基于单片机智能刷卡门禁系统设计

1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 电气技术技术教育 班级学号： 电气0912 - 40 学生姓名： 郑德志 指导教师： 陈东升 实验师 二一四年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计基于16单片机智能刷卡门禁系统设计Intelligent card entrance guard system based on 16专业班级：电气0912学生姓名：郑德志指导教师：陈东升 实验师学 院：自动化与电气工程学院2014年06月摘 要门禁系统是智能大厦自动化系统不可缺少的重要组成部分，作为一种新的现代安

2、全管理全面的系统，其访问控制系统和自动识别技术在现代社会的安全措施中是极其重要的。因此这就需要相应的技术的发展，毕竟社会是不断的更新换代的，就像达尔文的进化论一样，适者生存，对于现在的电子产品一样，日益的更新，对此智能门禁系统同样也得跟上时代的发展。现在大多数的公司都需要这样门禁系统的高智能化。 本文介绍了AVR16单片机作为主控芯片，通过专门的读写模块用于读取射频IC卡的信息时，当卡有进入到读卡的范围呢，读卡器就会读到相应的卡号，并通过卡的序列号做出于此相对应的动作。如果正确的操作刷卡，则门开启并且显示正确。若是非法卡，则报警系统会触发，并且显示错误的信息。设计采用的是全自动、准确的识别卡的

3、序列号来访问系统，系统中用的AT24C04 EEPROM芯片中起着重要的作用，掉电后可以存储密码，从而保证了系统的安全性。 人机交互界面用到的是4×4矩阵键盘输入和标准字符液晶显示LCD12864模块。使用按键输入密码按照正确的密码或没有进行相应的操作。对于用户用按键输入密码，根据密码的正确还是错误来做出相应的操作，管理员可以自行设定和修改密码，防止密码被盗；若是有非法卡或者是密码输入错误，则系统输出部分报警电路工作。关键词：AVR16单片机；射频IC卡；AT24C04芯片；液晶显示；报警电路。ABSTRACTEntrance guard system is an important

4、 and indispensable part of intelligent building automation system, as a new comprehensive modern safety management system, the access control system and automatic identification technology in the modern social security is extremely important. So this requires the development of corresponding technol

5、ogy, after all, society is continuously updated, like Darwin's theory of evolution, the survival of the fittest, for today's electronic products, increasingly update, the intelligent entrance guard system also have to keep up with the development of The Times. Now most of the companies need

6、such high intelligent entrance guard system AVR16 singlechip as the master control chip has been introduced in this paper, through specialized rf IC card read/write module used to read the information, when the card has into the scope of reading card, card reader will read the corresponding card num

7、ber, and through the serial number of the card to make the corresponding action. If the correct credit card operation, the door opens and shows the correct. If illegal card, alarm system will trigger, and display an error message. Design USES is fully automatic, accurate identification card serial n

8、umber to access the system, the system used in the block AT24C04 EEPROM chip plays an important role, after power off can be stored password, to ensure the security of the systemThe human-computer interaction interface used is 4 * 4 matrix keyboard input and standard characters LCD display LCD12864

9、module. Use key input password operation is carried out in accordance with the correct password or not. Enter the password for user to use buttons, according to the right or wrong password to make corresponding operation, the administrator can set and change the password, to prevent password theft;

10、If there are illegal card or password input error, the system output part of the alarm circuitKey Words：AVR16 SCM; RF IC card; AT24C04 chip; liquid crystal display; the alarm circuit.目 录1 绪论11.1门禁系统技术的发展及背景11.2本课题研究智能门禁系统的目的和意义11.3 本系统主要设计指标22 系统总体设计32.1 系统总体结构32.2 门禁系统工作原理3

11、2.2.1 系统功能模块工作原理介绍32.3 AVR16单片机42.3.1 AVR16单片机的介绍42.3.2 引脚说明42.3.3 AVR中断寄存器（SREG）62.3.4 ATmega16存储器62.4液晶显示模块82.4.1液晶显示模块概述82.4.2外形尺寸82.4.2模块引脚说明92.4.3接口时序92.4.4文本显示RAM（DDRAM）112.5 RFID-01型射频卡112.5.1概述112.5.2射频卡-工作原理112.5.3产品主要参数122.5.4 SPI通信协议132.5.3射频卡引脚定义143 系统硬件电路设计163.1 主控制模块设计163.2 电源模块设计163.3

