今常見的生物識別門禁系統(tǒng)主要是包括的有指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)等等一系列。在便攜性，舒適性，管理控制上都有了很多一步的提升，由于人體的一些生物體征的不可復(fù)制這一唯一性。這一生物秘鑰不能復(fù)制，失竊或者被遺忘，所以更加受到了大眾的追捧。國內(nèi)的智能門禁系統(tǒng)市場發(fā)展前景較好，就目前形勢而言，門禁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)，防盜系統(tǒng)，對講系統(tǒng)的整合是大勢所趨。國內(nèi)智能門禁系統(tǒng)行業(yè)還存在著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、產(chǎn)品互聯(lián)不足等問題。主要是在金融，交通，教育等行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的安防電子產(chǎn)品較多，而在家庭和社區(qū)這些地區(qū)應(yīng)用的相對較少，并沒有形成規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，展眼未來，我國門禁系統(tǒng)的發(fā)展將會呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化，生物識別，集成化發(fā)展。門禁產(chǎn)業(yè)必將會成長為智慧城市建設(shè)中必不可缺的一部分，基于這點來看。門禁系統(tǒng)的發(fā)展前景十分的前廣闊。1.3研究目標(biāo)和主要內(nèi)容根據(jù)當(dāng)今社會對于智能社區(qū)門禁系統(tǒng)的需求分析，我們將傳統(tǒng)的門禁技術(shù)和單片機技術(shù)相結(jié)合，利用單片機技術(shù)開發(fā)出智能化的社區(qū)門禁系統(tǒng)。一、結(jié)合傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)的優(yōu)點再結(jié)合現(xiàn)代化的智能門禁系統(tǒng)進行相結(jié)合，研究并實現(xiàn)了一種社區(qū)智能門禁系統(tǒng)。二、我們根據(jù)設(shè)計需求進行了整個系統(tǒng)的總體框架的設(shè)計，完成檢測模塊與單片機控制器之間的控本項目設(shè)計：本設(shè)計通過以STC89C51為核心的單片機控制方案，來實現(xiàn)智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，其主要內(nèi)容如下：密碼鎖通過三種方式解鎖，分別是指紋解鎖，密碼解鎖和刷卡解鎖，并且系統(tǒng)還可以實現(xiàn)密碼的更改和刪除，指紋的錄入和刪除，射頻卡信息的增添和刪除。當(dāng)操作人員輸入正確密碼或指紋識別，射頻卡識別通過后，系統(tǒng)自動解鎖。否則，它不會解鎖。當(dāng)驗證錯誤超過三次時候，系統(tǒng)則會自動啟動聲光報警并且鎖定系統(tǒng)15秒。2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計指紋識別模塊射頻模塊鍵盤模塊存儲模塊單片機報警模塊顯示模塊繼電器圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖2.2.1單片機模塊選型方案一：采用宏晶公司生產(chǎn)的89C51單片機機，用戶應(yīng)用程序為8KB字節(jié)，片上集成了512字節(jié)RAM,使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用提供方案二：采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103單片機STM32系列專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARMCortex-M3內(nèi)核。引2.2.2液晶模塊選型說明采取LCD12864液晶顯示器，該顯示器具有功耗低，超薄，重量輕，顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點。我們可以借助該模塊靈活的接□方式以及它簡單、方便的操作指令，能夠組成全漢語的人機交互圖像?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字，用這個模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，無論是從硬件電路結(jié)構(gòu)或者顯示程序上來講，前者都要簡單很多。