自動化基于PLC的門禁系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

目錄20659摘要 131432關(guān)鍵詞 122528Abstract 16241Keywords 120436引言 3321681概述 3322161.1門禁系統(tǒng)的發(fā)展 335041.2門禁系統(tǒng)的功能 4257551.3門禁系統(tǒng)的分類 4259742門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與總體分析 5182412.1門禁系統(tǒng)的構(gòu)成 5218162.2門禁系統(tǒng)工作過程的硬件實現(xiàn)框圖 5122852.3門禁系統(tǒng)工作的軟件流程圖 6301163門禁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 6140743.1IC卡的讀寫 6162643.1.1IC卡的種類和特點 6301713.1.2讀卡器 74813.2電控鎖 8133123.3傳感器 8126683.4門禁控制器 9312813.4.1門禁控制器的功能 998623.4.2門禁控制器的總體設(shè)計 9287663.4.3PLC的選擇 10163193.4.4PLC的I/O端口分配 11160163.4.5門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計圖 12246254系統(tǒng)軟件的設(shè)計 12128694.1程序梯形圖 1291034.2軟件調(diào)試 15132625總結(jié) 1618095致謝 1713151參考文獻(xiàn)： 18PAGEPAGE18基于PLC的門禁系統(tǒng)設(shè)計摘要：門禁系統(tǒng)就是對各種通道權(quán)限的管理。隨著人們生活水平的不斷提升，安全也成為了大眾關(guān)注的焦點，所以有了門禁系統(tǒng)的產(chǎn)生。近幾年，門禁系統(tǒng)飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了指紋識別、無線識別、生物識別等高端技術(shù)。本設(shè)計由IC卡、讀卡器、施耐德可編程控制器、電控鎖和傳感器這些硬件設(shè)備構(gòu)成。用戶進出系統(tǒng)需按等級加以區(qū)分，故軟件設(shè)計時將進出方式分為三個等級：IC卡，IC卡+密碼，IC卡+密碼+鑰匙。本設(shè)計還增加了紅外報警功能和消防功能。主要實現(xiàn)的是進出通道權(quán)限、進出通道方式和異常報警這些功能。關(guān)鍵詞：PLCIC卡傳感器DesignofAccessSystemBasedonPLCAbstract：Accesscontrolsystemistomanagethevariouschannelsofauthority.Aspeople'slivingstandardsrising,securityhasbecomethefocusofpublicattention,ithasgeneratedaccesscontrolsystem.Inrecentyears,therapiddevelopmentofaccesscontrolsystems,theemergenceoffingerprintidentification,RFID,biometricsandotherhigh-endtechnology.ThedesignconsistsofanICcardreader,Schneiderprogrammablecontrollers,electriclocksandsensorsthesehardwaredevices.Useraccesstothesystemlevelbasishavingtopartitionoutofthewaysothesoftwareisdividedintothreelevelsdesign:ICcard,ICcardwithapassword,ICcardwithapasswordpluskey.Thisdesignalsoaddsaninfraredalarmandfire-fightingcapabilities..Themainaccessroutestoachievethepermissions,accesschannelmodeandalarmfunctionabnormalities.Keywords：PLC;ICcard;sensor

