基于单片机的门禁系统设计与实现

侯彤晖

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的门禁系统设计与实现

侯彤晖

辽宁锦州渤海大学工学院

随着电子信息化时代的到来，科学技术的发展，实现自动化以及智能化已经成为了社会的一种发展趋势，而卡是作为自动化的发展产物，比如现实中的饭卡，以及智能公交卡，门禁卡等，都充分运用到了自动化，信息化的相关技术。本文设计的基于单片机的门禁系统。所选择的单片机作为系统的核心部件，系统中的各个子模块是通过单片机控制的，最终达到识别信息，存储信息的目的。

单片机 门禁系统 信息存储

1 引言

门禁控制系统现今已经走向了高科技技术的发展。本文的门禁系统通过软件设计和硬件设计展开。最近几年门禁系统的应用领域逐渐从银行、重要机关部门走向了生活的小区，而且门禁系统的应用逐渐增强。门禁系统的发展趋势已经从单一向全面方向发展。通常针对小区中的门禁卡在设计方面实现起来比较简捷。

通常比较常见的门禁控制系统主要包括了IC卡门禁系统、指纹识别以及密码识别门禁系统等。然而IC卡门禁系统的安全性比较高，而且使用起来十分方便，同时有着很好的性价比，因此IC卡门禁系统逐渐变为了门禁系统的发展主干，将IC卡门禁系统应用现实应用中，能够实现管理方面更加地自动化以及智能化，而且还能有利于控制管理应用场所中的人员的出入详情，从而对出入人员以及权限进行验证处理，另外还能将出入人员的记录保存起来。

2 系统硬件设计

2.1 键盘模块电路的设计

本系统的键盘模块中的功能主要分为两个：（1）使用者ID卡不在身边的时候能够通过在键盘中输入密码从而打开门禁。（2）来访者输入门牌号，同时将门铃按钮按下，从而进入。所以本文设计的键盘模块的按钮设置如表1所示。

表1 键盘模块按钮设置表

表中的A和B表示的是上文中提到的两种模式。A代表着的是使用者的密码输入，而B代表着的是来访者的门牌号输入。本系统中的硬件的组成模块有键盘输入模块、显示模块以及地址选择模块。其中的地址选择模块的功能是设置刷卡机的地址，所选用的电路的地址范围是从0000到1111变化，其中的地址0000代表着是PC端读卡机地址。键盘输入模块的功能是为了实现门禁解除之前需要是使用者按下按键。基于单片机的门禁系统硬件电路图如图1所示。

图1 基于单片机的门禁系统硬件电路图

2.2 门禁管理模块的设计

智能门禁系统的中心模块就是门禁管理模块，门禁管理模块的子模块包括了系统管理的主控模块以及数据库模块。主控模块中所涉及到的功能包括了卡管理管模块，也就是所谓的发卡，卡的类型分为最高权限卡和一般用户发卡，最高权限卡的用户角色权限是管理员，管理员的操作权限是能够挂失和解挂一般用户发卡;并且还能够查询卡的信息等。但是数据库模块的功能是采集门禁数据，并且更新查询数据。门禁机控制框图如图2所示。

图2 门禁机控制框图

2.3 时钟电路

系统的核心是单片机，模块中需要设置时钟电路，该时钟电路主要是显示时钟和日历，并且能够标注记录所发生的事件，实时时钟芯片对于时间的显示起到了很大的作用。以往的时钟芯片的传输方式采用的方式是并行接口，近来的几年在单片机系统的应用中芯片方式大多采用的是串行接口，而且也出现了很多的串行接口的实时时钟芯片，本文选择的实时时钟芯片是DS1302，从而该实时时钟芯片和单片机之间的通信方式选择的是同步串行，需要用到的端口线有三条，分别是I/O数据线、RST以及SCLK串行时钟。

2.4 显示电路

在显示电路中需要用到串行输入/输出芯片。MAX7219的芯片中的器件主要由8×8静态RAM、BCD译码器以及扫描控制器等。在电路的外部需要添加一个电阻，从而实现所有LED显示器中相关的字段电流的设置。MAX7219与微处理器之间需要通过三根导线实现连接，而且显示数字由微处理器写入一个地址。

2.5 数据传输模块的设计

数据在传输的过程中国，所用到的方式能够有多种，能够是有线方式，也能够是无线方式。比如局域、广域网络传输以及串行传输都是有线方式的传输方式。无线网络传输方式是无线方式，本文设计的基于单片机的门禁系统选择的传输方式是结合了有线方式和无线方式两种传输方式，该传输方式能够适应多种用户给出的需求。本系统中的网络通信接口选择的是无线方式的无线数据传输。在传输门禁系统中的数据是通过上位机和下位机实现的，其中PC机能够进行操作上位机，而门禁读写器操作下位机。

3 系统软件设计

3.1 接收数据处理程序设计

系统设计中，上位机与下位机采用串口通信的通信方式。但是上位机和下位机之间通信的数据会很多，所以为了通信更加地方便因而设置了数据帧格式，数据帧中的第一个字节代表的是开始发送数据，也就是指起始帧，本文设计中的起始帧是用0xBB表示。第二个字节代表的是接收端与发送端的地址。另外第三个字节代表命令，第三个以后的n个字节代表着数据，校验数据是用第n+4个字节表示的，停止字节是用最后一个字节表示，停止字节意味着结束发送数据。当上位机的应答命令被接收以后代表着就是上位机成功地接收发送的数据，这个时候需要把数据的发送标志位做清零的操作，从而使得数据不会发送。当上位机的写卡命令被上位机接收到的时候，在写卡数据块的数组中写入接收到的数据同时把写卡标志位写成1，如果程序在进行检测的过程中发现写卡标志位是等于1，则说明写卡操作将开始执行。但是本文选择的是全双工数据的总线RS232，在总线数据传送的过程中容易发生传输的错误。

3.2 读卡数据处理程序设计

本文基于单片机的门禁系统设计将绝对数据块为4的数据存储在Mifare1S50卡中，扇区是为1，块为0中。在Mifare1S50卡块4中总共的字节数目是16个，本设计中的13个字节是用来存储数据的，另外的3个字节空间默认写入0，其中的第一个字节存储的是关于存储卡的状态信息，当写入0的时候代表着卡片的状态是无效的，当值是1的时候，代表着就是卡片的状态是有效的，当值是2的时候代表着是卡片的状态是挂失。其中第二个字节到第四个字节的这三个字节和存储的门禁刷卡权限是一一对应的，如果值是1的时候代表着是有权限开门，如果值是0代表着无权限开门。从第五个字节到第十个字节一共有6个字节，这字节中存储的是汉字，代表着姓名，因此本文中所涉及到的汉字最多是三个。第11个字节到第13个字节中存储的是使用者的编号，使用者的编号的存储空间一共有3个字符。在读卡数据处理模块中判断这13个字节，在进行读卡的时候就会把读取到的数据信息显示在LCD12864液晶上。

4 结语

本文主要对门禁系统进行了简单地介绍，随着社会的发展，人们生活水平的提高，门禁卡系统逐渐地走向了高智能以及高集成的道路。本文主要围绕着硬件与软件进行了设计，其中硬件部分介绍了键盘模块电路、显示电路。软件部分介绍了接收数据和读卡数据处理程序。

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