基于单片机的小区门禁系统的设计与实现

题目：基于单片机的小区门禁系统的设计与实现摘要小区门禁系统是目前安全防范系统中常见的措施，能够对智能住宅的重要通道进行管理，保障住户的人身及财产安全，减少或防止非法行为的发生。这个系统还可以对住户以及访客的出入情况进行常规统计管理，并记录档案为突发事件提供相关资料，以便以后的查阅。该系统为住户和访客提供了便捷有效的出入方式，方便人与人之间的交往，实现了社会的融洽相处。门禁系统是在传统的门锁基础上发展而来的，传统的门锁只是单纯的契合性机械装置，无论它的结构如何复杂坚固，只要配到了钥匙就能轻易打开。但随着电子技术的发展，出现了电子密码锁、电子磁卡锁等电子门禁系统，大大提高了人们对出入口的管理程度。除此之外，门禁系统与办公自动化、短信平台的整合也出现端倪，由此也能窥见门禁产品的趋势是技术上的不断改革和更新，大步向智能集成化迈进。门禁系统发展完善是现代科技与人类文明相结合并逐步完善的过程。而门禁系统以其优良的性能和方便、安全的操作为人类社会生产力的发展做出了重要的贡献关键词：门禁系统；单片机；IC卡；射频识别技术

AbstractThecommunityaccesscontrolsystemisacommonmeasureinthesecuritypreventionsystem,whichcanmanagetheimportantchannelofintelligenthousing,protectthesafetyoftheresidents'personalandproperty,andreduceorpreventtheoccurrenceofillegalacts.Thesystemcanalsoprovideroutinestatisticalmanagementofaccesstohouseholdsandvisitors,andrecordarchivestoproviderelevantinformationforemergenciesforfutureaccess.Thesystemprovidesconvenientandeffectiveaccessforresidentsandvisitors,facilitatespeople-to-peopleexchanges,andachievessocialharmony.Accesscontrolsystemisbasedonthetraditionaldoorlockdevelopment,thetraditionaldoorlockisonlyasimplefitmechanicaldevice,nomatterhowcomplexandstrongitsstructure,aslongasthekeycanbeeasilyopened.However,withthedevelopmentofelectronictechnology,electronicpasswordlock,electronicmagneticcardlockandotherelectronicaccesscontrolsystemhasemerged,greatlyimprovingthedegreeofmanagementoftheentranceandexit.Inaddition,accesscontrolsystemandofficeautomation,SMSplatformintegrationalsoappeared,soastoseethetrendofaccessproductsisatechnologyofcontinuousreformandupdate,abigsteptowardsintelligentintegration.Thedevelopmentandperfectionofaccesscontrolsystemistheprocessofcombiningmodernscienceandtechnologywithhumancivilizationandgraduallyimprovingit.Accesscontrolsystemwithitsexcellentperformanceandconvenient,safeoperationforthedevelopmentofhumansocietyproductivityhasmadeanimportantcontributionKeywords:accesscontrolsystem;microcontroller;ICcard;radiofrequencyidentificationtechnology目录第1章绪论 基于单片机的小区门禁系统的设计与实现第1章绪论在社会经济发展如此迅速的今天，人们的安全意识在不断地提高，也导致了对安防产品的需求量的加大。