引言為了跟上信息時代的腳步，維護社會財產(chǎn)的安全，滿足用戶對于安全的不同需求，門禁系統(tǒng)便產(chǎn)生了。門禁系統(tǒng)不僅給管理人員提供了更加安全便捷的管理模式，也給使用者帶來了更便捷體驗。為此，本文研究一種基于PLC技術(shù)的門禁系統(tǒng)。適用范圍為：智能辦公樓、政府辦公機構(gòu)、醫(yī)院、智能小區(qū)、供電局變電站和電信基站。門禁系統(tǒng)在近幾年來都有著突飛猛進的變化，出現(xiàn)了智能卡識別、生物識別、無線門禁等一系列高端技術(shù)，在便捷性和安全性方面也有了很大的突破。本次設(shè)計主要是基于PLC可編程控制器的一種設(shè)計，利用讀卡器、控制器、傳感器、電磁鎖、識別卡等其他設(shè)備構(gòu)成，實現(xiàn)了多級別區(qū)分功能，報警功能，消防功能等[1]。設(shè)計實現(xiàn)的過程是先軟件測試，軟件測試合格后再進行硬件與軟件結(jié)合調(diào)試，如果時序方面沒有問題控制器就能正常工作，即可以實現(xiàn)門禁控制器的各項功能。門禁系統(tǒng)設(shè)計的完成有利于提高社會的安全性和便捷性。1概述本文研究一種基于PLC技術(shù)的門禁系統(tǒng)。適用范圍為：智能辦公樓、政府辦公機構(gòu)、醫(yī)院、智能小區(qū)、供電局變電站和電信基站。門禁控制系統(tǒng)的基本系統(tǒng)組成：卡+密碼+鑰匙+讀卡器+控制器+電控鎖+傳感器開關(guān)門機構(gòu)；在這個基礎(chǔ)之上又添加了防盜報警系統(tǒng)，運用各種方法使其成為一個封閉的安全環(huán)境。通過不同的編程，進出人員根據(jù)身份級別的不同，使用不同的開門方式，例如：卡，卡+密碼，卡+密碼+鑰匙方式中的一種或幾種。主要實現(xiàn)的是進出通道權(quán)限、進出通道方式和異常報警這些功能。1.1門禁系統(tǒng)的發(fā)展門禁系統(tǒng)在市場上發(fā)展很快，出現(xiàn)了很多新技術(shù)，例如人體特征識別（生物識別），手機一卡通，無線控制門禁之類的，它們各有所長，安全性和便捷性也有了非常大的提高，并且出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，可以算得上是無處不在，這也標(biāo)志著門禁系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。門禁系統(tǒng)近幾年開發(fā)的新技術(shù)：（1）手機一卡通發(fā)展蓬勃最先崛起的是手機一卡通這種新技術(shù)，歷時一年多的發(fā)展，手機一卡通在門禁領(lǐng)域也稱得上是家喻戶曉，至此人們的需求也更加多樣化。（2）生物識別技術(shù)發(fā)展迅猛生物識別技術(shù)是繼手機一卡通之后又一新的時代，經(jīng)過手機一卡通之后，人們將最新的科技與需求相結(jié)合便產(chǎn)生了生物識別技術(shù)。生物識別技術(shù)顧名思義就是生物體特征的識別，例如人臉識別，指紋識別，掌紋識別之類的，這項技術(shù)將門禁帶入更高一層領(lǐng)域，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。（3）無線門禁技術(shù)日漸成熟無線門禁系統(tǒng)的問世超越了人們對門禁的認(rèn)識，以前人們普遍認(rèn)為必須有實物接觸才能實現(xiàn)開門，無線門禁利用了當(dāng)今最智能化的無線物聯(lián)網(wǎng)，可以通過藍(lán)牙、GPS、FSK等方式傳輸，更加提高了門禁系統(tǒng)的安全性，這也是現(xiàn)在做的最為成熟的一種門禁系統(tǒng)。