基于MCS-51 單片機的新型門禁控制器設計

鄧寶安， 呂志剛， 杜曉斌， 李 彤， 荊 博

（西安工業大學 電子信息工程學院， 陜西 西安710032）

隨著我國現代化、城市化步伐加快，以及新技術新材料的不斷出現， 防盜門作為一種新型建筑材料和結構形式，走進了千家萬戶。 然而現有的防盜門仍就依靠傳統鑰匙打開門鎖來實現開門這一動作，不僅開門繁瑣，無報警功能，而且門鎖最核心也最脆弱的位置是鎖芯， 利用機械鑰匙的門鎖，鎖芯的位置就會一目了然，這將會給不法分子帶來可乘之機。

本項目實施的目的在于，在單片機的控制下，通過RF 卡或語音識別或向GSM 模塊發送短信，來實現非陌生人開門這一動作， 通過對講機模塊來實現門內主人與門外到訪人員的交流，并可一鍵開門，從而打破了只依靠鑰匙開門這一固定模式，在安全方面，由于本門禁系統的“鑰匙”與門鎖之間是通過電信號進行通信的，因此可將其隔離開，在外面無法確知鎖的位置，減小了門鎖被外界暴力破壞的可能性，加之我們有門磁傳感器來監控門的開合，在非法開門和忘記關門時，通過手機短信的方式通知房主并啟動報警裝置， 門鎖的安全系數顯著提升，隨著生活水平的提高，人們越來越注重生活質量，與財產安全，本課題實施的意義在于，通過多種自動開門方式，在一定程度上解放了人的雙手；通過擺脫“鑰匙”和“鎖”之間機械的通訊方式和增加報警系統提高了門鎖的安全性能[2]。

1 系統總體介紹

文中設計的新型防盜門，根據各部分所實現的功能可以劃分為單片機模塊，射頻識別模塊，語音識別模塊，“一鍵開門”模塊，防盜報警模塊，GSM 模塊，繼電器控制模塊等7 大模塊，可以實現以下幾種開門方式：

1） 刷卡開門。 RF 卡模塊通過RF 卡將信息傳遞給單片機，經單片機判定、識別后，發送指令給繼電器控制模塊，命令繼電器模塊驅動與門鎖實現開門這一動作。

2）語音識別開門。 首先需記錄下一些人員的聲音特點，并進行數字化處理后保存成庫，當有人來訪時，語音識別模塊來訪人員的聲音進行數字化處理后與語音數據庫中的信息相比對，并將比對結果傳送給單片機，單片機通過比對結果來判斷是否下達開門指令給繼電器控制模塊，從而實現開門這一動作。

3）一鍵開門。 當來訪人員沒有不能通過RF 卡開門或語音識別開門時，還可以通過對講機模塊與主人交流，主人通過按鍵方式將信息傳送給單片機，控制單片機發送開門指令給繼電器控制模塊，從而實現“一鍵開門”。

4）遠程開門。 當由于特殊原因，以上開門方式的條件無法滿足時，例如房主人出差外地，而有人通過了主人的許可需要進入房內時，房主人可以將開門命令以手機短信的方式發送給GSM 模塊實現“遠程開門”。

當來訪客人使用非以上方式開門時，防盜報警模塊被觸發，蜂鳴器響，GSM 模塊發送報警短信給主人[1]。 系統總體設計框圖如圖1 所示。

圖1 硬件設計框圖Fig. 1 Hardware design of block diagram

2 硬件設計

2.1 單片機最小系統設計

該模塊做為整個系統的主控單元，控制協調各模塊的工作，采用89C51 作為單片機模塊的核心芯片，該芯片為8 位的CPU，以12M 晶振做時鐘，具有32 根I/O 線，兩個外部中斷，兩個16 位的定時器/計數器，全雙工串行口。 該芯片體積小，運行速度高，可靠性好，功耗低，性價比高，開發工具簡單，功能實現容易。

最小系統包括電源電路、晶振電路、復位電路能部分，其硬件設計如圖2 所示。

圖2 STC89C52 最小系統設計Fig. 2 STC89C52 mini-system design

2.2 射頻識別模塊

該模塊的主要功能為識別RF 卡， 并將卡片相關信息發送給單片機模塊，由單片機判別該卡是否合法以及是否發出開門指令。

該模塊采用MF RC522 作為RF 卡模塊的核心芯片。RC522 是應用于13.56 MHz 非接觸式通信中高集成度讀寫卡芯片， 其內部發送器部分可驅動讀寫器天線與ISO 14443A/MIFARE 卡和應答機的通信，無需其它的電路。 接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路， 用于處理ISO14443A 兼容的應答器信號，三次互相認證安全可靠[3]。 其硬件設計圖如圖3 所示。