3系統(tǒng)硬件設(shè)計每個系統(tǒng)的設(shè)計都會涉及到硬件的選擇，此次設(shè)計中主控電路選選擇的是最習(xí)見的STC89C51單片機，指紋識別模塊選擇的是AS608指紋芯片，LCD12864做為液晶顯示模塊，射頻讀卡模塊選取的是RC522模塊，繼電器選取的是RISYM1路5V繼電器模塊，選取AT24C02作為存儲模塊。本系統(tǒng)的主控電路由單片機、復(fù)位電路、時鐘電路組成。本系統(tǒng)采用單片機STC89C51作為主控芯片，復(fù)位電路在系統(tǒng)通電后進行復(fù)位操作，使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，時鐘電路主要為單片機提供時鐘脈沖。STC89C51引腳圖如圖3.1所示。345689P1412引腳名稱功能說明PO端□(P0.0P0.7)□使用，但必須加上拉電阻。P1端□(P1.0P1.7)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口P2端□(P2.0P2.7)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端□P3端□(3.0P3.7)內(nèi)部帶上拉電阻的8位多功能雙向I/O端□。電源輸入，接+5V電源片內(nèi)振蕩電路的輸出端19XTAL19RS30ALE地址鎖存允許信號31VPP問外部程序存儲器控制信號觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX),具體參見下表：在對FlashROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。表3.2P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能引腳號T2(定時器/計數(shù)器2外部計數(shù)輸入),時鐘輸出T2EX(定時器/計數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制)P3端口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O□,可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3□寫入“1”后，表3.2P3□引腳復(fù)用功能引腳號復(fù)用功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)(外部中斷0)(外部中斷1)TO(定時器0的外部輸入)T1(定時器1的外部輸入)(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)3.2.1指紋識別模塊簡介AS608模塊是一個內(nèi)部集成了光路感應(yīng)123234565678 D-圖2.5指紋模塊接線原理圖AS608是一個集成的光學(xué)指紋芯片，內(nèi)部有指紋算法，目前的算法是前人不斷開發(fā)完善得到的，雖然AS608內(nèi)部的算法我們是看不到的，但是它預(yù)留了一個串口和相關(guān)的串口指令集，我們可以用這些指令調(diào)用指紋算法，從而實現(xiàn)我們需要的功能。指紋識別模塊引腳功能表如表3.2所示。表3.3指紋識別模塊引腳功能引腳功能說明12串行數(shù)據(jù)輸出。TTL邏輯電平3串行數(shù)據(jù)輸入。TTL邏輯電平456783.3液晶顯示模塊LCD12864是一種背光LED顯示的低成本顯示屏，本設(shè)計利用單片機的PO□與LCD12864連接，實現(xiàn)信息傳送和顯示。顯示模塊連接單片機的第26,27,28三個控制端引腳，此電路圖如圖3.1所示。圖3.1液晶顯示模塊引腳圖管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1電源地2電源正34示DBT^DBO為顯示指令數(shù)據(jù)5的數(shù)據(jù)被寫道DB7~OBOR/W=“H-L”,6使能信號三態(tài)數(shù)據(jù)總線低4位三態(tài)數(shù)據(jù)總線高4位。4位并口時接口H:8位或4位并口方式空腳復(fù)位端，低電平有效A背光電源正端(+5V)K背光電源負(fù)端3.4射頻模塊射頻刷卡模塊采用的是RC522芯片，該芯片是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片。被廣泛應(yīng)用于智能儀表和便攜式手持設(shè)備中。作為IC卡和單片機數(shù)據(jù)交互的橋梁，通過RC522的控制實現(xiàn)了對射頻卡的讀取識別操作。RC522原理圖如圖3.2所示標(biāo)號IO類型電源電源正電源電源地復(fù)位輸出SPIO從機輸出SPI□從機輸入SPI□時鐘SPI□片選3.7存儲模塊AT24C02是一個2K位串行CMOSE2PROM,內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。AT24C02的引腳圖如下所示。