12、键盘输入部分183.4报警模块电路设计193.5室内灯与门控门锁电路193.6 继电器控制模块设计204 系统软件设计与实现214.1 软件设计环境214.1.1 ICC开发环境和建立工程214.1.2下载软件progisp1.67工程运用23 4.2 主程序的设计245 系统测试及结果分析255.1 系统测试的方法及内容255.2 系统测试的目的255.3 系统测试结果及分析25结 论27参考文献28附录1 系统原理图29附录2 系统的主程序31附录3 系统的作品实物图36致 谢37II天津职业技术师范大学2014届本科生毕业设计1 绪论1.1门禁系统技术的发展及背景门禁系统，又称为出入口控

13、制系统，通过对字面的李杰也意味着对出入口通道的控制。在一些地方限制一些人，放行一些人，人是什么时候来的，什么时候走的，都会通过电脑终端来记录，这也是是门禁系统最基本的功能。一种系统的产生，也就意味着另一种方式的消失，当然这是对于大多数的城市来说，对于农村可不会像城市那样，他们还是在坚持着这种古老的方式来保护自己的利益。在有些地方，需要很多的钥匙来管理会很麻烦，钥匙多了，还可能会混掉。为了解决这些问题，就出现了各式各样的电子装置的锁头，这种类型的锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了当今的电子数码时代，但随着时代社会的不断创新不断应用，它们自己的缺陷就一一的暴露了

14、出来。信息容易复制是磁卡锁的问题所在，同时信息量存储的小也是磁条存储的一个重要的缺陷，且卡还很容易损坏，安全系数低。我记得在小的时候都有用到这种类型的卡但是很容易被小偷在室外打开锁，所以从安全性和可靠性方面来想，这种门禁系统会有很大的局限性，也由此限制了它的推广。密码容易泄露又是这种产品一种重大的缺陷，安全性能很低。 近来几年随着感应卡技术，生物识别技术等高科技技术的发展，门禁系统技术同样也得到了飞速的发展，进入了稳定期。现在系统将微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及到了许多的技术与专业范畴，如电子行业、机械制造、光学仪器行业、计算机通用技术、通讯通信技术、生物高科技等技术。在世界各

15、行各业的领域中，它一直是作为一个重要的“角色”。对各个的领域都由渗透，也是解决安全隐患，实现安全防范管理的有效措施。这种主要应用于一些重要的场所，例如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、智能化小区、工厂等。在当今天的网络数字技术，访问控制系统已经简单的以各种各样的形式出现在人们的面前，现在的门禁系统早早的告别的钥匙管理的时代，已经逐渐发展成为一套完整的访问控制系统。他们在一些特别的环境安全中、人事部考勤管理系统中有着巨大的作用。在该系统的基础上，增添了相应的控制方式。对于在其他一些方面的应用，例如可以进行电梯控制、车辆进出管理、物业消防监控管理、消费收费管理等、真正实现了一些地区内的一卡通的管理

16、1.2本课题研究智能门禁系统的目的和意义如今在现在的城市中，公司的形象体现了风格和个性的追求，于此同时一卡在手，也是给顾客建立起信心的保障。对于当今的社会，若是一个公司现在还和以前是的，弄把大大的锁头锁住，那那家公司肯定发展会不怎么好。然而，现在如果你手中有卡，然后用手轻轻的一划，就打开了大门，那将是一种全新的体验，同时也让别人觉得好有成就感。还有，对于当今的社会，人们把安全看的非常的重要，因此从侧面也促进了这方面的迅速发展，一般的个人身份鉴别手段己不能完全满足现代社会经济活动和社会安全系统的防范的需要。从消除人为不安全因素，身份证是不容易被别人取代和模仿的。所以，我们从以下几个方面的比较（例