门禁系统是当前安防产品中应用广泛的新型的安全管理系统，它能够对人口出入进行管理，维持社会秩序的相对稳定，现实人们的和谐发展，保护用户的生命财产的安全。1.1选题的背景与意义近年来，门禁系统是在国内广泛应用的又一高科技安全设施之一，现已成为现代建筑的智能化的标志之一[1]。它不仅在用户小区、民航机场等场所广泛应用，还在重点使用于一些注重情报安全的地方，如：科研实验室、档案室等。该系统之所以可以在众多地方得到应用，不仅仅因为它的安全保护功能，还因为它可以进行人事考勤、环境管理及行政管理。门禁控制系统是如今安全防范体系中的一种最为常见的措施，它是管理智能住房的重要渠道，可以保护居民人身和财产安全，减少或防止违法行为的发生。该系统还可以对家庭和访客的访问提供例行统计管理，并记录档案，为今后获得紧急情况提供相关信息。该系统为居民和游客提供了方便有效的通道，方便了人员往来，实现了社会和谐。门禁系统是由传统的门锁发展而来的，其传统门禁主要是一种简单的机械设备，无论其设计多么复杂，外表多么坚硬，只要拥有合适的钥匙都可以轻轻松松地打开。然而，随着电子技术的发展，电子密码锁、电子磁卡锁等电子门禁系统应运而生。在高科技产业发展如此迅速的今天，越来越多的人可以轻松地使用这些高科技，随之而来的高科技犯罪事件也相应增多，如：使用高科技手段进行盗窃、抢劫。之前的电子密码锁安全性能已经无法满足当前的需求，为了更好地跟上科技发展的脚步，满足人民对安全防范的需求，更加有效地阻止高科技犯罪的发生，智能门禁系统就孕育而生。智能门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术集合，它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、生物统计学等诸多新技术领域[2]。该系统首先在应卡技术、生物识别技术的进一步发展中，得到了质的飞跃，标志着该技术进入成熟期，出现了一系列智能系统，如：指纹门禁系统、虹膜门禁系统、面部识别门禁系统等。它们的安全性能，保密性能，管理性能得到了进一步的提升。1.2选题前景及状况近年来，门禁系统在国外与国内的发展有很大的差异[3]。在国外，门禁系统的发展逐步趋于成熟，其生产过程分工明确，有生产读卡器的，如德国的Destele公司，也有生产控制器及其软件的，如美国的NorthernComputer公司，也导致了产业化的形成。产业化形成使国外的各大公司竞争逐步加剧，促使门禁系统的快速发展。在国内，随着门禁系统在各个场所的广泛应用及人们对安全防范需求的提高，门禁系统取得了一定的发展。生产门禁系统的公司以傲立的姿势出现在人们面前，如蓝泰、创一公司等。在市场上，开始逐步出现多系统联动控制的新型门禁系统。门禁系统在社会各个领域的作用越来越明显，在人们的生活扮演的角色也越来越重要，已经成为人类社会必不可少的一部分。但为了满足人类社会对其的需要，门禁系统也必须与时俱进、不断革新。新技术的出现不仅可以为安防产业的发展提供新的动力，还可以为其发展指出新的方向。当前，主要出现了如下应用技术：目前，更先进的生物识别技术和手机NFC移动技术的发展为接入产业的发展提供了新的动力，视频智能分析技术和生物识别技术多元化应用为接入产品的发展提供了新的方向，而3G/4G移动通信技术的飞速开发和应用使接入系统网络结构更加灵活多样，产品自身的集成化、智能化和可集成性将成为未来衡量接入产品功能和质量的重要标准。1.先进的指静脉识别技术指静脉识别技术是一种新的生物特征识别技术，它是依据人类手指中流动的血液可吸收特定波长的光线，而使用特定波长光线对手指进行照射，可得到手指静脉的清晰图像[4]。利用这项技术获得需要的手指静脉特征信息，然后让其与先前记录好的手指静脉特征信息进行匹配，从而完成身份的验证。