智能门禁系统详细设计概要

本科生科技创新活动设计 1 智能门禁系统 摘 要 智能门禁系统采用凌阳十六位单片机作为系统控制核心 利用其 强大的语音识别功能 不仅实现了语音播放功能 完成了语音提示的要求 而 且实现了语音控制门禁系统 利用其内置的 Flash 闪存 实现了密码的断电保护 除此而外 在键盘输入方面 强大的功能选择键满足了系统的要求 16 2 液晶 显示器的选择使操作要求清晰明了 此套智能门禁系统强烈体现了其人性化的 一面 关键词 智能门禁系统 语音识别 凌阳十六位单片机 引言 家用防盗门早已经进入到千家万户 但防盗门的操作麻烦给用户带来了许多 不便 当今市场迫切需要一种既安全又方便的门禁系统 鉴于此 我们的 智 能门禁系统 带语音识别 液晶显示功能的电子密码锁便应运而生 为了向大家介绍此智能门禁系统 我们将从以下几个方面介绍 1 系统的制作意义 2 系统的制作早期构想及其实现方案简介 3 系统功能最终实现及演示 4 系统硬件部分原理介绍 5 系统软件部分设计实现 6 对系统的自我评价 存在及要解决的问题 7 制作心得和体会 8 参考文献 9 附录 一 凌阳单片机最小系统 10 附录 二 凌阳单片机下电子密码锁程序实现 11 附录 三 器件列表 智能门禁系统 1 1 系统的制作意义 现在人们生活水平提高了 安全防范 是人们考虑的首要问题 而锁是解决 安全问题的重要产品 目前市场上的电子锁产品功能不全 性能和安全性不高 且造价高 低质量的电子锁 给用户的财产安全造成很大威胁 同时 由于功 能的不健全 给用户的使用带来了一定麻烦 故我们试图研制一种智能化 多 功能 更人性化的门禁系统 我们研制的带语音识别功能电子控制密码锁 不仅给用户带来了安全的保障 方便的享受 而且此电子锁的语音识别功能更加体现了他人性化的一面 此种 类型的电子密码锁将成为未来社会的供求亮点 2 系统的制作早期构想及其实现方案简介 1 早期构想 早期构想 预期实现功能如下 1 键盘简化及编码方式的改进 键盘简化及编码方式的改进 普通数字键密码锁虽然有使用简单的特点 但是键盘暴露在外 易受破坏 或者保密性不高 此外 键盘数量的简化又同 时增加了使用的难度 用户使用不方便 大家可能见到过一些进口的温控制器 如日本 RKCINSTRUMENT INC 生产的 REX C700 温控器 的面板设计为 温度测 量只用 4 位 LED 数码管显示 输入设定值显示也用 4 位 LED 综合以上因素考虑 我们采取四按键的形式 输入键分为加 减 左 右移动键 按下加法键 减 法键 确定一位密码的值 然后使用左右移动键移向下一位密码 再一次使用 加 减键确定此位密码的值 备注 这部分虽然没有实现 但我们的 16 位 键盘设置更加体现了系统功能的强大性 2 语音识别系统控制 语音识别功能 语音控制门禁开关 3 语音提示功能 4 自动实现报警 当门禁系统输入密码错误过多时 自动报警 5 断电密码保护 出现断电 多次错误密码输入时的处理 6 限时开门系统 这部分功能我们没能实现 很是遗憾 7 液晶显示功能 在初期设计电路时 我们计划采取 51 单片机作为我们的控制核心 然而 语音识别功能 语音提示功能 密码断电保护功能需要我们外扩集成芯片才能 本科生科技创新活动设计 1 满足系统要求 其功能实现原理方框图如下 在此种条件下我们用 51 单片机做出了一个简单的系统 基本实现了电子密 码锁的键盘输入和液晶显示功能 具体电路图如下 智能门禁系统 1 其软件编程实现程序见附录 一 其实现功能如下 1 设置密码 断电不保护 2 输入密码 与系统原有密码或者设置新密码比较 3 液晶显示功能 4 报警功能 显然 这个 最小系统 的制作无法满足我们预期的功能实现 如果采用外 扩集成芯片的做法 不仅从技术上 还是从经济方面考虑都不是一个明智的选 择 鉴于此 我们采用凌阳单片机作为我们的控制电路核心 凌阳十六位单片 机不仅内置 32kFlash 闪存 而且集成了语音识别模块 从根本上 凌阳单片 机满足了系统的基本要求 具体功能实现以及电路设计在以下详细介绍 3 系统功能最终实现及演示 此系统现阶段包括以下几个模块 1 键盘输入密码 键盘输入密码 此系统采用 4 4 按键输入模式 密码初始设置为 4 位 从软件上很容易实 现更多位数的密码操作 为操作演示计 我们采用 4 位 各个按键功能的定义如下 1 0 9 数字健指定为密码设置健 仅且只有他们能够作为密码值 2 A 确认健 按下此键 即比较输入密码值正确如否 3 B 取消键 按下此键 即取消上一次操作 4 C 开启语音功能键 按下此键 再次输入密码 就可以开启语音 