17、如可用行，安全性和造价费等等）可得知，智能门禁系统是当今社会发展的一个高科技方向的一支分流而已。国内外智能访问门禁技术正在以惊人的速度迅猛发展。这也正是我们研究IC门禁管理系统的意义目的所在。门禁系统最基本的三要素为“3W”：When（何时）、Where（何地）、Who（何人）。即什么人在什么时间可以出入什么地点这，这就是人们可以在任何时间提高方便性和安全管理和实时的什么位置访问入口，实现科学有效的管理。系统管理人员可以实时查看计算机的情况，观测门区的状态；你也可以打开或关闭，当有紧急的状况发生的时候。该系统可以存储记录的所有访问，状态记录，邻近的访问控制管理系统具有很大的优势。感应式门禁系统

18、具有的优点很多，例如寿命长，使用方便，安全可靠，一卡多用，提升企业形象等等。1.3 本系统主要设计指标1.技术指标设计一个AVR16单片机门禁控制系统；通过单片机控制门的开动，室内灯等的控制；利用液晶屏显示其必要的信息；当出现非法入侵时会发生报警；手动解除报警；2.主要任务可以刷卡进入也可以通过键盘输入密码进入；当密码输入错误时将会发生报警；也可将信息存在EEPROM里，保证掉电不丢失，并可实时查看以前的记录；通过单片机的控制来实现室内灯的开关；门控和门锁装置同样通过单片机控制；具有蜂鸣器报警功能。2天津职业技术师范大学2014届本科生毕业设计2 系统总体设计 本系统以AVR单片机为主控核心，

19、通过射频卡来刷卡进行一系列的操作，AVR16单片机接收到数据后，将数据传送给AT24C04或上位机，AT24C04或上位机对传送来的数据进行分析后，判断其数据是否有效。其中，只有管理员的权限下才能注册其他的子卡。若是没有注册的卡或者是密码错误后，系统会自动的报警。液晶显示屏上会提示一步步的操作提示。2.1 系统总体结构图2-1 系统的结构框图该结构的结构框图如图2-1所示。这里运用了AVR16单片机、RFID-01射频卡读卡模块、LCD12864模块、4X4矩阵键盘、L9110电机控制驱动芯片，单片机内部用到EEPROM断电记忆，这些对门禁系统起着重要的作用。其采用AT24C04芯片，掉电后可

20、以存储密码和其它的数据，比如以前的一些刷卡的记录等等，从而保证了系统的安全性。2.2 门禁系统工作原理2.2.1 系统功能模块工作原理介绍由系统的总体框图可以大体上的了解其基本的工作流程，门禁系统主要采用AVR16单片机作为核心，通过C语言程序变成来实现控制门禁的控制锁；做好必要的准备工作后，首先看到液晶屏幕上提示的几个选择，由于是刚开始使用，卡的权限都由管理员管理，也就是权限卡，只有管理员注册之后才能进行其它卡的注册，开启等一系列的操作。若是卡忘带或者是损坏丢失等原因，你也可以进行选择手动输入密码进入。若是密码错误或者是非法卡，则报警电路就会工作，通过蜂鸣器发出报警声，同时室内的灯等同样也受

21、到卡的控制。若是进行正确的操作后，系统会自动发出命令，系统判断后，L9110驱动电机来模拟开门。当管理员把卡的权限注册后，系统会自动记忆这个卡的卡号及其它信息资料，当再次刷卡时，就不需要管理员的权限了。对于刷卡的记录，系统会有记录。2.3 AVR16单片机2.3.1 AVR16单片机的介绍1997年由ATMEL公司研发出了一种的增强型内置Flash的RISC AVR单片机。AVR单片机被用于各种的场合，例如通讯设备，工业仪器仪表的控制，学校的实训，计算机控制系统设备的应用等。AVR单片机的主要特征有可靠性高、功能强、速度快、低功耗和成本低价,它是AVR单片机占领市场和赖以生存的一个必要的条件。

22、1 AVR单片机学习简单、易于升级、成本低廉。我们初次学习的人可以通过ISP下载线，把我们自己在电脑上编辑的程序通过ISP连接下入到单片机中，调试通过的软件程序直接在线写入AVR单片机。 2 AVR单片机的性能高，运转速度快、功耗很小、保密性好。首先，AVR单片机是高速嵌入型单片机：AVR单片机同时还具有其它的单片机具有的功能，那就是它可以预取指令功能，即它会执行当前的指令的同时，内部也会把下一条需要读到的指令预先的读取进来，这样就使得它的处理速度明显优于其他的单片机，都是放在了在一个周期内运转。AVR16单片机具有32个通用工作寄存器，就像有32条路一样，可以快速选择通行，不用去等待其它的执