指静脉识别技术具有防伪高、使用方便、识别速度快、精度高等四大特点。2.指纹识别与视频智能分析技术该技术是在指纹认证的同时，还需要对人脸进行智能扫描和分析，然后验证该人是否合法，若合法，则正常打开门[5]。该技术主要由视频智能分析技术和生物识别技术两者融合创造出来的，它具有生物认证、视频监控及行为检测的功能。随着国内智能化城市项目的发展，运用该技术研发出来的门禁产品将为城市智能化提供新的源泉。3.手机NFC技术NFC（近距离无线通信）是一项适用于门禁系统的技术，主要通过使用配备NFC技术的手机携带便携式凭据卡，然后由读卡器无线读取，用户只需将手机呈现在读卡器前即可[6]。NFC技术应用在我们的广大生活当中，如乘车、购物等，给我们的生活带来极大的便利。虽然NFC技术在安全性上具有易窃听、易损坏的隐患，但NFC在通讯距离上是不易窃听和不易损坏的，因此，在我们的日常使用中不用担心。1.3章节安排第一章，绪论主要讲述了本课题的背景及意义，同样现状和前景也进行一定的介绍。第二章，主要讲述本课题的主要内容和设计方案的结构与分析，系统方案的选择及各个主要模块的选择，芯片的选型。第三章，主要讲述系统硬件的设计，包含门禁系统的总结构，最小单片机系统、报警控制电路、电子锁控制电路、矩阵键盘及RC522读卡部分的设计。第四章，对系统软件进行相应设计，主要包含主程序、键盘扫描、液晶显示、密码输入及读卡过程的设计。第五章，对系统仿真进行运行和调试，主要包含相关软件的简介以及仿真调试和仿真结果的展示。第2章方案论证和研究内容本设计不仅研究内容丰富，还要求我们实现许多功能，如密码输入、刷卡等，而在实现这些要求和功能的过程中，这些功能有多种多样的方式实现。因此，在面对众多的方式时，我们需要选择其中更好更划算更耐用的方案，这样才能使整个系统设计更加简洁、完美。2.1总体方案2.1.1设计分析一个门禁系统，应该能实现以下功能：读卡功能，即当有射频卡在寻卡区内时，能够读取卡片的信息；注册、注销用户卡功能，进行射频卡的注册、注销；刷卡开门，在寻卡区内有注册过的卡后开门；显示实时的时间；蜂鸣器和显示器实现刷卡、操作提示；能够从键盘中输入密码，并相应地在显示器上显示‘*’并判断密码是否正确如果密码正确，则开锁、显示相应信息；如果密码错误，则输出相应信息；一键复位功能；根据上面分析，我们可以了解到本次小区门禁系统设计的主要分为下面几个部分：4x4矩阵键盘设计、LCD信息显示、密码输入的相关操作设计、实时时钟设计、刷卡系统设计、报警及开锁电路设计。本设计应该按以下步骤去实现：第一步：选择所需材料和器件。第二步：运用单片机原理和模拟电子技术基础等理论知识在Protues软件中画出仿真图[7-10]。第三步：认真检查仿真图。注意观察是否有漏接线、线短路、线接错等问题的出现。第四步：进行软件设计，运用逻辑结构分析的知识，对本设计所需实现的功能画出程序流程图。第五步：根据自己画出的程序流程图在Keil软件中进行程序编写，编写完成后进行调试第六步：将Protues软件中的仿真图与Keil软件中编写的程序联合进行仿真、调试，然后分析仿真结果，看看设计预期的功能是否实现了。2.1.2系统结构本设计系统主要由单片机芯片、复位和晶振电路、4x4矩阵键盘、外部储存器、刷卡模块、显示模块、时钟模块、报警模块及开锁模块这些部分组成。如图2-1所示。图2-1系统总体设计结构图时钟模块为单片机提供实时时间，刷卡模块提供卡信息输入，复位电路单片机复位，4x4矩阵键盘为密码输入提供键值及其他键值输入、显示模块显示每一步操作相应的信息、外部存储器负责存储密码并将其密码与输入密码验证，开锁模块包具有继电器开锁功能和报警模块具有蜂鸣器报警功能。2.2系统方案的比较2.2.1方案选择门禁系统存在多种的现实方案，但是常用的可以划分为两种：联网型和不联网型不联网门禁系统：不联网门禁系统，即单机控制型门禁，是一台机器管理的一扇门，单台刷卡机可以工作，直接通过控制器控制，操作简单，却看不到记录。其特点是价格较低，安装维护简单，适用于人数较少的地方。联网型系统：联网型系统，是指可与计算机通信并直接使用软件（包括卡和事件控制）进行管理的访问类型。有易于管理、控制集、查看记录、记录分析和处理等用途。其特点是价格相对较高，安装维护增加，可出勤等增值服务。适于人数较多，流动量较大的地方综上分析，本次设计我们选择不联网门禁系统，这样可以使我们设计实现更加容易，操作简单一些。2.2.2CPU的选择这个课题采用51系列的芯片进行系统设计，而其系列的芯片各种各样，我们要选择性价比高的芯片尤为重要，在这些芯片当中，要算