控制功能 5 D 关闭语音功能键 按下次键 就可以关闭语音控制功能 6 E 修改密码键 按下次键 再次输入密码 通过验证后 连续输 入两次新的密码就可以设置新的密码 7 F 更改语音控制口令 按下次键 再次输入密码 通过验证后 即可进入语音口令修改程序操作 2 语音控制输入 语音控制输入 进入语音控制功能后 先进行语音控制训练操作 训练过后此操作可跳过 训练成功后 方可进行语音控制 并且时时可以关闭语音功能 此外 语音口令还可以时时修改 再次进行语音控制训练操作即可 本科生科技创新活动设计 1 3 密码修改操作 密码修改操作 此系统的密码设置存在 Flash 中 断电不丢失 密码修改后 系统原密码作 废 新的密码生效 并存入 Flash 中 4 语音提示操作 语音提示操作 对应于每一种操作 系统均给予一定的语音提示 如 请输入密码 密 码错误 等 5 液晶显示功能 液晶显示功能 对应于每一种操作 系统均给予一定的显示提示 方便操作 6 液晶背光功能实现 液晶背光功能实现 为了实现液晶背光功能 我们设计了一下三种电路 超声波探测电路 光敏 传感电路 按键触发电路 在光线好的情况下 液晶不背光显示 光线差时 有按键或探测到有人接近时背光显示 7 系统执行机构 系统执行机构 系统执行机构我单片机 I O 口输出控制的继电器 8 报警蜂鸣器 报警蜂鸣器 9 电源信号指示灯 电源信号指示灯 10 控制信号指示灯 控制信号指示灯 4 系统硬件部分原理介绍 此系统硬件部分电路核心部分为凌阳单片机及其外围电路 包括语音识别 输出电路 外围电路有 键盘输入 液晶显示 执行机构电路 此外 为了实 现液晶显示器的背光功能 我们采用了超声波探测电路 光敏传感电路 输出 延时电路等 电路总体设计模块方框图如下 凌阳十六位 单片机控制 系统 液晶显示 提示功能的实现 语音输出 键盘输入电路 15V 5V 电源部 分 语音输入电 路 执行 报警机构 超声波探测电路 光敏传 感电路 输出延时电路 键盘按键检测 控 制 液 晶 显 示 背 光 功 能 智能门禁系统 1 为了详细介绍我们的电路功能模块 我们将在下面分块介绍本系统的各个功 能模块 1 电源部分 2 电源信号灯 3 凌阳十六位单片机控制电路 见附录 一 4 被控制的继电器 5 控制信号灯 6 蜂鸣器 7 键盘输入部分 8 液晶显示部分 9 背光功能控制模块 基本方框图如下 本科生科技创新活动设计 1 1 超声波探测发射部分 含波形 2 超声波探测接收放大电路 3 光敏传感检测电路 智能门禁系统 1 4 输入信号延迟电路 5 系统软件部分设计实现 1 软件设计操作平台简介 软件设计操作平台简介 nSP IDE nSP IDE 工作界面如下 本科生科技创新活动设计 1 2 此系统功能复杂 但软件设计较为简单 程序功能实现简介图如下 此系统功能复杂 但软件设计较为简单 程序功能实现简介图如下 开始 系统初始化 键盘扫描 数字键 输入四位数 字则为密码 否则跳到功 能键上 检验密 码正确 与否 设置新 的密码 开启语 音功能 关闭语 音功能 更改 语音 口令 取消 AFEDCB 按照液晶显示提示进 行操作 输入四位密 码后按确认键 返 回 密码正确执行 相应操作 密 码错误超过三 次报警 智能门禁系统 1 对操作程序的解释以及要求 1 直接输入密码开门 输入四位密码后按确认键 比较密码 密码正确表开启门禁系统 并有 门已经打开 请进 的提示余音 2 设置新的密码 按下 B 键后 输入原密码 确认后输入新的密码 确认后再次输入新的密 码 检验正确后 密码修改成功 原密码作废 3 开启语音功能 按下 C 键 输入密码确认后 进入语音识别模式 如果是第一次进入语音 识别模式 需要进行语音识别训练 训练两遍正确后 完成训练操作 此时语 音识别功能实时监测 在语音识别实时监测的同时 我们的键盘扫描并没有停 止 也就是说我们的键盘输入等级高于语音识别模式 在任何情况下键盘输入 都是有效的 4 关闭语音识别功能 按下 D 键 不需要输入密码即可关闭语音识别功能 要想开启此项功能 必须按下 C 键开启语音识别功能 5 更改语音口令 按下 E 键 进入语音识别口令修改模块 输入密码确认后 进入语音口令 修改训练模块 根据语音提示以及液晶显示很方便的就可以成功更改语音口令 6 取消键 按下 F 键 即可取消所有操作 回到系统初始化后的界面 主程序见附录 二 6 对系统的自我评价 在总体上 我们对这个系统的设计还是比较满意的 但是 虽然我们对这 个项目投入了大量的时间和精力 由于知识有限 我们在很多方面有很多的不 足之处 