23、行完毕后再去执行。 3 I/O端口功能强，与A / D转换器电路。AVR单片机的I/O口是真正的I / O端口。   目前支持的AVR编译语言主要是汇编语言、C语言等基本语言。C语言的编译器，因为它有一个强大的效果，使用灵活，小的代码运行得更快，其他的先天优势，使它在专业的程序设计的一个不可替代的作用。2.3.2 引脚说明 VCC：电源电压输入端。 GND：电源地 端口A (PA7.PA0) 端口A 为A/D 转换器的模拟输入端。8位的双向I/O 口为端口A，拥有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，

24、端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7.PB0)端口B 8位的双向I/O 口为端口B，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟起振，端口B 处于高阻状态口B 也可以用做其他不同的特殊功能。RESET 复位输入引脚，低电平持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。当持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位XTAL1 此端口作为单片机片内时钟电路和反向震荡放大器的输入端XTAL2 此端口作为反向振荡

25、放大器的输出端AVCC AVCC端口是作为系统A/D转换器的电源。当该引脚直接与VCC连接时，不要使用ADC。若是非得需要使用ADC，应该让其通过一个低通滤波器与VCC连接AREFA/D 的模拟基准输入引脚。图2-2为引脚图： 图2-2 AVR单片机引脚图2.3.3 AVR中断寄存器（SREG） Bit7I：全局中断使能位。如果I 置位时使能全局中断，单独的中断使能由其他独立的控制寄存器控制；如果I 清零，无论单独中断标志位置位与否，都不会产生中断。Bit6T：位拷贝存储Bit5H：半进位标志Bit4S：符号位Bit3V：补码5的标志位Bit2N：负数标志位Bit0C：进位标志位2.3.4 A

26、Tmega16存储器AVR 结构的存储空间主要有两个，即程序存储空间和数据存储空间，另外还有EEPROM 存储空间。 程序存储器映像 图2-3 程序存储器映像图 数据存储器映像 图2-4 数据存储器映像图 EEPROM 数据存储器 EEPROM ATmega16总共有512个字节的数据存储器。它是作为一个独立的空间存在的，数据空间中可以对字节进行读和写EEPROM访问地址的确定主要是由寄存器、数据寄存器和控制寄存器三个方面锁决定的。 若是有人无意识的对EEPROM写操作,需要重新写一个执行一个固定的程序。当EEPROM进行读工作时,ACR的CPU将不会工作，在停止工作4个循环后,然后再执行系统

27、下达的指令。当EEPROM进行写工作时,ACR的CPU也不会工作，在停止工作2个循环后,然后再执行系统下达的指令。a、 EEPROM的 地址寄存器有2个分别为：EEARH 和EEARLEEPROM 地址寄存器EERA 用于指定某个EEPROM 单元的地址， 线性编址为0x0000x01FF。b、 EEPROM 数据寄存器EEDR c、 EEPROM 控制寄存器EECR 若是想要控制单片机的EEPROM需要用到的是EEPROM控制寄存器的EECR 2.4液晶显示模块 2.4.1液晶显示模块概述 JM12864M-2型号的液晶显示模块，可以用来显示汉字和图形，它的内部包含了内置的8192个中文汉字

28、、128个字符及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。主要技术参数和显示特性: 与MCU接口：8位或4位并行/3位串行电源：VDD 3.3V+5V(内置升压电路)；内容：128列× 64行 颜色：黄绿 显示角度：6：00钟直视 LCD类型：STN 配置LED背光 2.4.2外形尺寸 图2-5 外形尺寸图2.4.2模块引脚说明128X64HZ 引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端3V0-LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/

29、L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RETH/L复位 低电平有效18NC空脚19LED_A（LED+5V）背光源正极20LED_K（LED-OV）背光源负极表 2-1 12864 引脚说明工作电压(VDD)：4.55.5V电源地(GND)：0V正常温度(Ta)：-10 60(常温) / -2070（宽温）2.4.3接口时序L12864的接口时序模块具有2中连接方