Atmel

公司的AT89C51芯片性价比更加高。首先它不但可以和8051指令、管脚相互兼容，其片内的4K程序存储器采用了FLASH工艺，采用这种工艺的存储器不仅可以用电的方式瞬间擦除，还可以用电的方式瞬间改写。由此可见，这种单片机对开发设备的要求比较低，可以大大缩短开发所需的时间。对写入芯片内的程序还可以进行一定加密，这样可以很好低保护我们的劳动成果。同时AT89C51芯片的售价相对较低，可以满足当前大部分人们所需的功能，其技术发展也比较成熟且完善。当然在如今也有比51单片机科技含量高的系统，如DSP、ARM系统，但是其价格非常昂贵，其发展还没有完成成熟。除此之外，C51系列单片机也是我们在课堂上学习的知识，我们对于它也会相对熟悉。由上可知，我们应该选择对设备要求较低、价格较为便宜、对其相对熟悉且技术相对成熟的AT89C51芯片。2.2.3门禁卡的选择门禁卡在当前市场的种类十分的多，大致有接触式IC卡，非接触式IC卡、条码、磁卡等。条码和磁卡大多数应用在超市、快递领取点以及银行，而IC卡主要用于小区门禁、停车场出入、智能建筑等地方。接触式的IC卡，需要IC卡自身与相应的卡槽接触才能进行工作，且接触式的IC卡被封装在PVC料外，其芯片会外露，所以抗干扰能力较差，卡片容易损坏。非接触式的IC卡，又称为射频卡，把芯片封装在PVC料中,通过卡中芯片无线电波可远距离与读卡设备进行感应即可读取数据，不容易损坏、抗干扰能力较强，可靠性高[12]。综上分析，我们应该选择不容易损坏，抗干扰能力强，可靠性高的非接触式IC卡。2.2.4液晶显示的选择1602LCD又称1602字符型液晶，它是一种特殊的用于显示字母、数字、符号等点状矩阵液晶模块的，它拥有多个5×7或5×11点矩阵字符位组合，每个点阵字符可以显示一个字符。同样由于每行之间的每个点之间的每个间隔也具有字符间距和行间距的原因，所以它不能够显示出图形。基于HD44780液晶芯片在字符液晶市场上占据了大部分的比重，字符液晶大部分的控制原理是完全相同的，只要我们掌握了1602字符型液晶，其他字符液晶就不足为惧了。并且1602LCD的功能完全可以实现本次设计。因此，我们选择LCD1602来设计本课题。2.3芯片选型2.3.1AT89C51选型AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机[13-15]。外形及引脚排列如图2-2所示。图2-2AT89C51引脚图AT89C51具有如下功能：4k字节Flash闪速存储器，256字节片内数据存储器(00H-7FH为片内RAM，80H-FFH为特殊功能寄存器SFR)，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路[13]。空闲方式时，CPU就会停止的工作，但是允许RAM存储、定时/计数器继续工作，同样串行通信口、中断系统也不会受到此方式的影响。掉电方式时，RAM中的内容会被保存，但是晶振振荡器工作将会停止，也导致其它部件停止工作直到单片机收到硬件复位信号为止[13]。其各个管脚功能如表2.1所示：表2.1AT89C51管脚功能引脚口功能P0P0口既可以作地址/数据总线口使用，这是它是真正的双向口，也可以作通用的I/O口使用，但此时只是一个漏极开路的准双向口。P1P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，专门为作通用I/O口设计的，即P1口作输入口使用时必须先给锁存器置1，再输入数据。P2P2口为一个内部上电阻的8位双向I/O口，常做外部存储器的高八位地址口。当不用作地址口时，P2口亦可作通用I/O口使用。P3P3口管脚是8个带内部接上电阻的双向I/O口，是一个具有双功能的I/O口，其第一功能和P2口一样，可作为通用I/O口使用。