以上三種門禁可以說是代表了門禁發(fā)展的過程，將門禁系統(tǒng)又一個少見的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展壯大為無所不在的必備工具，這也意味著好的科技產(chǎn)品終究會被大眾認(rèn)可，這也激勵著人們不斷的開發(fā)創(chuàng)新[2]。圖1.１門禁系統(tǒng)圖1.2門禁系統(tǒng)的功能（1）由于不同用戶加密程度不同，為此按用戶等級將開門方式分了以下幾種：級別一：級別1IC卡號+密碼+鑰匙=開門一次（10s后自動關(guān)閉）級別二：級別2IC卡號+密碼=開門一次（10s后自動關(guān)閉）級別三：級別3IC卡號=開門一次（10s后自動關(guān)閉）（2）門窗、消防和報警這些狀態(tài)在總控室有指示燈提示。（3）當(dāng)有人非法闖入門禁系統(tǒng)時，系統(tǒng)能立刻報警，并且只有當(dāng)總控室工作人員按下解除報警按鈕時報警才能停止。（4）當(dāng)系統(tǒng)有消防事宜發(fā)生時，處于中央控制室中控制人擁有打開所有門窗且進行系統(tǒng)報警的權(quán)利。1.3門禁系統(tǒng)的分類門禁系統(tǒng)的分類按進出識別方式可分為以下三大類：1．密碼識別：通過判斷輸入密碼的有效性來判斷該用戶的進出權(quán)限。密碼鍵盤有兩種：一種是普通型，另一種是亂序型。（1）普通型：優(yōu)點：成本低，操作方便，無須攜帶卡片。缺點：最多只能同時存儲三組密碼，保密性低；不能存儲進出記錄，只能單向操作。（2）亂序型：優(yōu)點：安全性好，操作簡單，使用方便易懂。缺點：保密性能低，無法存儲進出記錄；單向操作；價錢昂貴。2．卡片識別：通過讀取卡片信息來判別進出方式權(quán)限，卡片有普通讀卡器和射頻卡[3]。（1）磁卡：優(yōu)點：一人一卡，安全性能一般；可以聯(lián)機，有進出記錄；成本較低。缺點：卡片和設(shè)備會出現(xiàn)磨損，使用有效時間較短；不容易實現(xiàn)雙向控制；而且卡片可以復(fù)制?？ㄆ畔⒂挚赡軙霈F(xiàn)消磁，而使卡片無效。（2）射頻卡：優(yōu)點：卡片和設(shè)備不需要接觸，更加便捷；壽命較長，最少可以使用5年以上；保密性好，雙向控制聯(lián)機查詢進出記錄；安全性好，無需擔(dān)心被拷貝。缺點：成本偏高。3．生物識別：進出方式權(quán)限通過檢測人體生物體征來判別。例如指紋、人臉識別等。優(yōu)點：從識別角度來說安全性能相當(dāng)好；不需要攜帶卡片。缺點：價格昂貴，對識別者和識別者周圍環(huán)境要求較高，導(dǎo)致識別效果不好，例如識別者的面部變化會導(dǎo)致識別失敗。人們對生物識別門禁有一些誤區(qū)，都認(rèn)為門禁中最安全的是生物識別門禁，其實不然，門禁系統(tǒng)的安全性能包括通訊系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和識別系統(tǒng)這些系統(tǒng)的安全，所以不能僅有識別性高就說這類系統(tǒng)安全性能高，幾大系統(tǒng)其中一個出現(xiàn)問題，整個系統(tǒng)都存在安全隱患[4]。2門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與總體分析2.1門禁系統(tǒng)的構(gòu)成門禁系統(tǒng)的基本構(gòu)成：由識別卡、讀卡器、控制器、電控鎖和傳感器等組成。（1）讀卡器：主要用于讀取IC卡里的信息。根據(jù)卡的種類不同，讀卡器也分多種類型，例如在一些高級場所和機要處的出入口，可以用生物識別來作為終極識別裝置，這是將來的發(fā)展方向。（2）控制器：主要用于判別信息的有效性并發(fā)出指令。控制器是整個門禁系統(tǒng)的核心，它由一臺微處理機和一些外圍電路構(gòu)成。由控制器來判斷某卡的信息是否正確，以及該卡的級別，信息正確后電控鎖即可打開[5]。（3）電控鎖：主要負(fù)責(zé)門的開關(guān)。