30、式：并行和串行（时序如下）：1、8位并行连接时序： MPU写资料到模块如图2-6所示: MPU从模块读出资料如图2-7所示： 8位并行连接时序图2-8所示： 串行数据传送共分三个字节完成： 第一字节：串口控制格式 11111ABC A为数据传送方向控制：H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD。 图2-6 MPU写资料到模块 图2-7 8位并行连接时序图 图2-8 8位串行连接时序图 B为数据类型选择：H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令 C固定为0第二字节：(并行)8位数据的高4位格式 DDDD0000第三字节：(并行)8位数据的低4位格式 0000DDDD串行接口时序参

31、数：(测试条件：T=25 VDD=4.5V)2.4.4文本显示RAM（DDRAM）RAM为我们设计的汉字空间是8个×4行的，写入RAM时，我们可以看到有3种的RAM的显示字型，分别为CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A类型的芯片可以显示三种字型 ，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型。2.5 RFID-01型射频卡2.5.1概述集成电路芯片的非接触IC卡、感应天线和完全密封在一个标准的PVC卡,没有暴露的部分。非接触IC卡读写过程,通常是一种非接触式IC卡和读者通过无线电波来完成读写操作。 非接触式IC卡刷卡的时候,来自读者的信号由两

32、部分组成:一部分是信号的叠加,信号被卡接收到后,与自己的信号共振,产生瞬间能源供应芯片。另一部分是结合数据信号,命令,修改、数据存储芯片,并返回到读者。非接触式IC卡读写系统形成的,硬件结构,和操作过程大大简化,同时,借助先进的管理软件,离线模式的操作,数据读写过程更简单。因此RFID射频技术得到了飞快的发展。 典型应用场合：读卡器、手持机 、门禁器、考勤机及其它各种系统及一卡通应用系统通过网上查取接触式卡与非接触卡的资料，总结的非接触式卡的优点如下： 1 可靠性高：非接触式RFID IC卡没有我们常见的那种机械式的装置,降低了卡的损坏程度的系数。另外,非接触式卡RFID IC还表现在其它的方

33、面，如不用担心卡的芯片，因为这是镶嵌在里面的感应系统的，不用担心身体上第二静电击穿，等等,提高了卡的可靠性。2 操作方便，快速：因为是感应的原理，只要在设备的有效范围内就可以刷卡有效。不用和以前的那种必须得把卡插进去，然后离开的时候再拔出，因此，不必插拨卡，非常方便。非接触式卡使用时的时候没有方向性，卡片可以随便刷，随意方向的刷，同样也可完成操作，这就大大提高了人们使用的速度。3 加密性能好：非接触式卡的序列号是唯一的。也不用担心高科技的犯罪克隆你的卡片。 2.5.2射频卡-工作原理 RFID卡由天线和ASIC部件组成,没有其他外部设备。天线:卡天线只有几个绕组线圈,适用于包装ISO卡中，AS

34、IC:卡ASIC由高速(106 kb波特率)接口,控制单元和8 k位的 EEPBOM射频卡读写设备的工作原理是:要其LC谐振电路和电磁谐振能正常的工作，需要读写器向RFID IC卡发射出与之相匹配的固定频率的电磁波,使电容器被指控在另一端,电容器,与单向传导电子泵、充电电容器被发送到另一个电容存储，如果充电的电容电荷积累到达了2V，电容就会做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。在电路中给的功能电路图如图2-9所示： 图2-9 射频卡图示电路2.5.3产品主要参数 使用电压：VCC：DC5V±10% 接口类型：同时支持以下两种接口 SPI接口：模块做为从

35、机，SIGNAL引脚为低电平时代表有卡进入天线范围，为高电平时代表没有卡在天线范围，反应时间大约0.3秒。支持卡类型：M1标准的S50卡（典型代表是Philips的M1卡和上海复旦的卡不支持第二代身份证卡号的读取） 尺寸规格如图2-10所示：模块部分：DIP32封装（只使用了其中12个脚)。42mm×20mm 引脚间距2.54m；天线部分：75 ×40 mm 天线上接插件引脚间距2.54mm 读卡距离：天线与卡正对情况下，最小>3cm ，最大<10cm （与卡的品质有关） 读卡反应时间：0.3秒左右 载波频率：13.56MHz 载波比特率：106 K BPS 工