对于P3口它不仅仅可以作为通用的I/O使用，也可以作为一些特殊功能口使用，其特殊功能如表2.2所示表2.2P3口特殊功能表引脚口备选功能引脚口备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.4T0（计时器0外部输入）P3.1TXD（串行输出口）P3.5T1（计时器1外部输入）P3.2/INT0（外部中断0）P3.6/WR（存储器写选通）P3.3/INT1（外部中断1）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）而AT89C51单片机的其他引脚功能如表2.3所示表2.3AT89C51单片机的其他引脚功能引脚号引脚口功能40VCC电源端20GND接地端9RST复位输入30ALE/PROG地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲29/PSEN外部程序存储器的选通信号31/EA/VPP访问外部程序存储器控制信号/对EPROM的编程电源输入19XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入18XTAL2来自反向振荡器的输出2.3.2LCD1602选型对于字符型的LCD1602来说，其引脚线在Protues仿真软件中，是比实际情况少了2条，即接地端（GND）和电源端（VCC），引脚功能如表2.2所示。表2.2LCD1602引脚功能表引脚号引脚名电平输入/输出作用1Vss接地端2Vcc电源（+5v）3Vee对比调整电压4RS0/1输入0=输入指令1=输入数据5RW0/1输入0=向LCD写入指令或数据1=从LCD读取信息6E1,1→0输入使能信号，1时读取信息，1→0（下降沿）执行指令7BO00/1输入/输出数据总线line0(最低位)8BO10/1输入/输出数据总线line19BO20/1输入/输出数据总线line210BO30/1输入/输出数据总线line311BO40/1输入/输出数据总线line412BO50/1输入/输出数据总线line5续表2.2LCD1602引脚功能表引脚号引脚名电平输入/输出作用13BO60/1输入/输出数据总线line614BO70/1输入/输出数据总线line7（最高位）15A电源LCD背光电源正极16K接地LCD背光电源负极2.3.3AT24C02芯片简介AT24C02芯片为一个2K位串行CMOSE2PROM，其内部还含有256个8位字节。本设计中，用此存储芯片来存放正确的密码组，运行时密码数组与输入的密码进行匹配。其各个引脚如表2.4所示表2.4AT24C02引脚功能A0、A1、A2存储器地址的选择SDA串行数据、地址SCL串行时钟WP写操作保护VCC+1.8V~6.0V电源端VSS接地端第3章系统硬件设计系统硬件的设计如同一个建筑的钢筋水泥，即使建筑拥有美轮美奂的外表，但如果建筑没有了强硬的钢筋水泥的支持，再美的外表也无法使是建筑屹立不倒，系统硬件的设计亦是如此，当系统有了像钢筋水泥这样的硬件，才能完美运行。3.1门禁系统总结构门禁系统总结构如图3-1所示图3-1系统仿真总设计图由图可得，门禁系统主要由最小单片机系统，时钟电路，液晶显示电路，报警电路，4ⅹ4键盘模块，继电器开锁模块等部分组成，其中单片机AT89C51是系统运行的中心部分，各种电路模块都要经过单片机的处理和传递，才能完成自己的功能，即整个门禁系统的心脏就是最小单片机系统。3.2最小单片机系统单片机最小系统，或者称为最小应用系统如图3-2所示，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统[12-15]。在大多数51系列单片机的最小系统主要由51系列芯片，晶振电路及复位电路组成，当一个单片机组成最小系统时，它就可以运行和下载程序了。图3-251单片机的最小系统电路图1.晶振晶振，又叫晶体振荡器，它主要是为单片机系统提供一个基准时钟信号，单片机内部的工作都要以这个时间信号为标准来进行[16-17]。在图3-2中一个晶振电路主要由一个11.0592M晶振，及两个22pF的电容组成，然后与单片机的XTAL1和XTAL2相接。其电容在该电路中的作用是帮助晶振振荡器起振，使振荡信号趋于稳定。2.复位电路在图3-2左侧中间为复位电路，其主要由一个电阻，一个按键及电容组成，然后与单片机的RST引脚相接，高电平有效。