AT24C02支持I2C,總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C,總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。它的管腳功能表如表3.5所示管腳名稱功能串行數(shù)據(jù)/地址串行時鐘寫保護地4系統(tǒng)軟件設(shè)計員按鍵，輸入6位數(shù)管理員密碼后就自動進入管理員后臺，進入管進行校驗，如果正確，則開門。連續(xù)錯誤3次以上時系統(tǒng)則會自動啟動聲光報警系統(tǒng)初始化Y是否解鎖門禁系統(tǒng)N輸入密碼按鍵AN是否合法NY是否3次輸入不正確Y聲光電報警N密碼未修改成結(jié)束用戶卡注銷用戶卡注冊錄入指紋修改密碼液晶顯示門鎖打開，繼電器開鎖讀卡器讀卡指紋識別判斷兩次密碼是否正確輸入管理員密碼管理員模式功N果是管理員按鍵，輸入6位數(shù)管理員密碼后就自動進入管理員后圖3.8所示以便錄入新的指紋數(shù)據(jù)。若指紋數(shù)據(jù)沒有達到上限，則可以一直錄入指紋信息，直到達到錄入上限。指紋模塊程序流程圖如圖3.7所示。NYNYN錯誤次數(shù)大于三次Y7圖3.7指紋模塊程序流程圖系統(tǒng)接通電源以后，進行初始化，自動進行門磁掃描，并檢測是否有卡進感應(yīng)區(qū)，如果有卡進入感應(yīng)區(qū)，系統(tǒng)則會進行卡號比對，并且輸出比對的結(jié)果反饋給液晶顯示器和繼電器，該模塊的程序流程如YY液晶顯示門鎖打NN錯誤次數(shù)大于三次Y聲光報警，系圖3.8射頻模塊程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析至此為止，門禁系統(tǒng)的軟硬件就都設(shè)計完畢了，但是實際測試的過程中也會遇到各種各樣的問題，所以要將每個系統(tǒng)整合到一起進行最終的調(diào)試。調(diào)試的過程中，應(yīng)當(dāng)針對系統(tǒng)的軟件具體的實施過程進行修改，以及對硬件系統(tǒng)的優(yōu)化。下面將以此介紹在搭建系統(tǒng)中對硬件和軟件的調(diào)試。焊接好之后，在通電之前先進行先進行硬件檢查，使用萬用表檢查單片機的接地和電源引腳之間有沒有短路，檢查所有模塊的電源接口是否全部接好，檢查所有的地線接口是否接好。次就是各種傳感器對應(yīng)的引腳是否接正確，觀察其是否符合要求。這些都是保證系統(tǒng)成功運行的重要條件。在本系統(tǒng)的設(shè)計中就曾遇到2次由于硬件原因?qū)е碌牟僮鞑怀晒Φ那闆r。第一次是LCD12864的接線問題，LCD12864在實際接線過程中應(yīng)當(dāng)接入上拉電阻才可以使液晶屏點亮相應(yīng)的符號，最后通過模塊化的上拉電阻解決了此問題。遇到的第二個問題是有關(guān)AT24C02存儲，當(dāng)時并沒有設(shè)計存儲芯片，用的是微處理器的內(nèi)部存儲單元，之后發(fā)現(xiàn)存儲的空間不夠，所以就采用了AT24C02存儲芯片來存儲STCSTC-ISP(V6.87E)(銷售電話官網(wǎng)：www.STCMCUDATA.com(技術(shù)支持QQ:800003751)本軟件…單片機型號STC89C52引腳數(shù)Auto∨串口號COM掃描最低波特率2400最高波特率115200Ox0000?清除代碼緩沖區(qū)打開程序文件硬件選項脫機下載/8/U7程序加密后傳輸ID4◆□使能6T(雙倍速)模式□降低振蕩器的放大增益□只有斷電才可停止看門狗?內(nèi)部擴展RA可用□下次冷啟動時，P1.0/P1.1為0/0才可下載程序□下次下載用戶程序時擦除用戶EPROM區(qū)選擇Flash空白區(qū)域的填充值FF串口助手Keil仿真設(shè)置選型/價格/樣品范例程序多字符串發(fā)送123456□關(guān)閉提示清空全部數(shù)據(jù)自動循環(huán)發(fā)送串口COM5波特率9600∨校驗位無校驗∨停止位1位□編程完成后自動打開串口發(fā)送0打開串口□將U8/U7設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)USB轉(zhuǎn)串口接收0清零芯片型號:STC89C52關(guān)于些芯片的重要說明：用戶代碼區(qū)的最后7不字節(jié)為全球唯一ID號所以代碼空間少7字節(jié)下載/編程停止重復(fù)編程檢測MCU選項注意/幫助重復(fù)延時3秒□每次下載前都重新裝載目標(biāo)文件重復(fù)次數(shù)無限□當(dāng)目標(biāo)文件變化時自動裝載并發(fā)送下載命令發(fā)布項目程序發(fā)布項目幫助讀取本機硬盤號?提示音成功計數(shù)559清雯清空接收區(qū)保存接收數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)O文本模式清空發(fā)送區(qū)保存發(fā)送數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)O文本模式大賽/實驗室/教材/招聘圖3.9串□調(diào)試工具界面圖通過硬件與軟件相互配合，達到智能門禁的效果。