基于MCS-51单片机的智能门禁系统的设计

姚海燕(江苏省南通中等专业学校江苏联合职业技术学院南通分院机电部　江苏南通　226011)



基于MCS-51单片机的智能门禁系统的设计

姚海燕
(江苏省南通中等专业学校江苏联合职业技术学院南通分院机电部江苏南通226011)

摘要:介绍了以MCS-51系列STC89C52单片机为核心的智能门禁系统的结构，分析了系统的控制原理和实现方法，提出了基于单片机的程序设计方案。该系统具有操作简单、高效和经济的特点。

关键词:MCS-51;单片机(STC89C52);智能门禁系统

智能楼宇内的安全防范主要由门禁系统、报警系统、视频监控系统、停车场管理系统、巡更系统及楼宇自控等众多系统组成。现代化智能楼宇门禁管理系统作为智能安防系统的一个重要组成部分［1］，具有安全、可靠及实用方便等特点。

1　智能门禁系统的设计思路

本次设计的智能小区门禁系统结构示意图如图1所示，基于互联网技术将各单元的门禁控制器进行联网，用楼栋号、单元号加以区别，可及时将开门信息、门禁考勤等信息传送至信息管理中心。在信息管理中心，管理人员可以通过人机交互界面对门禁系统进行实时监控，可以注册、删除IC卡，增加、删除楼宇节点等。整个门禁系统能够完成门禁开门、门禁考勤、门禁监控等安全防范，有效防止非法人员侵入。

图1　智能小区门禁系统结构示意图

2　智能门禁系统的硬件设计

本设计对独立的单元门禁系统进行设计，采用MCS-51单片机系列的STC89C52芯片，具有时钟显示、密码设置、IC卡管理等功能。考虑安全防范性，将门禁系统设计成密码开门和IC卡开门两种形式，只有密码输入正确或者经过验证的IC卡刷卡才能实现开门功能，输入错误密码三次后系统将被锁死，需要重新上电进行复位。按键、密码输入正确或者密码输入错误时蜂鸣器均会发出相应的声音提示。基于以上考虑，本设计的硬件组成框图如图2所示，门禁系统由门禁控制器、电源模块、总线模块、声音模块、液晶显示模块、系统键盘模块、读卡器模块及电锁模块组成。

图2　智能门禁系统的硬件组成框图

1)门禁控制器。门禁控制器采用STC89C52芯片，一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 K在系统可编程Flash存，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4 KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51 的5向量2级中断结构)，全双工串行口。另外STC89C52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35 MHz，6T/12T可选。因此，STC89C52芯片以其优良的性能非常适合作为本次门禁系统的核心控制模块。

2)电源模块。电源模块采用集成稳压电源电路，由UA7805芯片结合辅助电路完成对单片机及周围电路的供电。集成稳压电源电路具有精度高、稳定性强的特点。同时，电路配以USB电源连接口，方便进行门禁系统的现场调试和维护。

3)总线模块。本系统采用控制器局域网CAN (Controller Area Network)总线与联网设备、信息中心进行通讯。CAN总线最初由德国BOSCH公司为汽车监测和控制而设计的，现已成为ISO-11898国际标准并逐步应用到其他工业控制中［2］。CAN总线是一种串行通信协议，它使分布于不同地点的各个监控设备之间的数据交换更为灵活和直接，具有工作方式灵活、稳定性能好、容错性好及节点组合简单等特点。

4)液晶显示模块。液晶显示模块采用LCD1602，具有功耗低、体积小、轻巧、显示丰富等优良特性。液晶显示模块通过接插件与电路板相连，与单片机的连接方式如图3所示，有使能端、读写功能控制、指令或数据选择、8位I/O。根据用户设定的用户界面，显示相应的英文信息。

图3　LCD1602液晶显示与单片机的连接图

5)读卡器模块。读卡器模块采用MIFARE系列读卡器，采用ISO/IEC 14443A标准，用在成本低、尺寸小、性能高的非接触式门禁系统再合适不过。本次设计的读卡器模块采用接插件形式与主板相连，它与单片机的连接方式如图4所示，当IC卡靠近读卡器时，由线圈感应到信号，通过内部解调、解码电路处理信息，并用加密算法验证IC卡的合法性，并将结果反馈给单片机以判断是否开门。基于这种非接触模式，智能门禁系统将“感应卡”与“锁具”有机结合，进而由“感应卡”替代“钥匙”［3］，配合电脑、单片机实行智能化管理。

图4　读卡器接口与单片机的连接图

6)系统键盘模块。系统键盘采用4×4矩阵键盘，设有数字键“0”～“9”、确认/返回、改密、参数选择、+、-、密码清除共十六个按键，根据不同需求进行密码输入、修改密码、确认、返回、时间调整、IC卡注册等功能设置。如用户忘记密码或系统遭受恶意破坏，可进行系统信息重置，恢复默认设置。