当按键被按下时，可以使单片机初始化，完成最小系统的复位。3.3报警控制电路报警控制电路如图3-3所示。图3-3报警控制电路原理说明：当三极管Q2的基极高电平时，Q2导通，三极管Q1基极获得低电平，Q1截止，报警电路开路不作用。当三极管Q2的基极低电平时，Q2截止，三极管Q1基极获得高电平，Q1导通，报警电路闭合作用，蜂鸣器发出声音3.4继电器开锁电路继电器开锁电路如图3-4所示。图3-4继电器电路原理说明：当三极管Q4的基极高电平时，Q4导通，三极管Q3基极获得低电平，Q3截止，继电器开锁控制回路开路，继电器不动作。当三极管Q4的基极低电平时，Q4截止，三极管Q3基极获得高电平，Q3导通，继电器开锁控制回路闭合，继电器开锁动作3.5矩阵键盘设计由于按键都需要通过接口电路与单片机相连才能正常工作，而在本次设计中，我们需要使用大量的按键，加之一个单片机的引脚口是有限的。因此，我们需要把按键组成4x4键盘的形式，如图3-4所示，就可以大大减少单片机接口的使用。图3-54x4矩阵键盘矩阵键盘也可以称为行列式键盘。在本设计中，行输出口与单片机P1.0~P1.3相接,列输出口与单片机P1.4~P1.7相接。键盘初始时，其行输出与列输出的电平不同，当按键被按下时，行输出与列输出相连，电平一致，单片机收到信号并作出相应的动作。3.6RC522模块RC522属于高集成读写卡芯片中的一个，常常被用在13.56MHz免触式通讯过程中，是一款低电压，低成本，小体积的免触读写卡芯片[18]。驱动卡和天线之间的通信可以通过内部的发射器完成。它与主机之间的通信方式主要是串行通信，他可以根据不同的用户需求，选择不同的接受形式，如串行外设接口、I2C或串行通用异步接收等，这样也使系统布线更简单，减少PCB面积，降低产品成本。由于Protues软件没有RC522模块，其仿真就无法进行，而此模块的工作电压为3.3V。故在此软件中，我只能进行其电源模块的设计，原理图如图3-6所示图3-6刷卡供电电路第4章系统软件设计应用系统功能的实现，单单依靠一个硬件系统是不可能的，它还要依靠合理的软件系统才行。特别是在今天如此发达的计算机应用中，许多需要硬件完成的工作可以被软件编程所取代。即使对于一些需要非常复杂硬件的工作，软件编程也使工作更容易。因此，这种设计不仅需要我们了解硬件的使用，而且需要我们使用C语言和结构化编程方法对流程图进行编程。4.1软件设计流程图本设计主程序流程图如图4-1所示4-1软件主程序流程图由图可知，本设计开锁功能的实现主要通过两种方式，一种是密码输入，另一种是刷卡。当用户使用刷卡时，在射频感应区有卡，该系统就会进入刷卡子程序，判断该卡是否合理，合理显示卡号并继电器动作开锁；当用户使用密码输入时，首先需要按下设置键，系统就会进入密码输入子程序，验证密码是否正确，正确继电器动作开锁，若密码输入次数超过3次时，键盘就会被锁死。4.2部分程序设计4.2.1键盘扫描程序扫描子程序是矩阵键盘必不可少的，它至少具有2个基本功能：(1)能判断是否有键按下；(2)能确定是哪个键被按下。其软件设计主要通过三步来现实：（A）判断键盘是否有按键被按下。方法是先将所有的行输出键设置为低电平，然后读取列输出键的数值。如果列输出键的数值均为低电平，则说明有键被按下了，否则说明没有键被按下。（B）识别按键被按下的的位置。方法是“行—行”扫描法，即一行、一行的对键盘进行扫描，行输出键设置为低电平，然后读取列输出键的值。假如列输出键的数值有低电平的存在，则这一行有键被按下，否则，接着扫描下一行，直至扫描到列输出键数值有低电平存在为止。（C）查询键值表，以此确定各按键对应的功能。键盘扫描程序的流程图如图4-2所示：图4-2键盘扫描程序流程图在实际应用中，按键的抖动可能会导致按键按下1次被当作2次或者2次以上来处理，为了防止这种情况的发生，就要进行按键消抖程序的设计。常用的方法是当有键按下时，通过设计一个延时函数来延迟一段时间后再判断是否还有键被按下，如果还有，那么按键输出有效；否则，返回子程序重新扫描。在此设计中，数字键0~9对应输入数字0~9，功能键A键是改密码键，B键是键位闭锁键，C键密码输入键、D键、E键和F键闲置不用。4.2.2液晶显示程序在本次设计中要求通过多个子程序来显示时钟界面、密码输入界面、密码正确或刷卡提示界面、密码错误提示界面及修改密码界面等信息。