電控鎖根據(jù)應(yīng)用場的合不同，分為電插鎖，陰極鎖，磁力鎖等幾大類型。（4）識別卡：主要用于存儲用戶信息。識別卡的種類有兩種，非接觸卡和接觸卡。非接觸卡有加密卡、存儲卡和CPU卡，接觸卡有記憶卡，CPU卡，超級智能卡。現(xiàn)在用得最多的是IC卡和CPU卡。（5）傳感器：主要用于檢測非用戶進入。傳感器感應(yīng)被測量，將其信息轉(zhuǎn)換成別的形式輸出，例如電信號，這樣可以實現(xiàn)信息的顯示、處理功能。2.2門禁系統(tǒng)工作過程的硬件實現(xiàn)框圖門禁系統(tǒng)的工作過程是：持卡人通過刷卡，設(shè)備上的讀卡器將卡里存儲的信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)信號，并轉(zhuǎn)遞給門禁控制器，門禁控制器作為系統(tǒng)的中心，將信號做出判斷分析，之后將其傳遞給各個系統(tǒng)，再由各系統(tǒng)做出相應(yīng)的動作。硬件框圖如圖2.1。IC卡IC卡讀卡器PLC紅外探測器報警系統(tǒng)顯示系統(tǒng)門開關(guān)系統(tǒng)窗震動系統(tǒng)圖2.1門禁系統(tǒng)硬件框圖2.3門禁系統(tǒng)工作的軟件流程圖根據(jù)具體要求加上實物的查看，系統(tǒng)能實現(xiàn)的是：（1）開始時檢查門窗是否打開，若打開則關(guān)閉門窗，關(guān)閉門窗燈亮，關(guān)上后燈滅。（2）按下消防按鈕時實現(xiàn)消防與報警燈全亮，門窗打開，按下報警解除按鈕時門窗全部關(guān)閉。（3）實現(xiàn)3種不同權(quán)限IC卡以不同方式的開門。（4）若強制開門，則視為非法入侵，則報警燈亮，解除后全滅。（5）門正常打開并且完全打開后定時10s門自動關(guān)閉。NYYYYYYYNNNNNN開始門窗位于關(guān)閉狀態(tài)？消防信號=0？報警信號=0？ID信號等級1=1？NYYYYYYYNNNNNN開始門窗位于關(guān)閉狀態(tài)？消防信號=0？報警信號=0？ID信號等級1=1？鑰匙信號=1？開門，10S后關(guān)門初始復(fù)位門窗消防指示燈點亮，門窗開，報警！報警燈點亮，報警！ID信號等級1=2？ID信號等級1=3？密碼信號=1？Y開始圖2.2程序流程圖3門禁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1IC卡的讀寫3.1.1IC卡的種類和特點IC卡的分類：（1）存儲卡：IC卡內(nèi)部采用的是可編程可擦除的EEPROM[6]。這類IC卡是同步通信的方式，為非主動型IC卡，不僅使用方便，而且價格相對實惠，市場上大多采用這類IC卡。但是也有不足之處，它的保密性不如其他IC卡，所以只用于簡單的信息存放。（2）邏輯加密卡：這類IC卡不僅有之都存儲功能，而且還擁有邏輯加密功能，此卡不能輕易打開，必須要輸入密碼才行。如果有非法盜用者想通過多次輸入密碼獲取該信息，此IC卡將會自動封存此段信息。所以相對來說此類卡安全性能較高，價格也不貴。（3）CPU卡：CPU卡內(nèi)部包含了三個主要的單元，即輸入輸出單元、存儲單元和微處理單元。CPU卡和邏輯加密卡一樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有非法行為時，將自動鎖死該單元，不讓非法者有可乘之機。這類卡是安全性能最高的卡，所以占據(jù)了大部分的市場，也是將來IC卡市場的主導(dǎo)[7]。IC卡的特點：IC卡即為智能卡。它和其他磁卡不同之處為，卡片內(nèi)有一塊刻有存儲大量數(shù)據(jù)的微型集成芯片，優(yōu)點是安全保密性強、信息容量大、使用壽命長，結(jié)算和受理速度快。3.1.2讀卡器讀卡器顧名思義這是一種讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備，但其不單單可以支持?jǐn)?shù)據(jù)的讀取同樣支持?jǐn)?shù)據(jù)的寫入。其初期的設(shè)計思路主要是為了彌補數(shù)碼相機數(shù)據(jù)輸出的缺陷而產(chǎn)生的。