畢業(yè)設(shè)計基于單片機的門控系統(tǒng)設(shè)計

1、目 錄摘要iabstractii第1章 緒 論11.1本課題的研究背景11.2 本課題的主要研究工作21.3本課題的研究意義21.4 本設(shè)計主要的應(yīng)用場所2第2章 基于單片機的門控系統(tǒng)電路硬件設(shè)計32.1 基于單片機門控系統(tǒng)電路主框圖和工作基本原理32.2 各分電路設(shè)計42.3 本章小結(jié)13第3章 基于單片機門控系統(tǒng)的軟件設(shè)計143.1 軟件整體框圖143.2 主程序流程圖153.3 ds1302子程序163.4密碼輸入及其判斷子程序173.5門號輸入及其判斷子程序183.7 1602液晶模塊顯示子程序的設(shè)計193.8本章小結(jié)22第四章protues仿真234.1歡迎界面234.2密碼輸入開門

2、功能的仿真234.3門號輸入及呼叫功能的仿真244.4重復(fù)上次呼叫功能的仿真264.5非正常情況下報警的仿真264.6本章小結(jié)26第五章 設(shè)計總結(jié)27參考文獻29附錄130附錄254電路設(shè)計總原理圖54仿真電路元件清單55單片機門禁系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文基于單片機的門控系統(tǒng)設(shè)計摘要：在現(xiàn)代樓宇自動化的應(yīng)用中，門控系統(tǒng)應(yīng)用得十分廣泛，它提高了住宅質(zhì)量和人們的生活的安全性，本課題主要是設(shè)計出一種小型的門控系統(tǒng)，基于51單片機，以鍵盤密碼的輸入方式實現(xiàn)對門的出入控制，或者通過鍵盤輸入門號的方式，進行對講方式住戶實現(xiàn)開門。適用于普通樓宇單位的進入控制，可實現(xiàn)：對通道進出權(quán)限的控制（密碼輸入進門的控制）；對講

3、系統(tǒng)（可實現(xiàn)門外和住戶的對話及開門控制）。在異常情況下（非法侵入、門超時未關(guān)）實現(xiàn)報警；本系統(tǒng)的核心器件是單片機，通過對單片機已經(jīng)寫入得程序的實現(xiàn)上述功能?？蓪崿F(xiàn)普通機械門鎖所不能實現(xiàn)的自動門控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞: 51單片機、門控系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、智能樓宇自動化the entrance guard system based on mcuabstract： the access control system have being using very extensive，in the modern building automation applications, what improve the q

4、uality of people life and the residence of safety. the primary written assignment for this subject is design a small systems of access control it base on 51-mcu, which realizing the access control with the input password or call way. this system can be applied in general building unit of access cont

5、rol. its function as follows:the permissions to access control（entrance with the right pass code）；access talkback system(the doors open and dialogue function)；alarm in exceptional circumstances (illegal invasion/ the door not be closed overtime).the mcu is the core device of this system. this system

6、 runs throughout the course of program. it can realize the function that common mechanical lock cannot achieve. keywords: 51-mcu(micro programmed control unit)，access control system，dialogue system，intelligent building automation technology.60基于單片機的門控系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒 論1.1本課題的研究背景門控（門禁）系統(tǒng)屬于智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)（bas）種

7、的安防系統(tǒng)，是一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，高水平的門控系統(tǒng)集成自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，能夠?qū)Ω魍ǖ揽诘奈恢茫ㄐ袑ο蠹巴ㄐ袝r間、方向等進行實時的控制，從而實現(xiàn)對出入口的安全控制。隨著自動識別技術(shù)的發(fā)展，門控（門禁）系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進入了成熟期，但是總體來說門控（門禁）系統(tǒng)大體分為這一下三類：密碼門禁系統(tǒng) , 刷卡門禁系統(tǒng) ,生物識別門禁系統(tǒng)。隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，門控系統(tǒng)應(yīng)用的自識別技術(shù)更為先進（感應(yīng)接觸技術(shù)、生物識別技術(shù)等），設(shè)計也趨于更合理，控制器與識別儀分體設(shè)計，識別儀安裝在門外，控制器安裝在門內(nèi)，即只有識別儀對控制器的輸入線露在門外，其他所有控制線均在門內(nèi)

8、，因此在安全性方面有很大的提高，系統(tǒng)的可靠性、管理和使用的方便性等方面也有很大的進步。 在與微機的通信方面，從較早的門控系統(tǒng)多為單機控制型到采用rs485通信方式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)型門禁系統(tǒng)開始快速發(fā)展。這種類型的門控系統(tǒng)中門控制器與管理中心是通過局域網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)的，通信方式采用的是網(wǎng)絡(luò)常用的tcp/ip協(xié)議，技術(shù)含量高，管理中心位置可以隨時變更，不需重新布線，很容易實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 控制或異地控制。隨著人們對門控系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門控系統(tǒng)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出兩種趨勢：1）門控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣泛 門控系統(tǒng)的應(yīng)用已不局限在單一的出入口控制。它不僅可以應(yīng)用于智能大廈或智能小區(qū)的門禁系統(tǒng)，還可以應(yīng)用在

