吳繼海

【摘 要】本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種嵌入式門禁系統(tǒng)。該門禁監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)（型號STC89C52）實(shí)現(xiàn)的，主要由輸入顯示模塊、實(shí)時時鐘模塊、存儲器模塊組成。在該系統(tǒng)中，通過LCD1602液晶顯示屏和4X4矩陣鍵盤與用戶進(jìn)行交互，此外，系統(tǒng)通過一個DS12C887RTC芯片來精確獲取時間，而且在系統(tǒng)掉電時也能正常計(jì)時，避免由于環(huán)境變化而導(dǎo)致系統(tǒng)時間出錯。本文分別是從硬件電路設(shè)計(jì)，軟件控制程序的實(shí)現(xiàn)來完成的，且設(shè)計(jì)的該系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性，經(jīng)由相應(yīng)的軟硬件測試，滿足嵌入式門禁系統(tǒng)的實(shí)時性、通用性、低功耗、微型化的要求，具有較高的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】嵌入式；門機(jī)系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)；應(yīng)用價值

門禁系統(tǒng)是近年來被廣泛應(yīng)用于中國高科技的安全設(shè)施，現(xiàn)在它已成為現(xiàn)代智能大廈的象征。在日益強(qiáng)調(diào)商業(yè)智能和安全的今天，許多人進(jìn)入某些重要機(jī)構(gòu)、研究實(shí)驗(yàn)室、公共部門控制中心、檔案館等，重要角色，以及機(jī)場人員、訪問授權(quán)控制等場所。按照目前的控制方式，在中國的門禁系統(tǒng)主要包括指紋、密碼、射頻卡的訪問控制系統(tǒng)，這是最廣泛使用的。反應(yīng)門禁系統(tǒng)和指紋門禁系統(tǒng)在中國的價格比國外同類產(chǎn)品價格低了10%-50%，可靠性和安全性也較低。保密IC卡和閱讀器的技術(shù)安全性保持相對落后的狀態(tài)。目前大多數(shù)門禁系統(tǒng)是一種簡單的門禁控制，它不是實(shí)時的門禁控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，只能滿足低安全性和基本控制需求的要求?；诖?，本文基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種低功耗、微型化嵌入式門禁系統(tǒng)，有較大的擴(kuò)展空間和實(shí)用價值。

一、相關(guān)概念的概述

（一）嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通常是面向特定應(yīng)用的。其專用性很強(qiáng)，功能也是針對應(yīng)用定制。所以，針對不同的應(yīng)用行業(yè)及場合，一般要根據(jù)功能要求對內(nèi)核和文件系統(tǒng)進(jìn)行裁剪與定制，硬件也要增加或減少相應(yīng)的功能模塊。從體系結(jié)構(gòu)來說，它是一個功能受限的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件方面有滿足計(jì)算機(jī)功能的最小系統(tǒng)，軟件方面有操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)要精簡。

（二）門禁系統(tǒng)的概述

門禁系統(tǒng)是一個管理員工進(jìn)出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。由于各行各業(yè)的不斷發(fā)展，對于智能化、安全話的需求越來越高，因此，對門禁系統(tǒng)的需求也正在發(fā)生重大變化。管理鎖的智能化不僅提高了門禁系統(tǒng)的安全性，而且方便了進(jìn)出人員信息的獲取。針對不同的行業(yè)，門禁系統(tǒng)也有不同檢測的更新。例如，對于酒店中的門禁系統(tǒng)，傳統(tǒng)酒店的門禁系統(tǒng)采用大量布線，每個房間和主控制器都需要與線路接觸，設(shè)備安裝和維護(hù)困難。非接觸式訪問控制系統(tǒng)采用非接觸式IC卡，，具有易磨損、數(shù)據(jù)丟失、安全性低的特點(diǎn)，而新式的門禁系統(tǒng)更加智能化，可以對房間和樓層進(jìn)行集中管理，控制中心可以實(shí)時顯示開門的記錄，從而提高酒店的安全性。它的自檢功能可以及時提醒管理人員及時發(fā)現(xiàn)故障信息，并減少維修人員的工作量。