以下我将从硬件和软件两个方面来阐述这个系统的各个部分 硬件部分 硬件部分 1 我们认为 我们做得比较成功的地方就是通过超声波探测 光敏传感以 本科生科技创新活动设计 1 及延时电路的组成实现了液晶显示器的背光功能 2 此外 我们的液晶显示和键盘电路十分简洁 3 遗憾的是 超声波探测精度不高 准确性有待改进 软件部分 软件部分 1 一提的是 在整个系统设计过程中 语音控制和语音输出提示一直是我 们软件设计的重点 同时也是我们的亮点 体现了我们设计系统人性化的一面 2 键盘扫描和液晶驱动工程中 我们详尽地应用了科学的软件设计思想 使程序简洁 有效 3 此外 我们的主程序设计 结构鲜明 条理清晰 4 但是 美中不足的是 我们在开启语音功能时 系统时钟不断变化 所以造成键盘扫描的不成熟 此处有待改进 7 系统设计过程中的实践体验 通过对该系统的设计 我们不仅收获颇丰 而且体会也颇深 1 过这次设计 我们深深体会到 理论指导着实践 但实践才是最终的目 标 我们在设计过程中 往往遇到这样的情况 设计的电路从理论上毫无差错 但实现起来却是困难重重 只有在不断的摸索中才能找到界却问题的方法 2 们深深体会到团体合作 在项目制作过程中十分重要 好的合作精神需 要我们时时刻刻牢记在心 3 在任何时候 科技离不开创新 在设计项目的同时 我们需要抛弃 成见 标新立异 敢于实现 在这一点上 我认为我们做得比较成功 在设计 系统初始 我们采用 51 系列单片机 而语音功能却只能外扩专用芯片 实现起 来比较困难 最后我们大胆采用凌阳单片机一举解决语音控制问题 制作过程中 齐明老师在技术上给予极大的帮助和支持 在此 感谢齐明 老师对我们电子制作的指导 总之 这次活动给我们带来了无穷的收获和乐趣 感谢学校和老师给我们 提供了一个锻炼的大舞台 8 参考文献 凌阳十六位单片机应用教程 智能门禁系统 1 MCS 51 单片机应用设计 元器件手册 9 附录 附录 一 凌阳单片机最小系统 附录 一 凌阳单片机最小系统 附录 二 凌阳单片机下电子锁程序实现 附录 二 凌阳单片机下电子锁程序实现 include bsrsd h define HaveKey 1 define NoKey 0 define NAME ID 0 x100 define RSP AGAIN1 define RSP NOVOICE2 define RSP NAMEDIFF3 define RSP CMDDIFF4 define RSP STAR 5 define RSP NOISY6 宏定义 本科生科技创新活动设计 1 define HaveKey 1 define NoKey 0 全程变量 extern void ClearWatchDog int PlayFlag 0 unsigned int Key Value unsigned int KeyDownTimes 保存按键次 数 按键标识 函数声明 void Clear Password unsigned int F Affirm New Password unsigned int F Affirm Password void Save New Pwd To Flash void LCD SHOW char Sentence void PlayRespond int Result int TrainWord int WordID int RespondID 全局变量定义 extern Pwd Init 1 unsigned int Password 4 unsigned int Password Temp 4 unsigned int Key Flag 0 unsigned int Key Num 0 unsigned int Trained 0 main int res timeCnt 0 random no 0 Error No 0 NoKey Times 10 智能门禁系统 1 int i int Pass 0 变量定义 unsigned State 1 Voice State 0 这个变量用于判断目前除在哪中输入状态 中 1 普通开门状态 2 更改密码 输入原密码状态 3 更改密 码 第一次输入新密码状态 4 更改密码 第二次输入新密码状态 5 进入语音系统时输 入密码状态 6 进入语音系统重新训练 输入密码验证 Protect Clock InitIO 键盘 KeyDownTimes 0 Key Flag NoKey ClearWatchDog BSR DeleteSDGroup 0 初始化存储器 RAM LCD INIT INIT GONGNENG Clear