由于早期USB接口并不普及，因此數(shù)碼相機的輸出口都是同電腦的串口連接的，由于串口的數(shù)據(jù)傳輸速度很低，如果把這些數(shù)據(jù)拷貝到硬盤上，那就要花費大量的等待時間了，因此，讀卡器就應(yīng)運而生了。（1）讀卡器的構(gòu)成：標(biāo)簽：標(biāo)簽是目標(biāo)對象唯一識別的智能編碼，由多種元件組成，存在于物體表面。閱讀器：閱讀器分為兩種，一種是固定不動的，一種是手控的，同樣存在于物體表面[8]。天線：是一種傳遞信號的設(shè)備。讀卡器由鍵盤、單片機、監(jiān)控電路等部分組成。將信息芯片封裝在IC卡中，將該卡插入IC卡讀寫器的卡座中，讀卡器便能對它進行讀取。IC卡座有多個引腳，當(dāng)IC卡插入時，芯片與里面引腳相連。另外讀卡器有兩個端口與簧片連接，這樣簧片和端口就相當(dāng)于一個常閉的開關(guān)。當(dāng)卡插入時，簧片被頂開；當(dāng)卡未插入時，簧片閉合[9]。（2）讀卡器的工作過程：D1讀卡器作為一個中間傳媒工具，將IC卡里的信息讀取出來傳遞給接收器再由接收器傳遞給微機處理器，由微機處理器判斷卡信息的有效性，再將判斷結(jié)果通過通信接口反饋給控制裝置，使控制裝置做出相應(yīng)動作。D1門禁控門禁控制器地址轉(zhuǎn)換讀卡器D0D012V12VGNDGNDBEEPERBEEPER圖3.1門禁控制器和讀卡器的連接開始NY開始是否有上電、復(fù)位讀取IC卡上數(shù)據(jù)完成？開始NY開始是否有上電、復(fù)位讀取IC卡上數(shù)據(jù)完成？開始讀時鐘芯片命令字讀數(shù)據(jù)到指定地址。完成？開始進行密碼數(shù)據(jù)比較合法？發(fā)信號，允許開門警告程序下電NNYY圖3.2IC卡與讀卡器信息交換原理圖3.2電控鎖電控鎖是由電磁鐵和一些機械裝置開關(guān)構(gòu)成，并無復(fù)雜的程序，只是通過一些簡單的指令控制磁鐵動作。當(dāng)控制失效時，需先測量經(jīng)過電磁鐵的電壓，并且關(guān)閉磁門，觀察通過的電壓是否產(chǎn)生變化，如果變化產(chǎn)生而磁鐵不動作，則說明磁鐵控制出現(xiàn)問題，可以更換相應(yīng)部件。電控鎖也有軟件部分，軟件部分與控制中心連接，它的作用是記錄信息。一般控制輸出電壓由繼電器控制輸出。首先看繼電器是否有吸合聲，如沒有，可測量繼電器控制接口各部分電壓和驅(qū)動器件是否損壞，如完好，可進一步測量有關(guān)集成電路的工作電壓，復(fù)位端口及時鐘振蕩部分，如無問題，一般為軟件故障，這只能和開發(fā)商聯(lián)系[10]。3.3傳感器主要用于檢測非用戶進入。傳感器感應(yīng)被測量，將其信息轉(zhuǎn)換成別的形式輸出，例如電信號，這樣可以實現(xiàn)信息的顯示、處理功能。本設(shè)計的紅外探測裝置采用的是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)用場效應(yīng)管來實現(xiàn)阻抗的轉(zhuǎn)換。因為輸入信號不能直接識別，是電荷信號，所以要利用電阻來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。N溝道場效應(yīng)管的添加也是為了實現(xiàn)阻抗的轉(zhuǎn)換。熱釋電紅外傳感器由三部分構(gòu)成，即干涉濾光片、傳感探測元件和場效應(yīng)管。利用此傳感器時，需將該材料做成一定厚度的薄片。選擇此傳感器是因為本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉[11]。圖3.3電控鎖和傳感器3.4門禁控制器3.4.1門禁控制器的功能（1）門禁控制器的復(fù)位門禁系統(tǒng)的復(fù)位方式有三種：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位和系統(tǒng)遙控復(fù)位。（2）持卡人及門的管理門禁控制器可以完成對識別卡的分類，監(jiān)視識別卡狀態(tài)，持卡人的管理，對持卡人劃分級別，檢測門的開關(guān)狀態(tài)，控制碼的屬性和出入門方式。