36、作温度: -20 - +75 存储温度: -40 - +85 耗电电流： 小于100mA 图2-10 尺寸规格图2.5.4 SPI通信协议 需要注意的是单片机与模块之间的时序要控制好。基本时序是这样的：1、初始化CLK引脚为高电平；2、SS置低，选中模块，此时模块检测到SS引脚的下降沿后进入采样CLK引脚的状态；3、CLK置低，给模块第一个下降沿，等待大于50uS以后，模块的MISO引脚上会输出AA字节的MSB位，也就是高电平，单片机读MISO引脚，得到AA这个字节的MSB位；4、CLK抬高，模块MISO引脚电平仍然是保持的，模块检测到CLK变高，内部状态机等待下一个CLK下降沿的到来；5、重

37、复第3第4的过程，直到得到上述8个字节的内容；当然，最终的结果是CLK仍然是抬高的；6、SS置高，模块检测到SS变高，退出检测CLK的状态，等待下一个SS下降沿，并且从AA这个字节开始准备下一次的通信。注意：任意时刻进行以上读取过程，模块都会应答最后一次读到的卡号，所以有必要采样SIG引脚的下降沿。每次下降沿代表天线范围内有卡进入，所以不用一直都读取卡号，而在下降沿发生时读取一次即可。2.5.3射频卡引脚定义 图2-11 引脚定义图 引脚定义列表如表2-2所示： 需要注意的是VCC供电要足值，加10uF以上退耦电容最好，模块上已经内置了一个0.1uF的退耦电容，可以和该10uF电容组成更好的退

38、耦电路；产品不防水，受潮、静电或使用不当会导致产品损坏，请使用过程中注意防静电！表2-2 引脚定义列表引脚号引脚名称功能对应天线板1R1天线接收RX2GND天线地GND3SIG（SIGNAL）有卡时该引脚输出低电平，无卡时输出高电平(SPI模式下用以确定是否该去读卡号)无4CLKSPI时钟，单片机通过SPI脚对该模块（从机）提供时钟。单片机将该引脚拉低时，模块40uS内输出一位数据，置高时，模块标记此位，等下一个下降沿到来无5MISO主入从出，模块在SPI CLK引脚的时钟驱劝下，按位输出数据包格式的各字节，单片机读取此位，经重组后可以得到各字节无6MOSI本模块未使用无7SSSPI通信时，单

39、片机将该引脚拉低，代表一次通信的开始，置高，代表本次通信结束，读取完所有数据包内容之前不准置高该引脚，否则再次置低时，模块将从第一个字节开始返回，导致通信出错无8TXD串口发送引脚，模块通过此引脚以UART方式发送协议数据包无9RXD该引脚未被使用无10VCC模块供 +5V无11GND模块GND无12T2天线发射2TX213T1天线发射1TX1 3 系统硬件电路设计3.1 主控制模块设计该系统主控制单元如图3-1所示，采用AVR16单片机为主控制芯片，单片机最小系统主要包括单片机、复位电路、时钟电路、下载电路、电源指示电路。其中单片机了里面具有16KB的程序存储区、4KB内部的SRAM完全满足

40、系统设计的需要，K1为复位按键，采用低电平复位，电容C3(103uf)与电阻R3(10k)组成上电的复位电路，为了能够提高串行通信波特率的准确性，时钟电路采用8.00M晶振与C2、C3组成振荡电路，只是为了能更好的观察系统的电源指示。系统控制单元留有键盘、射频卡模块、液晶显示模块、电机驱动电路和按键电路等各功能模块接口，方便连接各个功能模块。图3-1 系统最小系统控制单元3.2 电源模块设计电源电路主要为系统提供工作电源，包括DC5V/0.5A输出,总电源有DC12V电源适配器输入。电源转换芯片2576-5将12V电压转换成5V供给系统供电，由于电池电压不是特别稳定，为保证系统运行可靠采用了电