Password LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F if F FlashRead Pwd Init F FlashErase 0 xfe00 for i 0 i 4 i 本科生科技创新活动设计 1 F FlashWrite1Word 0 xfe00 i i F FlashWrite1Word Pwd Init 0 while 1 ClearWatchDog Protect Clock InitIO 键盘 if Voice State Protect Clock fast else Protect Clock F Key Scan while Key Flag HaveKey 有按键按下 Key Value F Get Key if Voice State 0 while NoKey Times 0 F Key Scan if Key Flag NoKey NoKey Times else NoKey Times 10 智能门禁系统 1 NoKey Times 10 LCD LIGHT OPEN 打开背光功能 Key Flag NoKey switch Key Value 判断键值 0 9 表示输入的是密码 将等待下一个键的输入 case 0 case 1 case 2 case 3 case 4 case 5 case 6 case 7 case 8 case 9 if Key Num 0 LCD CLEAR LCD SHOW Password SET Address2 if Key Num 4 Key Num LCD ADD DELAY break case 10 6 进入语音系统重新训练输入密码验证 本科生科技创新活动设计 1 LCD CLEAR LCD SHOW Train the voice SET Address2 LCD SHOW Check you ID PlayRespond 6 语音提示 请输入 密码 6 Protect Clock State 6 Key Num 0 break case 11 确认键 输入新密码时的两个状态处理方式有所不同 if State 3 if Key Num 4 LCD CLEAR LCD SHOW Please Again SET Address2 LCD SHOW Input new PWD PlayRespond 8 语音提示 请再次输入新密码 7 Protect Clock for i 0 i 4 i 把这个密码存到临时变量 Password Temp 中 Password Temp i Password i Pass 0 Key Num 0 State 4 智能门禁系统 1 break else LCD CLEAR LCD SHOW 4 bit PSW SET Address2 LCD SHOW Please Again PlayRespond 7 语音提示 密码错误 3 Protect Clock LCD CLEAR LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F Key Num 0 State 1 break else if State 4 Pass 0 Pass F Affirm New Password 第二遍输入密码时的验证 else Pass 0 Pass F Affirm Password 验证密码 if Pass 1 密码正确 本科生科技创新活动设计 1 判断目前状态 确定这个正确的密码是用来干吗的 Pass 0 Error No 0 LCD LIGHT OFF switch State case 1 DOOR OPEN 开门 LIGHT OPEN LCD CLEAR LCD SHOW DOOR OPENED PlayRespond 12 语音提示 主人您好 门已经开了 Protect Clock SET Address2 LCD SHOW Best Wishes DOOR OFF LIGHT OFF LCD CLEAR LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F Key Num 0 State 1 break case 2 LCD CLEAR LCD SHOW Password right SET Address2 智能门禁系统 1 LCD SHOW New password PlayRespond 8 语音提示 请输入新密码 Protect Clock State 3 