9、遠(yuǎn)程控制、停車場控制、電梯控制、交通管理或與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制等多種控制場合。感應(yīng)式門控系統(tǒng)和生物辨識門控系統(tǒng)成為門控系統(tǒng)發(fā)展的兩大熱點。感應(yīng)式門禁系統(tǒng)價格較低，使用簡單，維護方便的優(yōu)點是目前和今后研究使用的一大方向。隨著技術(shù)的日漸成熟，生物辨識門禁系統(tǒng)成本將逐步降低，實用性不斷提高，成為門禁系統(tǒng)發(fā)展的另一方向。隨著技術(shù)的日漸成熟，生物辨識門控系統(tǒng)成本將逐步降低，使用性不斷提高，成為門控系統(tǒng)發(fā)展的另一方面。 2）門控系統(tǒng)的集成應(yīng)用趨勢 門控系統(tǒng)可兼容多種讀卡技術(shù)，同時具備先進的聯(lián)網(wǎng)功能，通過聯(lián)網(wǎng)組成智能大廈，智能小區(qū)等大型系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控。同時，好的門控系統(tǒng)集成消防系統(tǒng)，還具有消防聯(lián)動功能

10、。1.2 本課題的主要研究工作1.2.1 課題內(nèi)容設(shè)計出一種能有密碼輸入進入、門號呼叫及對講、異常報警等功能的門控系統(tǒng)，本課題要求完成門控系統(tǒng)的的硬件和軟件設(shè)計及其軟件仿真。1.2.2 課題要求本課題主要要求完成以下內(nèi)容：（1）硬件設(shè)計：供電電源電路、備用電源充電電路、門磁、蜂鳴報警電路、電控鎖及其驅(qū)動電路、門號選擇電路、單片機及其外圍電路、（鍵盤電路、1602液晶顯示電路、報警電路）對講門鈴電路的等電路；（2）門控系統(tǒng)的軟件設(shè)計；（3）門控系統(tǒng)的仿真。1.3本課題的研究意義門控（門禁）系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，傳統(tǒng)的門鎖是一種單純的機械裝置，雖然經(jīng)過不斷地改進，安全性有所提高，但是

11、無論如何總能通過某種非正常的手段把它打開，其安全性較差。對于使用者來說，一把鎖配一把鑰匙，多把就需要多把鑰匙，使用起來不方便。在出入較多的通道（辦公室，酒店客房等），鑰匙的管理也相當(dāng)麻煩，遇到鑰匙丟失或人員更換都要把鑰匙一起更換。 為了解決這些問題，出現(xiàn)了電子密碼鎖，這種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理效率，使通道管理進入了電子時代。綜合市場上的樓宇對講系統(tǒng)和電子密碼鎖，我設(shè)計出了集合兩種功能并且自帶防盜報警的多功能門控系統(tǒng)。1.4 本設(shè)計主要的應(yīng)用場所由于此設(shè)計綜合了基本的門禁系統(tǒng)和樓宇對講系統(tǒng)的功能，因此其主要的應(yīng)用場所為小區(qū)綜合樓，集體居住宿舍，寫字樓等的安全程度要求不是

12、很高的場所。第2章 基于單片機的門控系統(tǒng)電路硬件設(shè)計門控電路的硬件部分主要由主要供電電源電路、備用電源電路、單片機外圍電路、鍵盤電路、1602液晶顯示電路、報警電路、門號選擇電路、對講電路等電路模塊組成。分為三塊電路設(shè)計，一塊電路實現(xiàn)電源電路，第二塊電路是與單片機直接控制相關(guān)的電路，第三塊是對講電路，采用這種設(shè)計是根據(jù)各個電路模塊之間的距離和功能來劃分的，說明起來也更加合理。2.1 基于單片機門控系統(tǒng)電路主框圖和工作基本原理智能控制器由主要供電電源電路、備用電源充電電路、門磁、蜂鳴報警電路、電控鎖及其驅(qū)動電路、門號選擇電路、單片機及其外圍電路、（鍵盤電路、1608液晶顯示電路、報警電路）對講門

13、鈴電路的等電路模塊組成。主框圖如圖2.1 所示。主要供電電源電路電源切換備用電源電路驅(qū)動電路電控鎖51單片機報警電路16路門選擇電路cd406716路模擬開關(guān)鍵盤電路1602液晶門 磁時鐘芯片門鈴對講電路12v5v電池12v圖2.1 基于單片機門控系統(tǒng)電路主框圖如上圖所表示，電源由主要供電電源電路和備用電源電路組成，主要供電電路是由市電通過變壓濾波整流穩(wěn)壓后直接向各部分電路供12v和5v電壓。備用電源是蓄電池組，通過穩(wěn)壓電路得到12v和5v電壓。備用和主要供電是通過一繼電器切換的。51單片機是整個電路的核心部分，其中單片機io口的輸入有 4x4矩陣鍵盤、門磁、ds1302時鐘電路等，輸出到十六

14、路cd06716模擬開關(guān)門選擇電路、1602液晶、報警電路及電插鎖驅(qū)動電路等。其中電控鎖和門鈴對講電路要求提供的電壓是12v，單片機及其外圍電路用的電源均為5v。將此電路單片機編程后，以上電路的組合可實現(xiàn)對門的密碼開啟、對應(yīng)門號的呼叫樓宇對講、非正常情況報警等功能。2.2 各分電路設(shè)計 2.2.1 供電電源變壓穩(wěn)壓電路及備用電源充電電路供電電源變壓穩(wěn)壓電路主要是為單片機及其周圍電路和電磁鎖的線圈和對講電路提供兩路穩(wěn)定的+12v 和+5v 電源，為了防止斷電出現(xiàn)門不能開啟的情況，電路還設(shè)計蓄電池斷電自動投入裝置。電源由 220v 交流電經(jīng)過24v的變壓器、整流濾波電路和 mc78l12cg 和m