41、容滤波，这5V电源用于为主控制单元电路、电机驱动电路、继电器驱动电路、键盘电路、液晶显示电路等提供工作电源。美国挂架半导体生产的LM2576系列电源模块正好符合我这次毕业设计所需要的电压数值5v，它是一个电流输出降压开关集成稳压电路，由固定频率振荡器和基准稳压器构成，而且具有保护电路的功能，就可以构成一个高效的稳压电路。故采用LM2576系列的电源转换芯片。如图3-2所示：图3-2 电源电路图 作为门禁系统，安全问题固然要放在第一位的，当然，若是没有显示部分的话，如果其中有什么操作不正确的或者是其他原因导致门控系统给的故障，也会给人们生活造成很大的麻烦，显然显示部分还是挺重要的。显示选择的时候

42、可以根据按键去选择操作去用什么样的方式打开门，可以刷卡开门和通过输入密码来开启。当操作者输入正确的密码或者是刷卡正确的时候，室内的灯立即开启，当刷的是非法卡或者是密码输入错误时，报警模块的喇叭就会发出响声，发出警报不会开启。本系统采用的是JM12864M-2液晶显示，如图3-3所示： 图3-3 显示电路图3.3键盘输入部分为了操作的实用性和方便性，并联系实际考虑到的一些问题，本设计采用了IC卡式刷卡和矩阵式按键键盘模式，IC卡刷卡模式前面已经介绍了，现在我们来介绍矩阵式按键键盘模式。矩阵式按键的组成：由行线和列线组成，由于案件的位置都是交叉在每一行和每一列，故也称行列式键盘，密码有管理员管理设

43、定。当今社会主要用到的还是这两种模式。本设计使用了4*4的键盘，但是键盘就用到了4个其它的一些没有用到，因其所用到的功能比较少，对于键盘输入密码我通过一个按键上下的选择，选择自己所需要的数字。若是密码输入错误，则需要按键“返回”即可，若是输入错了，按下了确定，则系统的报警单元会发出响声。设计的键盘模块引脚接法如图3-4所示： 图3-4 4x4键盘矩阵4x4矩阵键盘对于许多的实物制作来书是非常简单和实用的也是在一些设计上用的最多的键盘形式，当然，对于与单片机的结合也是单片机初学者所必须掌握的一种技术。3.4报警模块电路设计 设计采用的报警部分由蜂鸣器电路组成每当出现非法卡或者是操作者密码错误时，

44、使三极管Q1正向导通，VCC提供电压使蜂鸣器工作发出声音。电路如图3-4所示： 图3-5蜂鸣器驱动电路3.5室内灯与门控门锁电路 对于现实中，人们总想在拿到卡开门的时候，顺便同样把室内的灯也打开，这样就不用进房间后摸着黑进屋再去寻找灯的开关在哪，因此，本设计对于这一方面想到了与现在一些宾馆的模式一样的思想，就是在拿卡开门的时候，同时室内的灯也同时的会打开，电路设计如图所示： 为了更好的演示所做实物得出更好的观测结果，利用一个小的电机来控制一个模拟的门，这样更方便与直观。如图3-6 ,图 3-7所示： 图3-6 室内灯控制电路 图3-7 门控电机电路 3.6 继电器控制模块设计我们可以利用三极管

45、饱和、导通和截止的三个的特点，来控制继电器。根据三极管工作的导通和关断，可以设计出我们想要的功能。三极管有PNP型和NPN型之分，下图所示电为是NPN型三极管，故采取的是集电极接低电平方式输出，其工作原理如下：R4、R7为上拉电阻，当基极没有输入电压时，基极的电位为高电位，所以三极管不导通，所以平时是截止的；当有基极输入低电位，所以降低基极的电压，三极管正常的工作，三极管导通，线圈得电动作，常开变常闭，常闭变常开，由此完成电路设备断电与开启功能。图中二极管的作用是保护线圈不收到逆向峰值电压的冲击，对继电器起到保护作用，二极管需要反接在线圈两侧。如图3-8所示。图3-8 继电器控制电路4 系统软