break case 4 Save New Pwd To Flash 保存新密码 LCD CLEAR LCD SHOW Successfully SET Address2 LCD SHOW Remenber The New PlayRespond 9 语音提示 密码修改成功 要记住哦 Protect Clock LCD CLEAR LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F State 1 break case 5 if Trained Voice State 1 else while TrainWord NAME ID 0 0 BSR InitRecognizer BSR MIC 本科生科技创新活动设计 1 辨识器初始化 Protect Clock 保护时钟 BSR EnableCPUIndicator 启动实时监控 PlayRespond RSP STAR 播放开始辨识的提示音 Protect Clock 保护时钟 Trained 1 Voice State 1 LCD CLEAR LCD SHOW Voice on SET Address2 LCD SHOW Remember it PlayRespond 13 语音提示 语音功能已经开启 Protect Clock LCD CLEAR LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F State 1 break case 6 重新输入开始语音训练 Trained 0 if Trained Voice State 1 智能门禁系统 1 else BSR DeleteSDGroup 0 初始化存储器 RAM while TrainWord NAME ID 0 0 BSR InitRecognizer BSR MIC 辨识器初始化 BSR EnableCPUIndicator 启动实时监控 PlayRespond RSP STAR 播放开始辨识的提示音 Protect Clock Trained 1 Voice State 1 LCD CLEAR LCD SHOW Voice Trained SET Address2 LCD SHOW Remember it PlayRespond 9 语音提示 语音密码修改成功 Protect Clock InitIO 键盘 KeyDownTimes 0 Key Flag NoKey BSR DeleteSDGroup 0 初始化存储器 RAM LCD INIT INIT GONGNENG LCD CLEAR 本科生科技创新活动设计 1 LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F State 1 break default break Switch State Clear Password Key Num 0 break if pass 1 else Error No if Error No 0 识别出命令 switch res case NAME ID 触发命令响应 DOOR OPEN 开门 LIGHT OPEN LCD CLEAR LCD SHOW DOOR OPENED 本科生科技创新活动设计 1 PlayRespond 12 语音提示 主人您好 门已经开了 Protect Clock SET Address2 LCD SHOW Best Wishes DOOR OFF LIGHT OFF LCD CLEAR LCD SHOW Welcome SET Address2 LCD SHOW A B C D E F Key Num 0 State 1 break if Voice state 1 while 1 main void Clear Password int i for i 0 i 4 i Password i 0 Password Temp i 0 Key Num 0 智能门禁系统 1 unsigned int F Affirm New Password int i for i 0 i 4 i if Password i Password Temp i return 0 return 1 unsigned int F Affirm Password int i unsigned temp for i 0 i 4 i temp F FlashRead 0 xfe00 i 确定返回值是 r1 if Password i temp return 0 ret