15、c78l05cg芯片可以產(chǎn)生供單片機電路的+5v和電磁鎖的+12v 電源，斷電后經(jīng)自動通過12v蓄電池bt提供。電路框圖如圖2.2.1a，硬件圖為2.2.1b所示，其中直流繼電器用來實現(xiàn)市電供電電源和備用蓄電池電源的斷電自動切換當(dāng)常用電源正常時用常用電源，即斷電后則用備用蓄電池電源，d1為市電通電指示燈，d2為工作指示燈。市電輸入220v變壓器24v整流濾波電路12v蓄電池充電電路輸入電源選擇mc7805c穩(wěn)壓mc7812cg穩(wěn)壓12v穩(wěn)壓電源5v穩(wěn)壓電源圖2.2.1a供電電源電路原理框圖圖2.2.1b供電電源電路原理硬件圖充電電路設(shè)計如下，本電路使用于給12v的鉛酸蓄電池充電，電路如圖圖2.

16、1.1c所示，lm305是一個正輸出三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器，他可以提供1.2533v、3a的直流輸出。當(dāng)開關(guān)s合上時，充電器的輸出電壓為14.5v此時充電電流限制 在2a，隨著電池電壓的升高，充電電流逐漸減小，在充電電流減小到15ma時，充電器轉(zhuǎn)換到一個較低的浮動充電電壓，以防止過充電。隨著向電池的滿量充電，充電電流繼續(xù)減小，而輸出電壓則從14.5v降低到12.5v作用，此時將終止充電，同時晶體管v1導(dǎo)通，驅(qū)動發(fā)光二極管d10點亮，表示電池已經(jīng)充足電。圖2.1.1c 12v蓄電池充電電路2.2.2 門磁、蜂鳴報警電路、電控鎖及其驅(qū)動電路2.2.2.1門磁門磁是用來檢測門是否關(guān)閉的一個小型感應(yīng)器，在

17、軟件實時監(jiān)控時，可以看到每個門現(xiàn)在的狀態(tài)是開著的還是關(guān)著的。如下示意圖為常見的一種暗裝式門磁，一般都是不帶電線的一端內(nèi)藏磁鐵，帶電線的低端內(nèi)部藏有干簧管等元器件，當(dāng)磁鐵接近時，電線輸出閉合信號，當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離時，兩條電線輸出開路信號。不帶電線的一端裝在門的頂部，帶電線的一端裝在門框上。門關(guān)好時，兩端正好重疊接近。兩條電線輸出閉合信號。圖2.2.2a 門磁工作示意圖門磁可以實現(xiàn)對門的狀態(tài)進行監(jiān)控，可以配合門控系統(tǒng)，實現(xiàn)門被非法闖入，沒有進入權(quán)或者按按鈕的合法操作，而門被強行打開的報警功能。同時可以軟件編程實現(xiàn)長時間未關(guān)閉報警功能。2.2.2.2電控鎖的選擇及其驅(qū)動電路設(shè)計 電控鎖是門控系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)

18、行部件。目前小區(qū)樓宇門控對講系統(tǒng)一般都是配備的電控鎖，這種鎖用戶可以用鑰匙自行打開，即使是在忘記密碼的情況等特殊情況下也可以用鑰匙將門打開。根據(jù)門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。主要有以下兩種種類型： 陽極鎖：陽極鎖是斷電開門型，符合消防要求。它安裝在門 框的上部。與電磁鎖不同的是陽極鎖適用于雙向的木門、玻璃門、防火門，而且它本身 帶有門磁檢測器，可隨時檢測門的安全狀態(tài)。 陰極鎖：一般的陰極鎖為通電開門型。適用單向木門。安裝陰極鎖一定要配備ups電源。因為停電時陰鎖是鎖門的。 “陽極鎖”的一種停電開門的電鎖。切斷電源，電鎖會自動打開。由于此設(shè)計是基于單片機，提供了備用電源，故排除了此種情

19、況，而且電插鎖大多都是用于雙向開關(guān)門的門控系統(tǒng)中，本設(shè)計門控系統(tǒng)僅僅是單向開門即可。采用門磁+陰極鎖的方案，為了符合消防要求，在單片機io口可設(shè)置消防聯(lián)動接口。 在驅(qū)動電路中，用單片機三極管控制繼電器進行電鎖的電源通斷，電路原理如圖。在正常閉門情況下，控制電路是不對電控鎖供電的，單片機p2.3口發(fā)出開門信號時候即當(dāng)door置低電平時，經(jīng)單片機控制三極管來驅(qū)動電源繼電器接通而使得電控鎖的電源接通，電磁鎖接通指示燈d8亮，實現(xiàn)開門功能。電路基本原理見下圖2.2.2b 。 圖2.2.2b 電控鎖驅(qū)動電路 2.2.2.3報警電路此電路設(shè)計相當(dāng)簡單可以實現(xiàn)簡單的提示及報警功能，由單片輸出一開關(guān)信號至三極

