嵌入式門禁系統的設計和實現

吳繼海

【摘 要】本文設計實現了一種嵌入式門禁系統。該門禁監控系統的設計是基于51單片機（型號STC89C52）實現的，主要由輸入顯示模塊、實時時鐘模塊、存儲器模塊組成。在該系統中，通過LCD1602液晶顯示屏和4X4矩陣鍵盤與用戶進行交互，此外，系統通過一個DS12C887RTC芯片來精確獲取時間，而且在系統掉電時也能正常計時，避免由于環境變化而導致系統時間出錯。本文分別是從硬件電路設計，軟件控制程序的實現來完成的，且設計的該系統具有一定的可擴展性，經由相應的軟硬件測試，滿足嵌入式門禁系統的實時性、通用性、低功耗、微型化的要求，具有較高的應用價值。

【關鍵詞】嵌入式；門機系統；實現；應用價值

門禁系統是近年來被廣泛應用于中國高科技的安全設施，現在它已成為現代智能大廈的象征。在日益強調商業智能和安全的今天，許多人進入某些重要機構、研究實驗室、公共部門控制中心、檔案館等，重要角色，以及機場人員、訪問授權控制等場所。按照目前的控制方式，在中國的門禁系統主要包括指紋、密碼、射頻卡的訪問控制系統，這是最廣泛使用的。反應門禁系統和指紋門禁系統在中國的價格比國外同類產品價格低了10%-50%，可靠性和安全性也較低。保密IC卡和閱讀器的技術安全性保持相對落后的狀態。目前大多數門禁系統是一種簡單的門禁控制，它不是實時的門禁控制系統和安全控制系統，只能滿足低安全性和基本控制需求的要求。基于此，本文基于51單片機設計實現了一種低功耗、微型化嵌入式門禁系統，有較大的擴展空間和實用價值。

一、相關概念的概述

（一）嵌入式系統概述

嵌入式系統以計算機技術為基礎，通常是面向特定應用的。其專用性很強，功能也是針對應用定制。所以，針對不同的應用行業及場合，一般要根據功能要求對內核和文件系統進行裁剪與定制，硬件也要增加或減少相應的功能模塊。從體系結構來說，它是一個功能受限的專用計算機系統。硬件方面有滿足計算機功能的最小系統，軟件方面有操作系統和應用程序嵌入式系統要精簡。

（二）門禁系統的概述

門禁系統是一個管理員工進出的數字化管理系統。由于各行各業的不斷發展，對于智能化、安全話的需求越來越高，因此，對門禁系統的需求也正在發生重大變化。管理鎖的智能化不僅提高了門禁系統的安全性，而且方便了進出人員信息的獲取。針對不同的行業，門禁系統也有不同檢測的更新。例如，對于酒店中的門禁系統，傳統酒店的門禁系統采用大量布線，每個房間和主控制器都需要與線路接觸，設備安裝和維護困難。非接觸式訪問控制系統采用非接觸式IC卡，，具有易磨損、數據丟失、安全性低的特點，而新式的門禁系統更加智能化，可以對房間和樓層進行集中管理，控制中心可以實時顯示開門的記錄，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現故障信息，并減少維修人員的工作量。

二、門禁系統硬件電路設計

（一）硬件電路設計方案

本文設計的嵌入式門禁系統主要包括一下幾個模塊：實時時鐘模塊，液晶顯示模塊，存儲器模塊和鍵盤輸入模塊等。

（二）時鐘電路的設計

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，一種給單片機提供晶振。另一個是給系統計時所用。由于前者較為簡單，這里不詳細介紹，這里對系統的時間計數上進行簡單介紹。本文使用DS12C887來作為我們的時鐘芯片，該芯片可以產生各種時間信息，并自帶有可供電的鋰電池，可以在系統斷電的情況下依然完成計時工作。同時，它的管腳也和MC146818B、DS12887相兼容，可以保證系統的穩定性和正確性。

（三）存儲器模塊設計

本文所設計系統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），該器件被優化用于許多工業和商業應用，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行交互，實現系統的顯示功能。通常來說，系統的顯示功能可以通過，數碼管，液晶顯示屏，TFT等方式來實現。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。而后者雖然功能強大，但是使用過程較為復雜，許多功能在本文設計的門禁系統中很難用到。但是他可以作為一個擴展，為我系統以后的完善埋下伏筆。經過多方面的篩選，本系統最終選擇了LCD1602作為我們系統的顯示模塊。它采用5V左右的電壓進行驅動，5V電壓供電，采用8位并行傳輸的方式與51單片機進行通信。

三、嵌入式門禁系統軟件程序設計

本文設計的系統的控制芯片使用的是STC公司生產的一款非常經典，應用非常廣泛的一款51單片機。設計系統時，采用KeilC51軟件對下位機軟件進行開發。根據硬件的設計思路，本次畢業設計所編寫的軟件程序也主要包括兩個方向。一個是主機控制程序，一個是從機輔助控制程序。主機部分：主要設計了時間獲取程序，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。從機部分：主要設計了液晶顯示程序，鍵盤掃描程序等幾個模塊。另外，不管是主機還是從機，都涉及到了串口交互的程序設計。首先，程序的運行之前，要首先對相關寄存器進行配置，這也就是我們通常所說的系統初始化。

四、結論

本文所涉及的門禁管理系統是基于51單片機實現的，分別完成了硬件電路的設計，軟件控制程序的設計等內容，另外本文所設計的系統具有便攜，電路簡單，穩定性高，擴展性強等特點，有較大的實用價值和推廣價值，適用于酒店系統，智能小區，校園圖書館等不同場合。隨著科學技術的飛速發展，各種各樣的新型軟件技術被應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著嵌入式系統的價值，這更是我們繼續深入學習嵌入式的理由。在此次的設計中我認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習。

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