二、門禁系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（一）硬件電路設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的嵌入式門禁系統(tǒng)主要包括一下幾個模塊：實(shí)時時鐘模塊，液晶顯示模塊，存儲器模塊和鍵盤輸入模塊等。

（二）時鐘電路的設(shè)計(jì)

常用的時鐘電路主要包括：全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘和波動式時鐘幾種。從功能上劃分，時鐘電路主要包括兩種，一種給單片機(jī)提供晶振。另一個是給系統(tǒng)計(jì)時所用。由于前者較為簡單，這里不詳細(xì)介紹，這里對系統(tǒng)的時間計(jì)數(shù)上進(jìn)行簡單介紹。本文使用DS12C887來作為我們的時鐘芯片，該芯片可以產(chǎn)生各種時間信息，并自帶有可供電的鋰電池，可以在系統(tǒng)斷電的情況下依然完成計(jì)時工作。同時，它的管腳也和MC146818B、DS12887相兼容，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。

（三）存儲器模塊設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的存儲模塊主要功能是用來存儲用戶信息。所采用的是T24C04作為存儲芯片。T24C02主要包含三個系列的產(chǎn)品，T24C02A、T24C0204A和T24C0208A，他們分別提供2048、4096和8192位可擦除和可編程只讀存儲器（EEPROM），該器件被優(yōu)化用于許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用，其中低功率和低電壓操作是必不可少的，并可通過2跟串行接口線訪問。在這里，我們使用AT24C04A，4K串行的EEPROM。電路圖如下2-2所示：

（四）液晶顯示模塊

顧名思義，顯示模塊的最終的功能與用戶進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。通常來說，系統(tǒng)的顯示功能可以通過，數(shù)碼管，液晶顯示屏，TFT等方式來實(shí)現(xiàn)。但是前者功能較為單一，顯示的信息較少，封裝上也不能滿足我們小型化和便攜的需求。而后者雖然功能強(qiáng)大，但是使用過程較為復(fù)雜，許多功能在本文設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)中很難用到。但是他可以作為一個擴(kuò)展，為我系統(tǒng)以后的完善埋下伏筆。經(jīng)過多方面的篩選，本系統(tǒng)最終選擇了LCD1602作為我們系統(tǒng)的顯示模塊。它采用5V左右的電壓進(jìn)行驅(qū)動，5V電壓供電，采用8位并行傳輸?shù)姆绞脚c51單片機(jī)進(jìn)行通信。

三、嵌入式門禁系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制芯片使用的是STC公司生產(chǎn)的一款非常經(jīng)典，應(yīng)用非常廣泛的一款51單片機(jī)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，采用KeilC51軟件對下位機(jī)軟件進(jìn)行開發(fā)。根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)思路，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所編寫的軟件程序也主要包括兩個方向。一個是主機(jī)控制程序，一個是從機(jī)輔助控制程序。主機(jī)部分：主要設(shè)計(jì)了時間獲取程序，存儲器的讀取和寫入程序，串口通信程序和用戶登錄程序三個部分。從機(jī)部分：主要設(shè)計(jì)了液晶顯示程序，鍵盤掃描程序等幾個模塊。另外，不管是主機(jī)還是從機(jī)，都涉及到了串口交互的程序設(shè)計(jì)。首先，程序的運(yùn)行之前，要首先對相關(guān)寄存器進(jìn)行配置，這也就是我們通常所說的系統(tǒng)初始化。

四、結(jié)論

本文所涉及的門禁管理系統(tǒng)是基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，分別完成了硬件電路的設(shè)計(jì)，軟件控制程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，另外本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有便攜，電路簡單，穩(wěn)定性高，擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，有較大的實(shí)用價值和推廣價值，適用于酒店系統(tǒng)，智能小區(qū)，校園圖書館等不同場合。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的新型軟件技術(shù)被應(yīng)用到我們的日常生活之中，不僅是門禁，生活的方方面面都體現(xiàn)著嵌入式系統(tǒng)的價值，這更是我們繼續(xù)深入學(xué)習(xí)嵌入式的理由。在此次的設(shè)計(jì)中我認(rèn)識到了自己還是有很多的不足之處需要去完善改正，還有許多地方需要我去學(xué)習(xí)。

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