20、管，觸發(fā)三極管以實現(xiàn)此功能。如下圖2.2.2c所示。圖2.2.2c 報警提示電路2.2.3門號選擇電路對講系統(tǒng)是此設(shè)計中的一個重要的模塊，對講系統(tǒng)中包含有對應(yīng)門號選擇呼叫的功能，設(shè)計方案是利用單片機的高低點位對四位輸出信號進行編碼，后經(jīng)過譯碼可以各個用戶進行門號選擇，為了實現(xiàn)這一功能，采用了多路選擇模擬開關(guān)芯片cd4067，如圖2.2.3a為cd4067的引腳圖。cd4067是單16路（單刀16位）模擬開關(guān)，各開關(guān)由外部輸入二進制的地址碼a、b、c、d來切換。其中腳10、11、14和13是地址碼a、b、c、d的輸入端；腳29和1623是開關(guān)的輸入/輸出端（開關(guān)位）；腳1是開關(guān)的輸出/輸入公共端

21、（開關(guān)刀）；腳15為控制端片選信號只有當(dāng)其置低電平時有效（選通），高電平禁止（開關(guān)開路）。cd4067的真值表如表2.2.3b所示。4位二進制碼a、b、c、d共有16種狀態(tài)，所以可以控制16個開關(guān)的通斷。從真值表上看出，cd4067的工作方式類似譯碼電路，可以將16種信號轉(zhuǎn)化為16開關(guān)的信號，這種模擬開關(guān)具有低的導(dǎo)通電阻和高的斷開電阻，被傳輸?shù)臄?shù)字信號幅度為3v15v。該圖中015是開關(guān)的位，x代表開關(guān)的公共端刀，它等效一個單刀多位開關(guān)。各開關(guān)的切換是由bcd碼作指令，bcd碼的每四位二進制碼可對應(yīng)一個開關(guān)的接通，其余開關(guān)都斷開。各開關(guān)都可雙向傳輸信號，即各開關(guān)允許從n線到1線的信號傳送（輸入

22、/輸出）或1線到n線的分離（輸出/輸入），以及允許信號的并/串轉(zhuǎn)換。開關(guān)所需的bcd碼由51單片機的p3.0p3.2腳輸入的,片選信號的輸入端為15由單片機的p3.3腳輸入。 圖2.2.3a cd4067的引腳圖圖2.2.3b cd4067的真值表2.2.4 單片機電路單片機是整個設(shè)計的控制器的核心，完成整個控制器的控制功能，包括鍵盤的輸入、液晶屏幕的顯示、數(shù)據(jù)的存儲和運算、數(shù)字信號的輸出等功能。圖2.2.4 at89c52管腳圖圖2.2.4 單片機管腳及其分配圖本設(shè)計采用的單片機是51系列單片機中的at89c52，它是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內(nèi)包含8kby

23、tes的課反復(fù)擦鞋的制度程序存儲器（perom） 和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），期間采用高密度、非易失性存儲技術(shù)產(chǎn)生，易標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令系統(tǒng)及8952產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲單元，使用與許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。它有32個i/o口線，3個16位定時/計數(shù)器，基本上都能夠滿足本設(shè)計的要求。管腳圖如下圖2.2.4所示。單片機的p0、p1、p2、p3均為雙向輸出口，由于此設(shè)計使用的單片機的管腳較多，如上圖所示在設(shè)計中比較合理的分配了：其中p1口為鍵盤與單片機的通訊接口；p0 和p2.0p2.2口為單片機與1602液晶顯示器d0d7的

24、數(shù)據(jù)通訊接口，p2.3是輸出至門鎖驅(qū)動電路的接口，p2.4p2.6是與實時時鐘芯片ds1302的連接接口，p3.0到p3.3是單片機與cd4067的輸出接口，其中p3.3是向cd4067輸出的片選信號，p3.6是門磁信號的連接接口，p3.7是輸出報警或提示蜂鳴器的信號接口。2.2.5單片機外圍電路設(shè)計2.2.5.1 4x4矩陣鍵盤電路本設(shè)計是用at89s52的并行口p1接44矩陣鍵盤，如圖2.2.4a所示，矩陣鍵盤的每個按鍵有它的行值和列值 ，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和cpu通信。對鍵盤的處理程序功能：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能

25、是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能及其鍵值。設(shè)計中方案中的鍵值及其功能如圖中下標(biāo)所示，其中鍵值15為密碼輸入的功能、鍵值14為門號輸入呼叫的功能鍵值13為歡迎界面顯示，鍵值12為重復(fù)上次的呼叫門號，0-9為相應(yīng)數(shù)字。圖2.2.5a 4x4矩陣鍵盤接線及其鍵值示意圖2.2.5.2 1602液晶及其電路本設(shè)計中使用的1602液晶模塊，如圖2.2.5b所示，它是一種字符型型液晶是一種用57點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1

26、行16個字、2行16個字、2行20個字等，最常用的為2行16個字，液晶模塊內(nèi)帶標(biāo)準(zhǔn)字庫，內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已經(jīng)存儲了192個57點陣字符，32個510點陣字符。另外還有字符生成ram（cgram）512字節(jié)，供用戶自定義字符。如表1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等。采用此液晶足以實現(xiàn)對此設(shè)計的顯示功能。2.2.5b 1602液晶模塊1腳：vss為電源地，接gnd。2腳：vdd接5v正電源。3腳：vl（vee）為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。4腳：rs為寄存器