由于这些显示信息的子程序设计原理是相似的，所以只要掌握一个子程序在LCD1602各个指令的使用就可以了。LCD1602显示程序流程图如图4-2所示。图4-2显示程序流程图4.2.3密码输入子程序用户使用密码输入开锁时，每输入一位密码显示器就会显示一个“*”号，并且将该密码保存下来，当输入的密码达到4位时，这些保存的密码就会与事先存储在外部存储器的密码进行比较，若输入密码与存储器密码一致，则开锁；否则，需要重新输入。图4-5是密码输入子程序流程图图4-3密码输入流程图4.2.3读卡器程序设计读卡器软件编程协需要实现RFID卡的防冲突程序、读写程序以及对卡片数据块的操作等功能[19-21]。读卡程序设计的过程主要是读卡器初始化后，在射频区读卡的有效范围内，如果检测到有Mifare卡进入，则读卡程序按照相应的顺序启动防冲突程序、认证程序、读写程序。读卡器程序流程图见图4-3所示。图4-3RFID读卡过程流程图第5章系统仿真5.1Keil软件5.1.1Keil软件的介绍Keil编程软件是一种专门为开发51系列的单片机而创造的编程工具，它的开发公司是美国的KeilSoftware公司，其编写的程序可以与Protues联合进行仿真分析和程序检查。同样拥有着丰富的函数库，可以完成绝大多数子函数的使用。Keil编程软件基本采用C语言进行编程。它与汇编相比，在结构性、可读性、功能性、可维护性上具有更好的优势，并且通俗易懂，因此，它成为了如今最受欢迎的编程语言之一[22]。5.1.2Keil软件的使用打开已经安装好的Keil软件，打开后需要我们建立一个新工程文件，如图5-1所示。图5.1Keil建立工程建立好工程后，会出现单片机选型界面，如图5-2所示。本设计中采用的是Atmle公司里的AT89C51芯片。图5-2选择所用芯片接着，我们需要建立一个写入C语言的文件，用它来进行相关程序的编程，如图5-3所示:图5-3Keil建立C文件C文件添加完成以后，由于我们的单片机只能识别我们的二进制代码，所以我们需要输出一个hex文件，如图5-4所示。图5-4Keil设置输出文件设置好这些属性后，我们就可以在C文件进行相关编程，完成编程后，对工程进行保存和编译，如图5-5所示。当编译完成以后，如果后面出现了0错误、0警告就代表我们大功告成了。图5-5Keil编译5.2Proteus软件5.2.1Proteus软件的介绍Proteus是如今对单片机仿真应用最为广泛的仿真工具。他不仅可以仿真51系列、AVRPIC的单片机，也可以用于MCU及其外围电路(如马达，LED,LCD,RAM,ROM,键盘，部分IIC器件部分)[23-24]。Proteus除了可以对属于单片机部分的系统电路进行仿真，还可以对不属于单片机系统的电路进行一定的仿真分析，因此，它的适用范围十分广泛。5.2.2Proteus软件的使用进入Proteus的主界面，首先点击NewProject建立一个新工程。在该工程中，找到p命令，然后再输入关键词来寻找所需的器件，如图5-6所示图5-6寻找器件过程图然后，在pickdevices窗口中选择设计自己需要的器件，把器件合适的位置，并设置它的参数。接下来是各个器件与单片机进行连接，其有两种方式连接，方式一，直接使用连接线相连即可；方式二，使用引脚线标号的形式相连，本设计大部分采用了方式二，这样可以让原理图更加简洁、明了。之后，进行程序的下载。可以直接鼠标左键双击单片机，在弹出的界面点击ProgramFile选择已经编程好的的程序，点击确认后程序下载完成。接着运行仿真即可，如图5-7所示图5-7程序下载、仿真运行图5.3系统仿真结果本设计我们是基于单片机的，故采用Proteus来进行相关的仿真，其仿真结果如图5-6所示。图5-6门禁系统仿真运行图本次设计的门禁系统仿真主要是密码锁的仿真。在输入密码确认键不被按下时，显示器显示实时时间“年-月-日；星期；时：分：秒”在密码输入键被按下时，进入密码输入子程序,显示“EnterPassword”。若输入密码正确，显示“Welcome!”并开锁，若密码错误，显示“Error!”，当密码输入错误超过3次时将显示“Lock!”，键盘就会被锁住并Lock灯亮。