智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

華凱楠 劉 偉

（桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林541006）

當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)發(fā)展成一套功能齊全，能夠提供安全的保障，現(xiàn)代化的智能管理系統(tǒng)。現(xiàn)在社會(huì)中大部分使用的門禁系統(tǒng)已經(jīng)和傳統(tǒng)的鑰匙鎖有很大的區(qū)別，它們除了都有個(gè)鎖之外，其余可以說是截然不同[1]。它不僅僅作為一個(gè)簡(jiǎn)單的限制進(jìn)出的鎖，它還可以儲(chǔ)存內(nèi)部信息，使得管理變得有條不紊。本文設(shè)計(jì)的智能門禁系統(tǒng)可以通過多個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶身份的識(shí)別，射頻模塊、指紋模塊、密碼鍵盤接受用戶信息，傳入單片機(jī)進(jìn)行處理識(shí)別，在液晶顯示上顯示處理信息，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁鎖的控制，達(dá)到智能目的[2]。門禁系統(tǒng)可以幾乎應(yīng)用在任何需要安全保障的地方，很好的提升用戶安全感。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于STC89C52 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該裝置主要包含了射頻刷卡模塊、指紋識(shí)別模塊、液晶顯示模塊、矩陣鍵盤模塊、控制電磁鎖的繼電器模塊[3]。其中，射頻刷卡模塊將實(shí)現(xiàn)IC 卡的注冊(cè)注銷，可以再非接觸的情況下識(shí)別卡片信息；指紋模塊實(shí)現(xiàn)將用戶指紋錄入識(shí)別，根據(jù)正確的指紋來打開門禁；液晶顯示模塊將顯示用戶操作信息和設(shè)計(jì)反饋給用戶處理結(jié)果信息；用戶在矩陣鍵盤模塊選擇輸入密碼或功能[4]。其原理框圖如圖1 所示。

圖1 智能門禁系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)及最小系統(tǒng)電路

智能門禁系統(tǒng)采用STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片。該單片機(jī)出自宏晶科技的一款8 位微型處理器，具有成本低、性能好、體積小等特點(diǎn)，擁有可編程的Flash 程序存儲(chǔ)器[5]。該單片機(jī)可以滿足大部分功能的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中加入了復(fù)位電路和振蕩電路，復(fù)位電路中上電復(fù)位，電容連接在RST 引腳和VCC 引腳之間，上電瞬間兩端電位是相同的，電容充電之后電流逐漸變少，RST 引腳處的電平就開始逐漸下降；按鍵復(fù)位在復(fù)位電容上并聯(lián)上一個(gè)矩陣按鍵，按鍵按下之后電容開始放電，RST 引腳處產(chǎn)生高電平使得復(fù)位電路復(fù)位[6]。振蕩電路可以有效提高電路穩(wěn)定性。

2.2 射頻讀卡器模塊

RC522 是射頻讀卡模塊的核心芯片，作為IC 卡和單片機(jī)數(shù)據(jù)交互的橋梁，通過RC522 的控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)射頻卡的讀取識(shí)別操作。RC522 原理圖如圖2 所示。

圖2 RC522 原理圖

2.3 矩陣按鍵電路

本系統(tǒng)的矩陣按鍵電路采用4×4 排列，總共16 個(gè)按鍵，按鍵在沒有按下的情況下在電壓上呈現(xiàn)出高電平狀態(tài)，如果有按鍵按下在電壓上就會(huì)呈現(xiàn)出低電平，因此將四根行線作為電流的輸出口，四根列線作為電流輸入口，在沒有按鍵按下時(shí)行線和列線都是高電平，單片機(jī)開始逐根讀取列線的電平高低，若其中一列為低電平，就可以判斷這一列有按鍵按下，電平為低的列線和四根行線交叉的那四個(gè)按鍵中有一個(gè)就是按下的按鍵，電平如果都是高電平，就沒有按下按鍵。

確定有按鍵被按下后來判斷按下按鍵的準(zhǔn)確位置。執(zhí)行上一步操作之后可以判斷出大致按下按鍵的位置，現(xiàn)在將每根行線按照順序設(shè)置為輸出口，輸出低電平，其他三個(gè)的輸出為高，則檢查各列線的電平狀態(tài)下，如果一個(gè)低電平，則這條列線與設(shè)定為低電平輸出的行線的交叉點(diǎn)排線鍵被按下。按鍵確認(rèn)以后，采用計(jì)算法編碼方法給每一個(gè)矩陣按鍵設(shè)置編碼順序。

2.4 指紋模塊

本系統(tǒng)采用的指紋識(shí)別模塊型號(hào)是AS608，它由SP 芯片、穩(wěn)壓芯片、傳感器、閃存芯片、光頭等原件和通信電纜組成。AS608 模塊使用8pin 的控制接口，供電3.3V，有兩種通信總線，串口通訊（TX、RX），USB 通訊（D+、D-），建在DSP 模塊AS608指紋識(shí)別的算術(shù)單元，指紋識(shí)別算法具有圖像和指紋識(shí)別的有效和快速采集特性[7]。指紋模塊原理圖如圖3 所示。

圖3 AS608 原理圖

2.5 液晶顯示模塊

本系統(tǒng)采用的LCD12864 是一種背光LED 顯示的低成本顯示屏，12864 液晶顯示屏具有許多指令，如清楚顯示、地址歸位、游標(biāo)控制、功能設(shè)定等，它還可以進(jìn)去待命模式、睡眠模式等，它可以顯示四行八列共32 個(gè)漢字字符也可顯示128 個(gè)ASCII 碼，顯示字符是通過顯示編碼寫入模塊實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷懭氲膬?nèi)容有不同，它顯示不同的字庫(kù)[8]。本模塊利用單片機(jī)的P0 口與LCD12864 連接，實(shí)現(xiàn)信息傳送和顯示。

2.6 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊

通過各種模塊采集信號(hào)輸入時(shí)，門禁系統(tǒng)會(huì)根據(jù)識(shí)別判斷的結(jié)果來驗(yàn)證用戶操作是否正確，如果正確，繼電器會(huì)控制電磁鎖吸和打開，如果錯(cuò)誤，電磁鎖不打開[9]。

圖4 系統(tǒng)總流程圖

3 軟件設(shè)計(jì)

總系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、指紋識(shí)別模塊、矩陣按鍵模塊、繼電器、射頻刷卡模塊、電磁鎖等多個(gè)小系統(tǒng)組成。本裝置的系統(tǒng)軟件以Keil 作為編輯軟件，C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言[10]。電源接通之后，會(huì)檢測(cè)各個(gè)模塊初始化情況，能否接受信號(hào)，根據(jù)接受的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行后續(xù)解鎖操作。系統(tǒng)流程圖如圖4 所示。

4 結(jié)論

該智能門系統(tǒng)是采用STC89C52 單片機(jī)作為核心芯片，加上其他各種模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的信息采集識(shí)別，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)門禁系統(tǒng)的管理，該設(shè)計(jì)成本低、安全性高、能耗低等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)機(jī)械鎖等基礎(chǔ)上加上了新型的指紋識(shí)別技術(shù)，射頻讀卡技術(shù)后，才有這款更加優(yōu)秀的門禁系統(tǒng)。如今社會(huì)發(fā)展快速，更多新型技術(shù)及高端技術(shù)融合的新型智能門禁系統(tǒng)有著無限的發(fā)展前景，擁有超強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。