27、選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。15腳：bla背光電源正極(+5v)輸入引腳。16腳：blk背光電源負(fù)極，接gnd。15、16腳圖中未畫出，背光燈可以方便夜間的使用。2.2.5.3實時時鐘芯片ds1302ds1302 是dallas 公司推出的涓流充電時鐘芯片,內(nèi)含有一個實

28、時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)ram,通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路.提供秒分時日日期.月年的信息,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過am/pm 指示決定采用24 或12 小時格式.ds1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信,僅需用到三個口線:1 res 復(fù)位,2 i/o 數(shù)據(jù)線,3 sclk串行時鐘.時鐘/ram 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31 個字節(jié)的字符組方式通信.ds1302 工作時功耗很低,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mw.雙電源管腳vcc1和vcc2用于主電源和備份電源供應(yīng),vcc1為可編程涓流充電電源。圖2.2.5c ds13

29、02引腳圖ds1302的引腳圖及外圍的電路如上圖2.4.4c所示，x1 x2 接32.768khz 晶振管腳，復(fù)位腳rst，數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳i/o ，串行時鐘引腳sclk，vcc1,vcc2 為電源供電管腳。采用3線穿行通信的方式對單片機的時間進行實時傳輸，rst為通信允許信號，rst=1允許通訊，rst=0時禁止通信，io為雙向串行數(shù)據(jù)傳送信號，sclk為串行數(shù)據(jù)的位同步脈沖信號。51單片機作為主機通過控制rst、sclk和io信號實現(xiàn)兩芯片建的數(shù)據(jù)傳送。由于此芯片功率僅為1mw用電量很小， vcc1可加備用電源，能在很久的時間段提供精準(zhǔn)的時間。因此設(shè)計中ds1302是最好選擇。2.2.6

30、對講門鈴電路的設(shè)計對講電路是此門控系統(tǒng)設(shè)計中的重要一個模塊，設(shè)計的對講門鈴的電路如圖，其工作原理如下：平時掛機時叉簧開關(guān)s55的1、2觸點接通，也加到音樂集成塊ic1的2腳。如按一下s，則音樂ic的3腳受觸發(fā)，1腳有音樂信號輸出，經(jīng)q15放大后推動揚聲器發(fā)聲，同時經(jīng)r5推動y2、y3。摘機后，叉簧開關(guān)hs的1、3接點接通，通話電路接通電源，音頻放大器ic2（lm386）工作，這時可進行對講。由圖可知標(biāo)號doornum的是接的是模擬開關(guān)cd4067的015號中相應(yīng)的一引腳，每個引腳接一個用戶分機，此設(shè)計方案只設(shè)計了16戶，利用cd4067的片選端，單片機只需多用一支引腳可以實現(xiàn)多16戶的用戶。c

31、ommon接的是模擬開關(guān)的公共端x ，由于cd4067的接通內(nèi)阻很小，因此理論上完全可以實現(xiàn)呼叫的功能。此對講門鈴電路中麥克風(fēng)mk1、揚聲器ls3、揚聲器ls1置于相應(yīng)住戶室內(nèi)，麥克風(fēng)mk2、揚聲器ls3置于門處來訪者可以使用到的位置。ceshi按鈕為設(shè)計的測試按鍵。2.2.6對講門鈴電路2.3 本章小結(jié)本章節(jié)對門控系統(tǒng)的硬件設(shè)計進行了闡述，并對各個分電路進行了詳細(xì)的設(shè)計，設(shè)計中采用了51系列單片機中的at89c52單片機，它功能完善，價格低廉，可靠性高、有良好的通用性。還采用了1602lcd液晶顯示模塊，可以實現(xiàn)建立了良好的人機交互界面的要求，操作起來將更加方便。此系統(tǒng)還有消防聯(lián)動接口，可以

32、實現(xiàn)與消防系統(tǒng)聯(lián)動。設(shè)計了實時時鐘芯片ds1302，在后邊用軟件可以實現(xiàn)限時操作功能。設(shè)計中采用了16路模擬開關(guān)cd4067用于對16個門號進行通斷,cd4067自帶片選端，只要在單片機多加一個io口就可以多實現(xiàn)16路門號的住戶，可滿足住戶數(shù)量的拓展。在供電充電電路中，可以自動投入備用電源，其中采用了蓄電池防過充電路。可以保護蓄電池，使其壽命更久。第3章 基于單片機門控系統(tǒng)的軟件設(shè)計門控系統(tǒng)的核心控制器是單片機，應(yīng)用中采用atmel公司的at89c52單片機，采用keilc編程，軟件經(jīng)過編程后可以基本上完成各個控制的功能，包括鍵盤掃描、1602ldc顯示、密碼輸入開門、門號呼叫、時間采集及其相