若修改密码键被按下，进入修改密码操作，显示输入旧密码“OldPassword”如果输入旧密码正确，则显示输入新密码“NewPassword”设置LED灯亮且密码修改完成。若旧密码输入错误，显示“Error!”同样密码错误超过3次后，键盘被锁住。第六章总结与展望6.1总结岁月如梭，几个月的时间转眼即逝，毕业设计也跟着进入了尾声，回忆起这一段时光，心中感受颇多。在完成此次毕业设计的过程中，可以说是困难重重，无论是选题时的无奈，还是编程时的迷惑，都让我感慨万分。遥想当初选题之时，我本想选择PLC相关的课题的，但是由于我的犹犹豫豫导致错过许多选题，最后只能无奈地选择了我曾经学习过的单片机设计。常言道：“万事开头难”。在设计之初，我想通过课本的知识应该能够完成这个设计，但我发现是我太异想天开，通过这些知识是不可能完成设计，然后我突然觉得毕业设计是有点难，想象即使给我一年我都做不完。后来慢慢尝试做时，发现它也并没有想象中的困难。在这次设计当中给我最大阻力的是使用C语言编程，由于我对编程学习的知识很少，所以我基本上不知道如何通过编程来实现我需要的功能。后来通过大量浏览许多书籍以及网上相关论文才使我明白这些功能的解决方法。总的来说，通过这次毕业设计让我明白了自己的不足之处，补足了之前我对软件编程知识的欠缺，同样通过自己慢慢的解决在设计过程中遇到的问题，让我懂得了努力的重要性，只要自己付出的努力足够多，就没有解决不了的问题。此外，本设计也使我巩固了之前学习过的相关知识，扩展了我的知识面。本课题综合应用了《数字电子技术基础》、《电路》、《C程序设计》、《单片机原理及应用》等课程知识，解决了小区监控系统中相关复杂工程问题，具体体现在：刷卡电路功能实现方案的多样性，经过深入的分析比较后得出了本课题的设计方案；本设计涉及多方面的技术，综合应用了单片机、电路、C语言程序等相关技术；本系统的设计需要把单片机和读卡器的特点综合利用，具有一些综合性；系统设计中存在成本与可靠性之间的冲突，该课题结合工程实际，设计了基于单片机的小区门禁系统。6.2展望虽然本次设计的课题功能已经基本实现，但是也存在着一些问题，也说明设计的功能还有一定的上升空间。（1）蜂鸣器问题在这次的设计中，蜂鸣器经常的出现无法发出声音的情况，经过多次检查也没有发现这个问题的原因，最后只能使用LED灯来替代其操作的仿真。（2）刷卡模块问题在设计中，我们使用了Protues软件对系统进行仿真，但是由于该软件并没有RC522读卡器的模块，故我们无法进行其相关操作的仿真。（3）仿真结果卡顿问题在仿真进行运行时，可能由于程序的编写问题或者仿真软件自身问题，时常导致仿真显示的结果不连续。6.3毕业要求指标点达成情况分析毕业要求指标点达成情况如表6.1所示表5-1毕业设计达成毕业要求指标点情况自评表毕业设计教学大纲的能力指标点本毕业设计对该项能力指标点的具体体现（面向复杂工程问题特征点，分析课程设计说明书中是如何体现该项指点的，要求给出对应的章节、页码，有据可查）学生自评（满分为10分）3.1能够根据用户需求，确定针对自动化领域复杂工程问题的设计目标。6.1熟悉自动化相关工程背景知识。6.2能够从社会、健康、安全、法律以及文化等方面对自动化工程实践及其解决方案进行合理性分析。6.3能够评价自动化工程实践和复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律及文化的影响，并理解应承担的责任。7.1能够理解自动化工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.2能够评价针对复杂工程问题的自动化工程实践对环境、社会可持续发展的影响。8.2在工程实践中体现良好的人文社会素养，具有较强的工程职业道德和规范意识，履行责任。10.1能够就复杂工程问题的解决方案、过程与结果，与业界同行及社会公众进行交流，通过书面报告和口头陈述清晰地表达个人观点。10.2具备一定的外语运用能力，通过阅读国内外技术文献、参加学术讲座、学生互访等环节，理解不同文化、技术行为之间的差异，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。11.1理解自动化相关工程活动中涉及的经济与管理因素，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2能够在