智能門禁系統設計

華凱楠 劉 偉

（桂林理工大學信息科學與工程學院，廣西 桂林541006）

當今社會科學技術發展迅速，已經發展成一套功能齊全，能夠提供安全的保障，現代化的智能管理系統。現在社會中大部分使用的門禁系統已經和傳統的鑰匙鎖有很大的區別，它們除了都有個鎖之外，其余可以說是截然不同[1]。它不僅僅作為一個簡單的限制進出的鎖，它還可以儲存內部信息，使得管理變得有條不紊。本文設計的智能門禁系統可以通過多個模塊來實現對用戶身份的識別，射頻模塊、指紋模塊、密碼鍵盤接受用戶信息，傳入單片機進行處理識別，在液晶顯示上顯示處理信息，來實現對電磁鎖的控制，達到智能目的[2]。門禁系統可以幾乎應用在任何需要安全保障的地方，很好的提升用戶安全感。

1 系統總體設計

基于STC89C52 單片機系統設計，該裝置主要包含了射頻刷卡模塊、指紋識別模塊、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，射頻刷卡模塊將實現IC 卡的注冊注銷，可以再非接觸的情況下識別卡片信息；指紋模塊實現將用戶指紋錄入識別，根據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計反饋給用戶處理結果信息；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 智能門禁系統整體設計框圖

2 硬件設計

2.1 單片機及最小系統電路

智能門禁系統采用STC89C52 單片機作為主控芯片。該單片機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，擁有可編程的Flash 程序存儲器[5]。該單片機可以滿足大部分功能的實現。設計中加入了復位電路和振蕩電路，復位電路中上電復位，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；按鍵復位在復位電容上并聯上一個矩陣按鍵，按鍵按下之后電容開始放電，RST 引腳處產生高電平使得復位電路復位[6]。振蕩電路可以有效提高電路穩定性。

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 卡和單片機數據交互的橋梁，通過RC522 的控制實現了對射頻卡的讀取識別操作。RC522 原理圖如圖2 所示。

圖2 RC522 原理圖

2.3 矩陣按鍵電路

本系統的矩陣按鍵電路采用4×4 排列，總共16 個按鍵，按鍵在沒有按下的情況下在電壓上呈現出高電平狀態，如果有按鍵按下在電壓上就會呈現出低電平，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，在沒有按鍵按下時行線和列線都是高電平，單片機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按鍵中有一個就是按下的按鍵，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確位置。執行上一步操作之后可以判斷出大致按下按鍵的位置，現在將每根行線按照順序設置為輸出口，輸出低電平，其他三個的輸出為高，則檢查各列線的電平狀態下，如果一個低電平，則這條列線與設定為低電平輸出的行線的交叉點排線鍵被按下。按鍵確認以后，采用計算法編碼方法給每一個矩陣按鍵設置編碼順序。

2.4 指紋模塊

本系統采用的指紋識別模塊型號是AS608，它由SP 芯片、穩壓芯片、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指紋識別的算術單元，指紋識別算法具有圖像和指紋識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、游標控制、功能設定等，它還可以進去待命模式、睡眠模式等，它可以顯示四行八列共32 個漢字字符也可顯示128 個ASCII 碼，顯示字符是通過顯示編碼寫入模塊實現，因為寫入的內容有不同，它顯示不同的字庫[8]。本模塊利用單片機的P0 口與LCD12864 連接，實現信息傳送和顯示。

2.6 繼電器驅動模塊

通過各種模塊采集信號輸入時，門禁系統會根據識別判斷的結果來驗證用戶操作是否正確，如果正確，繼電器會控制電磁鎖吸和打開，如果錯誤，電磁鎖不打開[9]。

圖4 系統總流程圖

3 軟件設計

總系統由單片機最小系統、指紋識別模塊、矩陣按鍵模塊、繼電器、射頻刷卡模塊、電磁鎖等多個小系統組成。本裝置的系統軟件以Keil 作為編輯軟件，C 語言作為編程語言[10]。電源接通之后，會檢測各個模塊初始化情況，能否接受信號，根據接受的信號進行識別，根據識別結果進行后續解鎖操作。系統流程圖如圖4 所示。

4 結論

該智能門系統是采用STC89C52 單片機作為核心芯片，加上其他各種模塊，實現對用戶的信息采集識別，最終實現對門禁系統的管理，該設計成本低、安全性高、能耗低等特點。在傳統機械鎖等基礎上加上了新型的指紋識別技術，射頻讀卡技術后，才有這款更加優秀的門禁系統。如今社會發展快速，更多新型技術及高端技術融合的新型智能門禁系統有著無限的發展前景，擁有超強的市場競爭力。