33、應(yīng)時間內(nèi)限制開門或限制呼叫、門延時未關(guān)或非法入侵報警、密碼三次輸入錯誤報警等功能。根據(jù)門控系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，所設(shè)計的系統(tǒng)軟件由1602液晶顯示器初始化子程序、各個輸出提示及狀態(tài)1602液晶顯示子程序、正否密碼對比子程序、門號比較子程序、三次密碼錯誤報警及其顯示子程序、鍵盤掃描子程序、鍵序判斷子程序、cd4067編碼子程序、查表子程序、時間判斷子程序、主程序組成。主程序?qū)醋陨隙马樞驘o限循環(huán)的方式執(zhí)行，當(dāng)有按鍵變化發(fā)生時，程序?qū)⑦\行到相應(yīng)子程序，并通過按下的鍵值，在內(nèi)部進行處理運算，并輸出相應(yīng)的顯示結(jié)果或者并輸出相應(yīng)正確的狀態(tài)信號，整個軟件設(shè)計，基本上是圍繞按鍵掃描展開的。經(jīng)由keilc編程后

34、，生成的hex文件在protues下仿真都可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。3.1 軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖通信ds1302記錄實時時間時間判斷鍵盤掃描主程序密碼判斷鍵值輸入門號判斷門號編碼門磁掃描報警1602液晶顯示3.1 軟件整體框圖3.2 主程序流程圖下圖圖為主程序流程圖，由上圖可知程序主要的流程，程序基本上是通過對鍵值及門磁的狀態(tài)進行時刻掃描，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鍵值時或者門磁信號變化時，運行相應(yīng)的子程序。開始ds1302時鐘芯片報警鍵盤掃描門磁狀態(tài)k=13且時刻k=14且時刻k=15且時刻實時時間記錄k=12且時刻延時門號編碼子程序歡迎界面顯示子程序門號輸入及其判斷子程序密碼輸入及其判斷子程序yyyyynnnnn圖3.

35、2主程序流程圖3.3 ds1302子程序單片機與ds1302是以串行通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模看蝹魉蜁r由at89c52向ds1302寫入一個命令字節(jié)開始。控制字節(jié)如圖3.3a 所示。ds1302 的一次數(shù)據(jù)傳送是從發(fā)送控制字節(jié)開始的?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7) 必須是邏輯1 ,如果該位為0 ,則無法把數(shù)據(jù)寫入到ds1302 中;位6 表示要讀寫的數(shù)據(jù)類型,為0 表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù),為1 表示存取ram 數(shù)據(jù);位5至位1 指示要操作單元的地址;最低有效位(位0) 表示命令類型,為0 表示要進行寫操作,為1 表示要進行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸出。ds1302 的復(fù)位特征和時鐘控制要求

36、復(fù)位(rst) 輸入有兩種功能:首先,用于接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次,用于終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)為rst 高電平時,所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對ds1302 進行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平,則會終止此次數(shù)據(jù)傳送,并且i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時,在vcc 2. 0 之前, rst必須保持低電平。另外,當(dāng)rst為高電平時,sclk必須為低電平。ds1302 的數(shù)據(jù)輸入輸出向ds1302 寫入數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)在控制字節(jié)輸入后的下一個sclk周期的上升沿被寫入,多余的sclk將被忽略。數(shù)據(jù)寫入時從低位(位0) 開始;同樣,從ds1302 讀取數(shù)據(jù)時,

37、數(shù)據(jù)在緊跟控制字節(jié)后的下一個sclk的下降沿讀出,讀出數(shù)據(jù)時也是從低位(0 位) 到高位(7 位) ,只要rst 保持高電平,額外的sclk將導(dǎo)致數(shù)據(jù)字節(jié)的持續(xù)讀出,這個特性用于實現(xiàn)該芯片的突發(fā)讀模式。數(shù)據(jù)讀寫時序如圖3.3b。突發(fā)模式下,可以一次性讀出所有日歷時鐘數(shù)據(jù)或ram。圖3.3b ds1302 的讀寫時序圖3.3a 控制字節(jié)的含義3.4密碼輸入及其判斷子程序顯示please input the code:_顯示please wait.wait please!顯示welcome! call or input code?密碼輸入按鈕密碼（6位）：(從鍵盤輸入)初始密碼為：888888從鍵

38、盤輸入6位密碼n顯示code is right,wait.顯示 soory you code error. 持續(xù)2秒電鎖通電開門(延時4秒)顯示code error three times!.3次錯誤y此子程序段是由主程序連續(xù)下來的，由于紙張?zhí)。瑹o在一個主程序流程圖中無法將所有子程序流程圖設(shè)計出來，故在此小節(jié)說明。（注：在歡迎界面開始）兩程序?qū)崿F(xiàn)了該系統(tǒng)最重要的兩個功能，在密碼子程序中，以數(shù)組查表的方式將輸入的密碼和初始的密碼進行比較，判斷對誤，并顯示。設(shè)置的6位密碼為*在每輸入一位密碼時，屏幕將顯示輸入的密碼位數(shù)，在此流程圖中未將這些程序段一一寫出，在三次密碼輸入錯誤的時候?qū)@示“code

39、 error three times!”同時輸出報警信號。黨密碼輸入正確時，屏幕將顯示“code is right,wait.”輸出三聲提示聲，并且產(chǎn)生電鎖接通信號rel=0，再延時關(guān)斷。如下圖3.4為其大致流程圖。 圖3.4 密碼輸入及其判斷子程序流程圖3.5門號輸入及其判斷子程序此子程序大致與上子程序相同，只是在算法上，上個程序是將三次輸入的數(shù)字存儲直接存儲。此程序是間接的存儲起來，然后再經(jīng)過乘法和加法運算，將所得到的結(jié)果儲存，然后再進行與已存的門號數(shù)組進行比較，判斷結(jié)果。輸出也和上程序不同，此程序是輸出到模擬開關(guān)cd4067的編碼信號。當(dāng)門號輸入正確時，相應(yīng)的編碼將在單片機的p3.0p3

