基于單片機的智能門禁系統的設計

王鵬博 俞文博

摘要：以STC89C51單片機為主體核心，設計一個以IC卡識別為主的智能門禁系統。LM7805與LM1117構成的供電電路，RFID—RC522傳感器構成的射頻卡檢測電路，輔以按鍵模塊、紅外接收電路、LCD顯示電路、報警模塊實現了顯示、處理、分析、報警等功能。經實際驗證，該系統運行狀態良好，可在正常工作條件下在0.5s內正確識別并開啟門禁。該系統設計具有較強的通用性，稍加修改便可應用至其他實際現場環境中，具有一定的實用性及參考性。

關鍵詞：門禁;單片機;紅外遙控;智能門禁

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0145-03

0 引言

本文研究一種可以用IC射頻卡，鍵盤與紅外遙控裝置來控制門禁系統狀態的通用智能門禁系統，以滿足當今社會的需求[1]。由于當今信息化程度不斷加深，越來越多的限制區域僅僅依靠傳統門禁已經無法達到安全防衛的作用。社會對于需求一款智能的門禁系統的呼聲越來越高。綜上所述，基于單片機的智能門禁系統的主要服務對象為：（1）公司出入門禁;（2）小區樓宇門門禁;（3）研究所等重點科研單位門禁。

1 系統總體結構

本次設計利用RFID原理，硬件部分采用模塊化的設計方案，將各個模塊進行了有機的整合。主要包括射頻卡讀取模塊、紅外信號接收模塊、LCD顯示模塊、供電模塊、R按鍵模塊和蜂鳴器報警模塊[2]。系統設計框圖如圖1所示。

當用戶使用IC射頻卡、遙控器或鍵盤訪問門禁時，單片機通過讀取射頻卡傳感器、紅外信號、鍵盤輸入，經過一系列邏輯運算判斷，決定訪問優先級并判斷身份的有效性，最終通過LCD1602顯示電路進行顯示。當用戶輸入信息錯誤或IC卡無效時，蜂鳴器報警電路將在系統運行中提供報警等功能，系統電源由專門設計的電源電路提供[3]。

2 硬件電路設計

本設計單片機最小系統主要由STC89C52單片機及其外圍電路組成，是整個智能門禁系統的核心。LM7805與LM1117為整體設計提供所需的+5V與+3.3V電源[4]。報警系統通過控制單片機I/O引腳以控制NPN三極管導通及關斷，進而實現系統所需的報警功能[5]。

2.1 按鍵電路設計

按鍵由4*4矩陣鍵盤組成。用戶可根據固定的按鍵來鍵入密碼等操作，采用了逐行掃描的原則，按鍵電路如圖2所示。行控線由P1.0～P1.3控制，列控線由P1.4～P1.7控制。其中按鍵可以輸入0-9的數字以及清除、進入、退出、保存等功能。

2.2 IC檢測電路設計

IC檢測電路主要由RFID—RC522模塊構成[6]。該電路采用+3.3V直流電供電，電路復位功能通過單片機P3.7引腳來控制，IRQ引腳懸空，MISO（主出從入）與MOSI（主入從出）引腳分別接至P2.2和P2.0引腳，SCK（時鐘）與SDA（數據）分別連接至P2.3與P2.4引腳[7]。電路如圖3所示。

2.3 繼電器控制電路設計

繼電器控制電路主要用于控制門禁開啟與關閉，由于單片機I/O口的輸出電流有限，為了提高單片機I/O口的驅動能力，采用PNP型三極管對繼電器進行驅動。該設計的PNP三極管與報警電路的PNP三極管作用相同，均作為開關和反轉電位的作用。繼電器控制電路如圖4所示，單片機的P3.6口與三極管9012的基極（b）相連，當P3.6口電平為“0”時，三極管導通，繼電器有電壓輸入，繼電器吸合，門禁開啟，同時發光二極管點亮;當P3.6輸出高電平“1”時，三極管處于截止狀態，繼電器沒有電壓輸入，門禁關閉，發光二極管熄滅。R2與R5的作用均為限流分壓，保護器件。

2.4 紅外接收電路設計

紅外接收電路主要由紅外接收器構成，C4，C5的作用為整流濾波，R10的作用為限流保護，R11為上拉電阻，接收器的1引腳接到單片機的P3.3腳。電路如圖5所示。

2.5 掉電存儲電路設計

本設計選用的EEPROM是美國ATMEL公司研發的AT24C02。其中A0、A1、A2引腳用來區分不同的EEPROM芯片，串行總線有時會連接多個EEPROM芯片，用“0”表示懸空狀態。AT24C02中帶有的片內地址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加1，以實現對下一個存儲單元的讀寫。電路如圖6所示。AT24C02的SCL口接單片機的P3.4端口，SDA端接單片機的P3.5端口。SDA的數據在上升沿時寫入存儲器，而在下降沿時將存儲器讀出數據并送往SDA;將WP引腳接地后寫保護并允許寫操作;當與VCC相連時，禁止所有的寫操作。如果不連，WP引腳將在芯片內部下拉到地。

3 系統軟件設計

主程序完成初始化后開始讀取鍵盤子程序，通過鍵盤輸入不同的密碼來進入不同的模式。然后調用密碼設置程序或門禁開啟[8]。通過單片機的P3.6口對三極管9012進行控制，使其導通或關斷，驅動繼電器開啟或關閉。主程序流程圖如圖7所示，當調用密碼設置時，需要用戶先輸入舊密碼，緊接著輸入兩次新密碼，并通過LCD液晶屏進行顯示。

4 實驗測試

根據電路及其程序，對照電路進行了焊接并將程序燒錄進單片機中，實物測試包含IC檢測、按鍵輸入、紅外輸入，供電采用USB供電方式，實物測試圖如圖8所示。

5 結語

本設計采用了STC89C52單片機作為系統的主控制芯片，對智能門禁系統的電路進行了設計，該設計具有性能穩定、體積小和安全度高，成本低等特點[9]。并且安裝簡單方便，可維護性好，可以很好在各種應用場合實現安全防護的目的。

參考文獻

[1] 王曉華，周曉光.射頻識別技術及其應用[J].現代電子技術，2005（11）：30-32.

[2] 徐濟仁，陳家松，牛紀海.射頻識別技術及應用發展[J].數據通信，2009（1）：72-75.

[3] 宋戈.非接觸式IC卡及其在門禁系統中的應用[J].山東科技大學學報（自然科學版），2004（03）：63-65.

[4] 劉志華.RFID 技術與網版印刷[J].絲網印刷，2006（12）：11-14.

[5] Yu Z，Zhou J，Zhao J，et al.Design of a wideband RF receiver for the next-generation wireless communication system[C].Microwave Conference，2009.APMC 2009.Asia Pacific.IEEE，2009：465-468.

[6] Pobanz CW，ItohT.A microwave noncontact identification transponder using subharmonic interrogation[J].IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques，1994，43（7）：1673-1679.

[7] 周斌.門禁系統在智能建筑中的應用[J].電氣時代，2000（9）：49-50.

[8] 吳瓊瑤，黃祖瀘.射頻技術的進展[J].電視設備通訊，1991（1）：92-101.

[9] Dubus B，Haw G，Granger C，et al.Characterization of multilayered piezoelectric ceramics for high power transducers[J].Ultrasonics，2002，40（1）：903-906.