智能門禁系統的設計與開發

◎徐鵬飛 郭燕

（作者單位：南京科技職業學院）

引言：傳統的門禁大多采用人工檢測，對于人員的信息檢測也只是一帶而過，并沒有實現嚴格的管理，并且常常出現人員混雜，職員管理困難等難題。本系統設計了一種智能門禁系統，一方面可限制外來人員的進入，若有非合法人員想要進入指定區域，報警器會提示相關工作人員；同時可對內部員工進行管理，對員工的刷卡時間做記錄，從而實現智能化管理。

一、系統總體方案設計

本系統主要設計了一個智能門禁系統，控制核心采用AT89C52 單片機，與射頻模塊，語音模塊，顯示模塊以及門鎖模塊結合，實現對用戶進出安全的管理。本系統可用讀卡器識別非接觸式射頻卡，射頻卡合法時，顯示器顯示卡號，門鎖打開；若不正確，語音模塊中蜂鳴器做出報警提示。本系統通過刷門禁卡或者輸入密碼兩種方式可進入指定區域。當進行刷卡時，讀卡器識別信息，并將信息傳送給單片機，單片機判斷是否合法，合法時顯示器顯示卡號，門鎖打開；若非合法門禁卡，蜂鳴器發出語音報警；當沒有刷卡時，進門時按下按鈕，可進行輸入密碼，密碼正確，顯示器顯示密碼正確，門鎖打開；若密碼錯誤，顯示器顯示密碼錯誤，蜂鳴器發出語音報警。

智能門禁系統的設計原理圖如圖1 所示。其中顯示模塊采用LCD12864 顯示器，顯示卡號和刷卡信息；語音模塊采用蜂鳴器根據單片機的對用戶合法與否的判定發出語音提示和語音警報；讀卡模塊采用非接觸無線射頻識別卡進行信息讀取；輸入按鍵模塊用于用戶密碼的輸入；門控模塊用來控制異步電機驅動門鎖的開啟。

二、智能門禁系統硬件電路設計

1.語音提示報警電路設計。本系統中的語音模塊由蜂鳴器電路和語音放大電路共同構成，在輸入密碼正確與否或射頻卡正確與否時，給出語音提示或語音報警。

（1）蜂鳴器電路。在本系統的語音模塊采用蜂鳴器發出語音提示或者報警。蜂鳴器驅動電路一般包括一個三極管，一個蜂鳴器，一個續流二極管，一個濾波電容。在蜂鳴器兩端加上直流電壓就可以發聲，可根據需要選擇其外形尺寸，發聲方向，工作電壓，電流，頻率以及驅動方式等。

蜂鳴器實質是一個感性元件，由于其電流不能瞬間改變，所以需有一個續流二極管續流，若無續流二極管，蜂鳴器兩端就會產生非常高的電壓，這會損壞三極管，并會干擾到其他電路。濾波電容的作用是濾去蜂鳴器電流對其他部分的影響，改善電源的交流阻抗。三級管起到開關作用，工作原理是其基極的高電平使三極管飽和導通，蜂鳴器即可發聲，當基極處于低電平時，使三極管關閉，蜂鳴器就會停止發聲。圖2 為蜂鳴器電路。

圖2 蜂鳴器電路

門禁系統中，蜂鳴器電路由三極管放大電路組成，單片機利用P2.2 的狀態來控制蜂鳴器的打開和關閉。

①當向P2.2 寫入邏輯0 時，P2.2 輸入低電平，PNP 導通，蜂鳴器發聲。

②當向P2.2 寫入邏輯1 時，P2.2 輸入高電平，PNP 關閉，蜂鳴器停止發聲。

本系統中的語音模塊主要為智能門禁系統提供語音提示，使管理更加高效。當讀卡器讀取射頻卡信息后，判斷其合法性，當射頻卡合法時，蜂鳴器發出語音提示，當射頻卡非合法時，蜂鳴器會發出語音報警。若不進行刷卡時，可按下按鈕進入密碼輸入，當密碼輸入正確時，蜂鳴器發出語音提示，密碼輸入錯誤時，蜂鳴器發生語音報警。

（2）模擬語音放大電路。本系統的語音放大電路采用了MC34119 設計電路。MC34119 是一種音頻放大集成電路，主電路由兩個運算放大器組成。MC34119 能為揚聲器提供正負200mA 的輸出電流，在輸出最大電流時，兩個輸出端在其電源電壓大于5V 時，最低能達到0.4V,在輸出電流小于200mA 時，輸出端擺動幅度會更大。

MC34119 的1 腳為芯片的關閉控制器，CD 為低電平時，語音放大器就會啟動，芯片內置的偏置電路建立好正常的工作電流，為語音放大器電路工作；當1 腳為高電平時，內置的偏置電路關閉，語音放大電路關閉，即可節約電能，也可抑制噪聲。MC34119 語音放大電路如圖3 所示。本系統應用MC34119 作為語音放大電路，與普通語音放大不同的是無需在輸出端和負載之間加入緩沖器。

圖3 MC34119 語音放大電路電路

2.電磁鎖控制電路。

本系統中的門鎖模塊主要由電磁鎖控制電路和電機組成。電磁鎖的工作的原理是利用電流產生磁場。當電流流過鋼片時，只需非常小的電流，電磁鎖就會產生非常大的磁力，可以牢牢的吸住門板，使門處在一個閉合的狀態下。因此，當門禁系統識別到合法用戶時，電磁鎖的電源就會斷開，沒有了電流，就沒有磁力，因此門就會打開，這也符合了消防要求。電磁鎖的性能比較穩定，但電磁鎖的磁力會隨時間慢慢變弱。

本系統利用電磁鎖控制電路控制門鎖的開關。當單片機接受到合法用戶的信息時，Q2 處于截止狀態，Q3 導通，電磁鎖端電源斷開，電機得電，門打開；在無合法用戶進入時，Q2 處于導通狀態，Q3 截止，電磁鎖端閉合，門為關閉狀態。開門的角度由脈沖個數決定，在門打開后，內置彈簧設置，可使門在一定時間內自行關閉。

三、智能門禁系統軟件設計

本系統的軟件程序設計根據模塊編程。分別是語音模塊，定義蜂鳴器接口；顯示模塊，報警指示燈接口，延遲接口，限制條件數據接口；按鍵模塊，密鑰接口；門鎖模塊，電機正反轉。

1.密碼控制門鎖流程。

門禁系統的按鍵部分是以設置的密碼控制門鎖的開關，在單片機內部存儲密碼等有效信息并予以回應，密碼正確，門鎖控制打開，密碼錯誤，門鎖控制不開，并且有語音提示報警，在輸入密碼后的特定時間段內對LCD 屏進行初始化管理，即可再次輸入密碼。圖4 為密碼控制門鎖流程圖。

2.讀卡過程及程序設計。

本系統中讀卡器通過RFID 技術對非接觸式IC 卡進行信息識別，當EM4100 進入天線監測范圍內，讀卡器便開始尋卡過程和防沖突程序，驗證射頻卡合法后便會利用頻率信號讀取信息。

結論：本系統主要以AT89C52 為控制核心，射頻模塊由非接觸式射頻卡和讀卡器組成，采用射頻識別技術對射頻卡的合法性進行判別；語音模塊由語音放大電路和蜂鳴器電路組成；顯示模塊采用高性能的LCD12864 顯示器；門鎖模塊采用異步電動機，通過模擬仿真，所設計系統完整而有效。