40、.3產(chǎn)生。同時，蜂鳴器輸出四聲提示聲。液晶屏幕將顯示：“right door num connecting！”如下圖3.5為此子程序的流程圖。顯示welcome! call or input code?按呼叫鍵門號（16組）：(鍵盤輸入)3位 101 102103 201 202203 301 302303 401 402403 501 502 503 601 顯示please input the door number:_從鍵盤輸入門號09顯示sorry !num error.顯示please wait.顯示your door number is right! wait.在io口輸出相應(yīng)編碼

41、信號將16路模擬開關(guān)cd4067接通相應(yīng)信號（延時4秒）圖3.5門號輸入及其判斷子程序流程圖3.7 1602液晶模塊顯示子程序的設(shè)計3.7.1 1602液晶模塊控制指令表3.7.1 1602的控制指令1602液晶模塊的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明1為高電平，0為低電平），1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。如下表3.7.1。序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/cr/l*6置功能0

42、0001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到（cgram或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容指令1：清顯示，指令碼01h，光標(biāo)復(fù)位到地址00h位置指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00h指令3：光標(biāo)和顯示位置設(shè)置i/d，光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移，s：屏幕上所有文字是否左移或右移，高電平表示有效，低電平表示無效。指令4：顯示開關(guān)控制。d：控制整體的顯示開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示。c:控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，

43、低電平表示無光標(biāo) b：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 s/c ：高電平時顯示移動的文字，低電平時移動光標(biāo)指令6：功能設(shè)置命令 dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 n：低電平時為單行顯示，高電平時為雙行顯示，f：低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的顯示字符。指令7：字符發(fā)生器ram地址設(shè)置。指令8：ddram地址設(shè)置。指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 bf：忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。3.7.2芯片時序：基本操作時序表3.7.2如下表3.7.2：基本操作時序表讀狀態(tài)輸入rs=l，r/w=h，e=

44、h輸出d0d7=狀態(tài)字寫指令輸入rs=l，r/w=l，d0d7=指令碼，e=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入rs=h，r/w=h，e=h輸出d0d7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入rs=h，r/w=l，d0d7=數(shù)據(jù)，e=高脈沖輸出無操作時序如圖所示圖3.7.2a 讀操作時序圖3.7.2a 讀操作時序圖3.7.2b 寫操作時序3.7.3 1602lcd的ram地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在，哪里顯示字符，圖3.7.3是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3.7.3：lcd1602內(nèi)

45、部顯示地址在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。圖（下頁）為cgrom和cgram與字符的關(guān)系對照表。3.8本章小結(jié)此章節(jié)對此課題的軟件設(shè)計部分進行了詳細(xì)的說明。利用程序流程圖每個功能基本流程并結(jié)合元件內(nèi)部特殊的指令進行了講述。第四章protues仿真軟件設(shè)計階段完成后，軟件設(shè)計要求能夠?qū)崿F(xiàn)密碼鎖、樓宇對講、

46、和非正常狀態(tài)（即當(dāng)門電鎖未開時門磁信號變化）報警功能，在實現(xiàn)其上的功能以后還實現(xiàn)了在特定時間（即在晚上0點5點）不可以實現(xiàn)密碼開門及呼叫對講功能。編好的程序見附錄1，此程序是在keilc51軟件下編輯，將生成的hex文件用protues進行仿真，完全可以實現(xiàn)上述功能。下邊分密碼輸入開門功能，呼叫功能來進行仿真介紹。4.1歡迎界面歡迎界面為系統(tǒng)開始界面，在密碼輸入完畢，或者門號輸入程序完成后將顯示此界面，按鍵“歡迎界面”亦可以出現(xiàn)此界面：4.2密碼輸入開門功能的仿真 本程序設(shè)置的初始六位密碼是888888（可以在程序中改變），經(jīng)鍵盤輸入，在輸入正確或錯誤時，均有相應(yīng)聲音提示和led指示。1. 密

47、碼輸入功能開始界面仿真：按鍵密碼輸入lcd上顯示：2. 密碼輸入的仿真：在鍵盤上按鍵（0-9的按鍵才可，不然不會顯示密碼輸入進度），每次輸入一位密碼lcd上都會有相應(yīng)的密碼進度顯示： 3密碼輸入完成界面及正誤結(jié)果輸出的仿真：密碼輸入正確顯示界面6位密碼輸入完成后顯示界面 密碼正確 門鎖信號輸出將門鎖打開密碼輸入錯誤顯示界面4.當(dāng)密碼輸入3次錯誤時報警的仿真：密碼三次錯誤后報警燈及報警器指示密碼輸入三次錯誤后lcd顯示仿真4.3門號輸入及呼叫功能的仿真門號的輸入功能中，當(dāng)有門號輸入后，程序?qū)ふ乙延械拈T號，在此程序中設(shè)置存儲的門號有101,102,103,201,202,203,301,302,3