這個系統(tǒng)可以采集三種信號，分管理員按鍵并且輸入正確的管理員密碼后既可進入系統(tǒng)后臺刪去指紋修改密碼開機屏幕顯示界面圖系統(tǒng)后臺界面圖當(dāng)成功進入系統(tǒng)后臺并且按下按鍵1后，屏幕顯示“請按下手指”,當(dāng)指紋采集成功時，屏幕顯示“指紋采集成功，編號為00X,按任意鍵繼續(xù)”按下手指后如果該指紋信息已經(jīng)被存儲，則屏幕顯示“該指紋已存儲，按任意鍵繼續(xù)”當(dāng)按下按鍵2時，需要輸入我們想要刪除的指紋號，屏幕顯當(dāng)成功刪除想要刪除的指紋標(biāo)號時，屏幕上會顯示“刪去指紋號成功。按任意鍵繼續(xù)”,按下按鍵指紋刪除成功界面圖6結(jié)論根據(jù)各種不同的需求對串口、定時器和中斷等進行設(shè)置。在本次設(shè)計中讓我學(xué)習(xí)了對AS608指紋識別模塊和RC522射頻刷卡模塊的運用，通過自己查閱資料和學(xué)習(xí)各種基于AS608的開發(fā)的歷程，讓我成功實現(xiàn)了指紋解鎖和刷卡解鎖的設(shè)計，實現(xiàn)了系統(tǒng)需要的各項功能。本文給出了智能門禁系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方案，并給出了三種開鎖方式的實現(xiàn)方法。由于這種多功能智能門禁系統(tǒng)在國內(nèi)并不是很常見，智能家居將逐漸走向普通家庭，因此新型智能門禁系統(tǒng)在未來將具有良好的發(fā)展前景。由此可見，本項目具有一定的實際應(yīng)用意義。本文主要介紹了基單片機的智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計。單片機型號選擇的是STC89C51,選擇AS608指紋識別模塊實現(xiàn)此系統(tǒng)中的指紋識別功能，RC522射頻識別模塊用于識別門禁卡。使用液晶屏LCD12864進行顯示，輔助硬件有按鍵可準(zhǔn)確輸入信號，系統(tǒng)中的繼電器和小燈可以用來判斷指令完成狀態(tài)。主要介紹了指紋識別和門禁卡的工作原理，并且根據(jù)該工作原理設(shè)計出了基于單片機的智能門禁系統(tǒng)的各個部分硬件電路。程序部分用的是Keil軟件編程，并通過STC_ISP_V480軟件記錄在STC89C51中。以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。本設(shè)計最終可以完成指紋錄入，指紋刪減，IC卡的錄入，IC卡的刪除，密碼更改等功能，可以準(zhǔn)確識別出相應(yīng)的指紋，IC卡和密碼。用于門、箱、柜的解鎖。其實在本次設(shè)計中還可以加上一些更高級的功能，比如帶監(jiān)控的遠(yuǎn)程報警提醒功能，當(dāng)密碼多次錯誤時，系統(tǒng)自動鎖定并且發(fā)送短信給門禁鎖的主人進行提醒。我希望未來的智能門禁系統(tǒng)能夠運用本次畢業(yè)設(shè)計中用到的技術(shù)，進入千家萬戶。智能化使我們的生活越來越方便。即使忘記攜帶門禁卡，也可以通過密碼解鎖、指紋解鎖等方式解鎖，讓我們的生活更方便、更安全。[1]任毅.指紋識別系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué)，2019.[3]李智慧.智能社區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].黑龍江大學(xué)，2020.[4]邱希.基于智能門禁系統(tǒng)的分布式架構(gòu)方案研究與設(shè)計[D].武漢郵電科學(xué)研究院，2019.[5]劉奇.智能門禁系統(tǒng)的身份識別與電控系統(tǒng)研究[D].西南交通大學(xué)，2018.[6]胡明鳴.智能門禁硬件的設(shè)計與實現(xiàn)[D].浙江理工大學(xué)，2018.[7]王越.一種社區(qū)智能門禁系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].華中師范大學(xué)，2018.[8]章勇.基于RFID及移動端的門禁管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2018.[9]阮湖崗.多功能智能門禁終端及其網(wǎng)絡(luò)完備性的研究[D].東南大學(xué)，2018.[10]張坤.智慧小區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].重慶郵電大學(xué)，2017.[11]KimHyunOk,MoonKwangSoNon-contactDoor-lockSystem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