侯彤暉

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的門禁系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

侯彤暉

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

隨著電子信息化時代的到來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)自動化以及智能化已經(jīng)成為了社會的一種發(fā)展趨勢，而卡是作為自動化的發(fā)展產(chǎn)物，比如現(xiàn)實中的飯卡，以及智能公交卡，門禁卡等，都充分運(yùn)用到了自動化，信息化的相關(guān)技術(shù)。本文設(shè)計的基于單片機(jī)的門禁系統(tǒng)。所選擇的單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)中的各個子模塊是通過單片機(jī)控制的，最終達(dá)到識別信息，存儲信息的目的。

單片機(jī) 門禁系統(tǒng) 信息存儲

1 引言

門禁控制系統(tǒng)現(xiàn)今已經(jīng)走向了高科技技術(shù)的發(fā)展。本文的門禁系統(tǒng)通過軟件設(shè)計和硬件設(shè)計展開。最近幾年門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸從銀行、重要機(jī)關(guān)部門走向了生活的小區(qū)，而且門禁系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸增強(qiáng)。門禁系統(tǒng)的發(fā)展趨勢已經(jīng)從單一向全面方向發(fā)展。通常針對小區(qū)中的門禁卡在設(shè)計方面實現(xiàn)起來比較簡捷。

通常比較常見的門禁控制系統(tǒng)主要包括了IC卡門禁系統(tǒng)、指紋識別以及密碼識別門禁系統(tǒng)等。然而IC卡門禁系統(tǒng)的安全性比較高，而且使用起來十分方便，同時有著很好的性價比，因此IC卡門禁系統(tǒng)逐漸變?yōu)榱碎T禁系統(tǒng)的發(fā)展主干，將IC卡門禁系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)實應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)管理方面更加地自動化以及智能化，而且還能有利于控制管理應(yīng)用場所中的人員的出入詳情，從而對出入人員以及權(quán)限進(jìn)行驗證處理，另外還能將出入人員的記錄保存起來。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 鍵盤模塊電路的設(shè)計

本系統(tǒng)的鍵盤模塊中的功能主要分為兩個：（1）使用者ID卡不在身邊的時候能夠通過在鍵盤中輸入密碼從而打開門禁。（2）來訪者輸入門牌號，同時將門鈴按鈕按下，從而進(jìn)入。所以本文設(shè)計的鍵盤模塊的按鈕設(shè)置如表1所示。

表1 鍵盤模塊按鈕設(shè)置表

表中的A和B表示的是上文中提到的兩種模式。A代表著的是使用者的密碼輸入，而B代表著的是來訪者的門牌號輸入。本系統(tǒng)中的硬件的組成模塊有鍵盤輸入模塊、顯示模塊以及地址選擇模塊。其中的地址選擇模塊的功能是設(shè)置刷卡機(jī)的地址，所選用的電路的地址范圍是從0000到1111變化，其中的地址0000代表著是PC端讀卡機(jī)地址。鍵盤輸入模塊的功能是為了實現(xiàn)門禁解除之前需要是使用者按下按鍵?；趩纹瑱C(jī)的門禁系統(tǒng)硬件電路圖如圖1所示。

圖1 基于單片機(jī)的門禁系統(tǒng)硬件電路圖

2.2 門禁管理模塊的設(shè)計

智能門禁系統(tǒng)的中心模塊就是門禁管理模塊，門禁管理模塊的子模塊包括了系統(tǒng)管理的主控模塊以及數(shù)據(jù)庫模塊。主控模塊中所涉及到的功能包括了卡管理管模塊，也就是所謂的發(fā)卡，卡的類型分為最高權(quán)限卡和一般用戶發(fā)卡，最高權(quán)限卡的用戶角色權(quán)限是管理員，管理員的操作權(quán)限是能夠掛失和解掛一般用戶發(fā)卡;并且還能夠查詢卡的信息等。但是數(shù)據(jù)庫模塊的功能是采集門禁數(shù)據(jù)，并且更新查詢數(shù)據(jù)。門禁機(jī)控制框圖如圖2所示。

圖2 門禁機(jī)控制框圖

2.3 時鐘電路

系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，模塊中需要設(shè)置時鐘電路，該時鐘電路主要是顯示時鐘和日歷，并且能夠標(biāo)注記錄所發(fā)生的事件，實時時鐘芯片對于時間的顯示起到了很大的作用。以往的時鐘芯片的傳輸方式采用的方式是并行接口，近來的幾年在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中芯片方式大多采用的是串行接口，而且也出現(xiàn)了很多的串行接口的實時時鐘芯片，本文選擇的實時時鐘芯片是DS1302，從而該實時時鐘芯片和單片機(jī)之間的通信方式選擇的是同步串行，需要用到的端口線有三條，分別是I/O數(shù)據(jù)線、RST以及SCLK串行時鐘。