48、03,401,402,403,501,502,503,6011. 門號輸入及呼叫功能的開始界面仿真：當(dāng)按鍵“門號輸入”時，lcd顯示：2. 門號輸入仿真：此仿真過程和密碼鎖功能仿真的功能大致相同。在鍵盤上按鍵（0-9的按鍵才可，不然不會顯示輸入進度），每次輸入一位密碼lcd上都會有相應(yīng)的進度顯示： 3門號輸入完成界面及正誤結(jié)果輸出的仿真：在輸入門號正確的顯示及仿真時，是以輸入101門號為例 門號正確顯示屏輸出顯示門號輸入完成后顯示將101門號門號輸入時，接通指示燈亮。門號輸入錯誤顯示界面 4.4重復(fù)上次呼叫功能的仿真此仿真結(jié)果為4.3仿真結(jié)果。在4.3仿真時，有正確門號輸入后，單片機可以自動儲

49、存上次的呼叫門號。當(dāng)上次無門號輸入，或者門號輸入錯誤時，按下此功能鍵，顯示的結(jié)果為4.3中的門號輸入錯誤顯示界面；當(dāng)上次門號輸入正確，在按下此功能鍵時，會持續(xù)的呼叫上次呼叫的門號。4.5非正常情況下報警的仿真此仿真比較簡單，輸出類似三次密碼輸入錯誤報警程序。主要是在程序上修改即可，當(dāng)程序掃描到在電鎖未至開門信號時，門磁有信號變動（非法入侵）時便發(fā)出報警聲。報警聲持續(xù)10秒。下圖標(biāo)doorcontact與單片相連。門磁是用一按鈕代替進行的仿真，當(dāng)按鈕按下時為模擬的非法入侵（門被強行打開）。聲光報警報警狀態(tài)模擬的門磁報警燈及報警器指示4.6本章小結(jié)此章節(jié)講述了設(shè)計的仿真部分，著重說明了密碼輸入及門

50、號輸入功能的仿真，比較全面地對此設(shè)計功能的說明。系統(tǒng)采用了lcd液晶顯示模塊，建立了良好的人機交互界面，使的操作起來更加方便。在密碼輸入多次錯誤，門非法入侵時，報警器將報警，同時報警器的信號也可以分接線到保衛(wèi)處。因此系統(tǒng)具有良好的安全防范性。此系統(tǒng)還有消防聯(lián)動接口，可以與消防系統(tǒng)聯(lián)動符合消防規(guī)范。系統(tǒng)設(shè)計了實時時鐘芯片，還具備有限時操作功能，在0點至5點是是呼叫操作的，可在夜間防止打擾到住戶；同時在門號輸入時，設(shè)計了重復(fù)呼叫上次呼叫住戶按鍵，此功能使的使用者不必重新多次輸入上次呼叫的門號，此上兩點是比較人性化的設(shè)計。第五章 設(shè)計總結(jié)我的論文題目是“基于單片機的門控系統(tǒng)”。一開始，有點茫然，不知

51、道怎么著手，甚至產(chǎn)生了放棄了的念頭，但最后還是堅持下來了，因為我懂得凡事都是由茫然不知到成竹在胸的；事情的挑戰(zhàn)越大，就越能鍛煉人，我要去克服我的薄弱環(huán)節(jié)，去戰(zhàn)勝困難。從慢慢的進入了狀態(tài)，到思路逐漸清晰，到具體各部分的設(shè)計直至定稿。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，神圣的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)終于完成。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，是這次畢業(yè)設(shè)計，讓我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。設(shè)計初期是搜集資料文獻。在老師的指點下，通過各種渠道開始準(zhǔn)備工作通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。通過近一個月的深入學(xué)習(xí)，搜集了一大堆與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的資料，在鐘老師的指導(dǎo)下，我摒棄了一些無關(guān)緊要的內(nèi)容，保留了有參考價值

52、的資料作為備用。在這段時期，我時常進出學(xué)校圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，在學(xué)校電子閱覽室，我搜索了一些學(xué)術(shù)論文和期刊文章，搜索了外文文獻資料；藉此了解到一些相關(guān)的知識，將文獻綜述完成，我將任務(wù)書內(nèi)容列成提綱，將每個任務(wù)的時間安排好，更加完善精確資料，為論文的正式撰寫做好準(zhǔn)備。同時將想法與鐘老師進行溝通。接下來，我開始對所搜集的資料進行整理、分析研究，對比，并制作了課題研究的方案，開題報告完成之后隨即進入緊張而有序的寫作之中。并進行相關(guān)電路的設(shè)計工作和軟件的設(shè)計工作。為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細(xì)復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)了protues及protel99軟件的使用。掌握了許多的細(xì)節(jié)問題。

53、此次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。在設(shè)計電路初期，由于沒有相關(guān)資料，覺得無從下手，空有很多設(shè)計思想，卻不知道應(yīng)該選哪個，后來經(jīng)過仔細(xì)的對比，我的設(shè)計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。方案中我選用了at89c52單片機、cd4067芯片，可以將所需功能更加容易實現(xiàn)。將軟件設(shè)計硬件設(shè)計基本定稿后，并加入了自己新穎的見解，自己的創(chuàng)新點。在此期間，我多次與鐘老師電話或短信以及利用e-mail進行溝通，聽取老師好的建議，積極采納。感覺自己做的差不多的時候，我就將初稿發(fā)給了鐘老師，老師對我的設(shè)計進行了仔細(xì)的研究，一項一項的對我講解，發(fā)現(xiàn)論文中的論文漏洞不足之