李墨巖 陳亞龍

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們的精神境界不斷提高，本文立足于城市書房，設(shè)計(jì)了基于51單片機(jī)的智能門控系統(tǒng)。通過超聲波測(cè)距模塊控制門的開合，DS1302時(shí)鐘芯片顯示時(shí)間，方便市民進(jìn)出與作息調(diào)整。同時(shí)，設(shè)立了工作人員管理模式，將矩陣鍵盤與EEPROM存儲(chǔ)模塊相結(jié)合，以輸密碼的形式控制超聲波模塊的打開與關(guān)閉，方便工作人員管理。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能門控;超聲波測(cè)距;城市書房

一、緒論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于大部分人而言，不再過分擔(dān)心溫飽問題，對(duì)物質(zhì)生活的追求也逐漸被對(duì)精神世界的追求取代。在這樣的大背景下，作為城市文明象征的圖書館也在適應(yīng)著人們心理上的變化，許多地區(qū)的圖書館都開始設(shè)立24小時(shí)開放的城市書房，以滿足市民們對(duì)精神文明的追求。

基于這種現(xiàn)狀，如何有效地解決市民進(jìn)出與工作人員管理成為了新的問題。本文通過對(duì)門控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)加以解決。

二、設(shè)計(jì)概述

項(xiàng)目自動(dòng)門控制分為兩個(gè)部分：市民自由進(jìn)出狀態(tài)，工作人員管理狀態(tài)。

設(shè)定的環(huán)境為：超聲波測(cè)距模塊安裝在大門合適高度處，主控芯片STC89C52與DS1302時(shí)鐘芯片，4*4矩陣鍵盤等為一個(gè)整體安裝在書房?jī)?nèi)合適位置處。

（一）市民自由進(jìn)出狀態(tài)

在此狀態(tài)下，書屋內(nèi)通過STC89C52驅(qū)動(dòng)DS1302芯片在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前時(shí)間，超聲波測(cè)距模塊正常工作，當(dāng)檢測(cè)到有人通過且距離小于30cm門自動(dòng)打開，5s后門自動(dòng)關(guān)閉。

（二）工作人員管理狀態(tài)

自動(dòng)門檢測(cè)到有人經(jīng)過，門打開。工作人員進(jìn)入后，按下書屋內(nèi)矩陣鍵盤的密碼輸入按鈕，顯示頁面停止顯示時(shí)間并進(jìn)入等待密碼輸入界面，密碼輸入完成后按下確認(rèn)鍵，超聲波測(cè)距功能關(guān)閉，此時(shí)如有人想要進(jìn)入門并不打開。

工作人員完成工作后，再次輸入密碼，超聲波測(cè)距功能打開，進(jìn)入自由進(jìn)出狀態(tài)。

在輸密碼過程中如輸入的密碼與存儲(chǔ)不一致在EEPROM特定地址內(nèi)的密碼，超聲波測(cè)距功能并不關(guān)閉。

此外，在矩陣鍵盤上有一個(gè)設(shè)置鍵是用于修改密碼的，當(dāng)按下此鍵后就進(jìn)入等待輸入舊密碼顯示界面，舊密碼輸入完成后按下確認(rèn)鍵，進(jìn)入新密碼輸入狀態(tài)。新密碼輸入完成后按下確認(rèn)鍵完成新密碼設(shè)置。再修改密碼完成之前按下退出鍵回到時(shí)鐘顯示狀態(tài)。

三、硬件模塊設(shè)計(jì)與分析

利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前時(shí)間。E2PROM模塊用于存儲(chǔ)密碼，MAX7219控制驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，繼電器模塊的指示燈亮滅表示門的開合狀態(tài)，超聲波模塊用來檢測(cè)是否有人想要進(jìn)入，4*4矩陣鍵盤進(jìn)行密碼輸入與更換等。

（一）DS1302時(shí)鐘芯片

DS1302在數(shù)據(jù)傳送時(shí)需要進(jìn)行初始化，即將復(fù)位引腳設(shè)為高電平，并且在移位寄存器中裝入8位地址和命令信息。數(shù)據(jù)通過時(shí)鐘引腳的上升沿時(shí)進(jìn)行串行輸入，指定的訪問地址為前8位，當(dāng)移位寄存器中載入命令字后，之后的時(shí)鐘周期里，想要輸出數(shù)據(jù)就進(jìn)行讀操作，想要輸入數(shù)據(jù)就進(jìn)行寫操作。

進(jìn)行時(shí)間顯示時(shí)DS1302芯片的引腳需要與數(shù)碼管相連，其中，時(shí)鐘顯示頁面為第一、二位數(shù)碼管顯示小時(shí)，第三、六位數(shù)碼管顯示橫桿，第四、五位數(shù)碼管顯示分鐘，第七、八位數(shù)碼管顯示分鐘。

（二）E2PROM芯片

EEPROM為電可擦除可編程只讀程序存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是內(nèi)存小，只能存儲(chǔ)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，掉電非易失。EEPROM按總線形式可以分為IIC、SPI、Microwire三種，項(xiàng)目中使用的是IIC總線形式。

在具體應(yīng)用時(shí)能夠確保密碼的存儲(chǔ)。在項(xiàng)目具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要使用六位密碼，但EEPROM的一個(gè)單元并不能存儲(chǔ)六位數(shù)據(jù)，因此分要多個(gè)單元分開存儲(chǔ)。值得注意的是，有的單片機(jī)并不支持往EEPROM里連續(xù)寫入數(shù)據(jù)，這時(shí)，需要在兩個(gè)寫入程序之間執(zhí)行delay延時(shí)操作，保證數(shù)據(jù)正常寫入。

（三）超聲波模塊

項(xiàng)目采用的超聲波模塊型號(hào)為HC-SR04+，其中非接觸式距離感測(cè)功能的應(yīng)用范圍為2cm-400cm，能夠達(dá)到的測(cè)量精度為3mm，可以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。且其相對(duì)于傳統(tǒng)的HHC-SR04模塊具有更寬的工作電壓，在同樣的測(cè)距下具有更小的工作電流。

項(xiàng)目中，考慮實(shí)際生活需求，測(cè)距模塊檢測(cè)到與人的距離小于30cm時(shí)，門自動(dòng)打開，停留5s后自動(dòng)關(guān)閉。

四、總結(jié)

結(jié)合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)，本文設(shè)計(jì)了基于51單片機(jī)的城市書房智能門控系統(tǒng)。能夠切實(shí)解決人們的生活需要。在硬件方面，項(xiàng)目利用片上現(xiàn)有的數(shù)碼管、繼電器LED燈、矩陣按鍵、獨(dú)立按鍵等資源可以實(shí)現(xiàn)輸入顯示等基本功能。采用DS1302、超聲波、E2PROM等外設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)顯示時(shí)間、感應(yīng)市民到來、存儲(chǔ)密碼等功能。這些外設(shè)在市面上都較為普遍，且性價(jià)比較高，保證了此設(shè)計(jì)的可實(shí)施性。

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基金：南京工程學(xué)院本科生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（TB201906067）