7)声音模块。声音模块采用三极管组成的电路驱动扬声器发出相应的声音，电路如图5所示，按键时发出短暂的按键音提示音，在错误输入密码三次后发出报警音。

图5　声音模块

8)电锁模块。现在市面上用的电锁主要由电磁锁、电控锁等，有带电上锁或者掉电上锁两种使用方式，密码、IC卡都可以进行开锁功能。本设计采用74HC14组成的缓冲型反相器，接收并产生标准的TTL信号，通过单片机编程实现开锁动作。

9)周边电路。门禁系统中会配置更多的安全防范措施，如门磁、开门按钮、语音、图像采集等，非法触发门磁会引发报警信号，并通过总线将信号传送至信息中心。开门按钮可在楼内开门。语音、图像采集等将会增强门禁系统的安全。这些周边电路都是门禁系统安全防范的重要手段。

3　门禁系统的软件设计

门禁系统软件设计部门分为单片机程序设计和信息管理中心电脑的管理软件设计。单片机的控制程序主要是用来完成密码管理、IC卡注册、开门等。信息管理中心电脑的管理软件包括控制器管理、卡片管理、权限管理、小区建筑分布图、门禁开门信息登记显示等。

3.1单片机程序设计

STC89C52单片机的工作流程是当没有卡片进入读卡区时，信号指示灯不亮，门禁系统处于待机状态，LCD显示当前时间。输入原始密码可以进行开门操作，可以对不同的参数进行设定:更改时间、重新设定密码、注册IC卡、删除IC卡等。当输入正确的开门密码，电磁锁开门。当读卡器感应到有IC卡进入读卡区后会进行卡片验证，做出判断后返回结果。如果该卡片是合法的，单片机执行一个开锁命令，并且通过LCD显示“OPEN”，指示灯亮。如果卡片是非法的，蜂鸣器报警，LCD显示“SORRY”。连续三次输入错误密码，开门界面将被锁死，需重新上电恢复初始设置。如用户忘记密码、系统遭受恶意攻击，亦可重新恢复初始设置。

3.2信息管理中心软件设计

信息管理中心软件设计主要是门禁管理软件的设计，包括设计门禁人机交互界面、小区建筑分布地图、记录开门、密码修改、地图联动显示楼栋位置、IC卡注册、删除、注销及重新注册等。管理人员可以直接在软件上实时监控小区安防情况，查看用户的相关操作，如正确的开门信息、胁迫开门信息等。如将门禁系统与防盗报警系统相结合，还可以查看不同类型的报警信息，比如火警报警、燃气报警灯，以做到实时监控，发现问题及时出动，保卫小区住户的安全。总之，该软件界面设计直观，能够方便管理人员及时了解门禁系统运行情况，对门禁系统安全起到监控、保护作用。

4　结束语

智能门禁系统集密码开门、IC卡开门、时钟显示、软件监控等于一体，是智能小区安全防范的重要组成部分。通过MCS-51单片机对智能门禁系统进行设计和实现很好地完成了楼宇的门禁安全防范功能。当然，随着“互联网+”技术的迅速发展，一方面，门禁系统的安全性将面临更大的挑战;另一方面，借助新兴技术，门禁系统将会更加完善，能更大程度地保证小区住户的安全。

参考文献:

［1］朱凌云，陈少春.智能楼宇的指纹门禁系统［J］.上海:仪表技术，2009(5):3-5.

［2］王义，何立仁.CAN总线时延网络控制系统稳定性研究［J］.山西:中北大学学报(自然科学版)，2014(2):132-135，172.

［3］瞿小玲，王洁.RFID在智能门禁系统中的应用［J］.黑龙江:黑龙江科技信息，2011(21):32-33.

Design on Intelligent Access Control System Based on MCS-51 SCM

YAO Haiyan
(Mechanical and Electrical Department，Nantong Secondary Vocational School，Jiangsu Union Technical Institute，226011 Nantong，China)

Abstract:This paper introduces the intelligent access control system based on MCS-51 SCM(STC89C52)，and analyzes the control principle and implementation method.Besides，a kind of means about program designing based on SCM is given.The system is simple to operate，and is efficient and cost-effective.

Key words:MCS-51;SCM(STC89C52);intelligent access control system

作者简介:姚海燕(1982-)，女，讲师，硕士，主要研究方向:电子信息

收稿日期:2015-08-11

中图分类号:TP 273.5

文献标志码:B

文章编号:1672-2434(2016)01-0021-03