46、件设计与实现4.1 软件设计环境4.1.1 ICC开发环境和建立工程首先在电脑桌面上找到ICC的图标，点击“File New”（新建）在如图4-1所示的右侧打开一个新的文件的窗口，在打开的窗口里输入一个源程序，输入完毕之后，选择“File Save”，（保存）并命名。命名时，必须要在命名的后面加上文件的扩展名，C语言程序均以“.C”为扩展名，将其命名为zdz.c，保存完毕后可以将该文件关闭。但这还不能直接的使用ICC，还得对单片机型号；确定编译、汇编、连接的参数；指定调试的方式等进行调试设置，不能直接对单个的C语言源程序进行处理。在做完上述的步骤之后，右键点击任务标题栏“Project->

47、;New Project”菜单，出现下图4-2的对话框，需要给新建立的要求给将要建立Project起一个名字，这里起名为zdz，这里就不用和第一次是的加入扩展名。然后点击“保存”按钮，出现第二个对话框，如图4-2所示，选择所需要的CPU(选择Atmel ATmega16)芯片的型号.然后点击“Project”，然后，选择“Open”点击鼠标右键，出现一个下拉菜单，选择自己所需要的源文件，如图4-1到4-3所示： 图4-1 软件编译器开发环境图1 图4-2 软件编译器开发环境图2 图4-3 软件编译器开发环境图34.1.2下载软件progisp1.67工程运用下载程序用progisp1

48、.67进行程序的下载，首先做好准备工作，准备好端口线，选择Atmel ATmega16芯片，其它的选择默认即可，不用改动，然后选择点击“调入FLASH”导入程序文件的HEX文件，再点击“自动”进行程序的下载。如图4-4所示。图4-4 程序下载软件开发环境图4.2 主程序的设计系统的流程图如图4-5所示： 图4-5 系统总的程序流程图 345 系统测试及结果分析5.1 系统测试的方法及内容 本设计应用DXP及ICC软件,首先根据自己设计的电路图用DXP软件画出电路图，对于软件的使用，在做设计期间通过请教老师，和同学的帮忙，同时也翻阅了大量的视频和资料，慢慢的来学习，一步一步的了解使用，对需要必要

49、掌握的软件之后，用ICC编写程序，进行编译和连接，若是没有发出错误的警告，既可以生成程序所需要的hex文件，将此含有hex的文件加到电路图上使软硬件结合运行。同时对于电路的焊接等，事先用DXP把电路的PCB图生成，通过电脑上的模拟实验确定线路是没有问题的，这样再进行焊接就会很容易的进行。焊接完成后再认真的用测量工具检测，便进入硬件调试阶段。调试工作的主要任务是排除实物故障，其中包括设计错误和工艺性故障。最后再进行单个模块的检测。5.2 系统测试的目的系统在调试时，接通电源，按下初始化开关，首页显示个人的基本资料信息，然后确定后，进入选择界面，通过上下选择按钮来操作是选择刷卡进入还是选择手动输入

50、密码操作。5.3 系统测试结果及分析系统上电测试，首先测试出现的界面如图所示，你可以选择2种模式，通过上下按键选择IC卡读取模式和密码输入模式。如图5-1所示。 图5-1 测试图1 密码输入模式通过上下按键的选择，输入密码，当密码正确时，系统会自动显示出 图5-2 测试图2密码是否正确，若是错误则蜂鸣器会报警那个，并显示密码错误，正确则显示如图5-2所示的界面，灯开启，门打开。 图5-2 测试图3IC卡读取模式通过选择IC卡读取，然后按下确认键，刷卡，若是没有注册的卡，如图5-3所示会显示无效的IC卡，系统报警。 图5-3 测试图4结 论通过这几周对AVR16单片机门禁控制系统电路的设计与实现，主要的研究工作有以下几个方面：1、 对控制系统的原理和组成进行了详细的介绍，确定了系统的总体设计方案。2、以ATmega16最小系统板为控制系统，进行并完成了系统要求所需的各硬件模块的原理图，并做了相应的硬件制作调试。采用了12864液晶显示界面实 3、完成了系统的上位机程序和各功能模块的应用程序的设计，实现了基于单片机的智能门禁系统的设计与制作。整个软件的设计采用模块化、结构化设计思想，使程序部分化，便于整个程序的移植。4、硬件设计部分。系统的学习了无线控制方面的理论知识，并仔细分析和研究了无线控制的设计理论。5、软件设计部分，结合本设计的需要，认真学习了AVR单片机中的定时、串口通