2.4 顯示電路

在顯示電路中需要用到串行輸入/輸出芯片。MAX7219的芯片中的器件主要由8×8靜態(tài)RAM、BCD譯碼器以及掃描控制器等。在電路的外部需要添加一個電阻，從而實現(xiàn)所有LED顯示器中相關(guān)的字段電流的設(shè)置。MAX7219與微處理器之間需要通過三根導(dǎo)線實現(xiàn)連接，而且顯示數(shù)字由微處理器寫入一個地址。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計

數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中國，所用到的方式能夠有多種，能夠是有線方式，也能夠是無線方式。比如局域、廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸以及串行傳輸都是有線方式的傳輸方式。無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式是無線方式，本文設(shè)計的基于單片機(jī)的門禁系統(tǒng)選擇的傳輸方式是結(jié)合了有線方式和無線方式兩種傳輸方式，該傳輸方式能夠適應(yīng)多種用戶給出的需求。本系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信接口選擇的是無線方式的無線數(shù)據(jù)傳輸。在傳輸門禁系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是通過上位機(jī)和下位機(jī)實現(xiàn)的，其中PC機(jī)能夠進(jìn)行操作上位機(jī)，而門禁讀寫器操作下位機(jī)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 接收數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計中，上位機(jī)與下位機(jī)采用串口通信的通信方式。但是上位機(jī)和下位機(jī)之間通信的數(shù)據(jù)會很多，所以為了通信更加地方便因而設(shè)置了數(shù)據(jù)幀格式，數(shù)據(jù)幀中的第一個字節(jié)代表的是開始發(fā)送數(shù)據(jù)，也就是指起始幀，本文設(shè)計中的起始幀是用0xBB表示。第二個字節(jié)代表的是接收端與發(fā)送端的地址。另外第三個字節(jié)代表命令，第三個以后的n個字節(jié)代表著數(shù)據(jù)，校驗數(shù)據(jù)是用第n+4個字節(jié)表示的，停止字節(jié)是用最后一個字節(jié)表示，停止字節(jié)意味著結(jié)束發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)上位機(jī)的應(yīng)答命令被接收以后代表著就是上位機(jī)成功地接收發(fā)送的數(shù)據(jù)，這個時候需要把數(shù)據(jù)的發(fā)送標(biāo)志位做清零的操作，從而使得數(shù)據(jù)不會發(fā)送。當(dāng)上位機(jī)的寫卡命令被上位機(jī)接收到的時候，在寫卡數(shù)據(jù)塊的數(shù)組中寫入接收到的數(shù)據(jù)同時把寫卡標(biāo)志位寫成1，如果程序在進(jìn)行檢測的過程中發(fā)現(xiàn)寫卡標(biāo)志位是等于1，則說明寫卡操作將開始執(zhí)行。但是本文選擇的是全雙工數(shù)據(jù)的總線RS232，在總線數(shù)據(jù)傳送的過程中容易發(fā)生傳輸?shù)腻e誤。

3.2 讀卡數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計

本文基于單片機(jī)的門禁系統(tǒng)設(shè)計將絕對數(shù)據(jù)塊為4的數(shù)據(jù)存儲在Mifare1S50卡中，扇區(qū)是為1，塊為0中。在Mifare1S50卡塊4中總共的字節(jié)數(shù)目是16個，本設(shè)計中的13個字節(jié)是用來存儲數(shù)據(jù)的，另外的3個字節(jié)空間默認(rèn)寫入0，其中的第一個字節(jié)存儲的是關(guān)于存儲卡的狀態(tài)信息，當(dāng)寫入0的時候代表著卡片的狀態(tài)是無效的，當(dāng)值是1的時候，代表著就是卡片的狀態(tài)是有效的，當(dāng)值是2的時候代表著是卡片的狀態(tài)是掛失。其中第二個字節(jié)到第四個字節(jié)的這三個字節(jié)和存儲的門禁刷卡權(quán)限是一一對應(yīng)的，如果值是1的時候代表著是有權(quán)限開門，如果值是0代表著無權(quán)限開門。從第五個字節(jié)到第十個字節(jié)一共有6個字節(jié)，這字節(jié)中存儲的是漢字，代表著姓名，因此本文中所涉及到的漢字最多是三個。第11個字節(jié)到第13個字節(jié)中存儲的是使用者的編號，使用者的編號的存儲空間一共有3個字符。在讀卡數(shù)據(jù)處理模塊中判斷這13個字節(jié)，在進(jìn)行讀卡的時候就會把讀取到的數(shù)據(jù)信息顯示在LCD12864液晶上。

4 結(jié)語

本文主要對門禁系統(tǒng)進(jìn)行了簡單地介紹，隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，門禁卡系統(tǒng)逐漸地走向了高智能以及高集成的道路。本文主要圍繞著硬件與軟件進(jìn)行了設(shè)計，其中硬件部分介紹了鍵盤模塊電路、顯示電路。軟件部分介紹了接收數(shù)據(jù)和讀卡數(shù)據(jù)處理程序。

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