2.3 語音識別模塊

該模塊的主要功能為識別、 解析來訪者的聲音信息，并將該信息發送給單片機模塊，由單片機根據該聲音信息判別是否發出開門指令。

圖3 RC522 硬件設計Fig. 3 RC522 hardware design

該模塊采用LD3320 作為語音識別模塊的核心芯片。 該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路， 包括AD、DA轉換器，麥克風接口，聲音輸出接口等。 本芯片不需要外接任何的輔助芯片， 直接集成在現有的產品中即可實現語音識別，人機對話等功能。 支持并行和串行接口，串行方式可以簡化與其他模塊的連接[4]。 其硬件設計圖如圖4 所示。

圖4 LD3320 硬件設計Fig. 4 LD3320 hardware design

2.4 “一鍵開門”模塊

該模塊主要通過獨立按鍵控制門鎖， 當按鍵按下時，單片機模塊發出開門指令。

另外，該模塊配置有對講機模塊，用以實現屋內人員同來訪者的溝通。 采用SDA1845 作為對講機模塊的核心芯片。其內置高速微控制器、 高性能射頻收發芯片及射頻功放，并提供標準RS232 串口[5]。 其硬件設計圖如圖5 所示。

圖5 “一鍵開門”硬件設計Fig. 5 A key to open the door hardware design

2.5 防盜報警模塊

該模塊的主要實現兩種情況下的報警：

1）當門打開后由于各種原因未能正常關閉時向單片機發出報警信號，單片機收到信號后進行相應的報警處理。

2）來訪者未通過合法方式開門時，如破門而入，向單片機發出報警信號，單片機收到報警信號后，通過GSM 模塊向主人發送短信通知，并啟動聲光報警器。

該模塊采用門磁傳感器作為主體元件。 當門打開時，門磁傳感器輸出高電平；當門關閉時，門磁傳感器輸出低電平[6]。 其硬件設計圖如圖6 所示。

圖6 防盜報警硬件設計Fig. 6 Alarm hardware design

2.6 GSM 模塊

該模塊的主要實現在單片機模塊發出短信報警指令時向指定手機號發送報警短信。 該模塊采用TC35 作為GSM 報警模塊的主體。 TC35 接口方式支持串口R232 和TTL 自適應，工作在EGSM900 和GSM1800 雙頻段，支持語音和數據信號傳輸，利用AT 指令可雙向傳輸指令和數據，支持TEXT和PDU 格式的SMS[7]。 其硬件設計圖如圖7 所示。

圖7 GSM 硬件設計Fig. 7 GSM hardware design

2.7 繼電器控制模塊

該模塊的主要功能為實現對門鎖的控制。 當單片機模塊發出開門指令時，該模塊打開門鎖；當單片機模塊發出關門指令時，該模塊關閉門鎖。

該模塊采用信號繼電器作為該模塊的主體。 信號繼電器用于接通和斷開電路， 用以發布控制命令和反映設備狀態，以構成自動控制電路。

3 軟件設計

程序采用C 編程語言，在Keil4 環境下編譯、調試通過，采用了中斷、數字濾波等技術，其主流程圖如圖8 所示。

圖8 主流程圖Fig. 8 Flow chart of main program

4 結束語

文中給出了門禁控制器的軟、硬件設計方案，詳細給出了各種開門方式的實現方法，并通過GSM 發送報警信息。 由于國內防盜報警系統還不是很普遍，智能家居逐漸會走向普通家庭，所以新型的智能防盜門在未來一段時間內具有很好的發展前景。 因此，本項目具有一定的實際應用的意義。

[1] 劉忠勝. 門禁市場發展現狀及競爭分析[J]. 中國安防，2011（6）:69-71.

[2] 管見. 智能電子防盜門[J]. 家庭電子，1999（9）:26.

[3] 陳保，王月波，馬伯元. 基于MF RC522的Mifare射頻卡讀寫模塊開發[J]. 微計算機信息，2007（23）:215，230-231.

[4] 陳喜春. 基于LD3320語音識別專用芯片實現的語音控制[J].電子技術，2011（38）:20-21.

[5] 申利民，劉冬香. 基于GSM智能家居控制系統的設計[J]. 傳感器世界，2011（1）:33-35.

[6] 劉勇，陳祈邦，巫輝東. 基于RFID技術的門禁系統研究[J].電子設計工程，2014（10）:147-149.

[7] 李正兵，蔣興加，王小麗. 高精度新型調制變送器設計與應用[J]. 火箭推進，2011（5）:69-73.