（3）事件管理事件分為讀卡引發(fā)的事件和非讀卡引發(fā)的事件兩種。（4）系統(tǒng)通信門禁控制器的通信方式是通過RS232/RS485總線方式由上位機控制以太網(wǎng)加載。（5）電源管理電源連續(xù)工作是門禁控制出入口最大的特點，所以門禁控制器具有自動充電功能和備用電池。（6）指示和提示門禁控制器將系統(tǒng)的所有狀態(tài)和讀卡器的反饋結(jié)果做出提示。3.4.2門禁控制器的總體設(shè)計門禁控制器是整個系統(tǒng)的核心，每一個子程序都擁有不同的ID號。在門禁系統(tǒng)開始工作前，控制器通過信道各子系統(tǒng)傳輸相關(guān)信息，包括所有設(shè)備的控制連接情況，使用人信息，允許時間，通行方式等?？刂浦行碾S時處于待命狀態(tài)，待有人刷卡時，讀卡器獲取卡里的信息，將此信息通過信道傳遞給控制中心，控制中心根據(jù)儲存的信息判斷卡的有效性，再將結(jié)果傳遞給相應(yīng)的子系統(tǒng)，再由子系統(tǒng)做出相應(yīng)的動作，同時系統(tǒng)會記錄此次事件。報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)顯示系統(tǒng)門開關(guān)系統(tǒng)窗震動系統(tǒng)PLCCPUIBAAC-08控制器紅外探測裝置圖3.4門禁控制器的框架圖3.4.3PLC的選擇PLC即為可編程控制器（ProgrammableLogicalController）。它是一個集數(shù)字電子科技和微處理器為核心的一個裝置，用于工業(yè)和生活個類系統(tǒng)的設(shè)計，有可編程存儲器構(gòu)成，可實現(xiàn)多種算法，例如邏輯運算，算數(shù)運算，順序運算等，這些都是由內(nèi)部一個個指令完成，這些指令通過輸出口龍之各類系統(tǒng)運作過程。PLC是繼電控制器和計算機相結(jié)合的一項產(chǎn)物，完美的結(jié)合了微處理器與繼電控制器的優(yōu)點[12]，使電氣維修人員的作業(yè)更加便捷，但是也存在一些缺點，例如運用不普遍，功耗高，觸點復(fù)雜等，它的程序編制用的是繼電器梯形圖和PLC專用程序而非計算機編程語言，所以指令更加簡單易懂，運用也方便快捷。用戶買到PLC后可按照說明書使用PLC編程靈活的改變其中一些功能，使其設(shè)計更加人性化，所以選用PLC使門禁系統(tǒng)的設(shè)計更加便捷易懂?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)：PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。輸入模塊輸出模塊輸入模塊輸出模塊CPUCPU模塊按鈕接觸器選擇開關(guān)電磁網(wǎng)限位開關(guān)指示燈電源電源編程裝置編程裝置圖3.5PLC組成原理示意圖（1）CPU模塊CPU是可編程控制器的核心又叫中央處理單元，主要構(gòu)成是微機處理器和存儲器。CPU模塊利用輸入輸出接口、程序、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，再將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。（2）I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)與外部設(shè)備連接的橋梁，它的端口分配直接決定該系統(tǒng)的功能。輸入魔款的作用是接受采集信號，輸入信號一般有兩種，一種是開關(guān)量輸入信號，例如限位開關(guān)、按鈕、光電開關(guān)、壓力繼電器等；另一種是模擬輸入信號，例如熱電偶、發(fā)電機、變送器、電位器等?？删幊炭刂破魍ㄟ^輸出模塊控制電磁閥、調(diào)節(jié)閥、接觸器、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等[13]。（3）電源可編程控制器通常用220V交流電源的內(nèi)部直流穩(wěn)壓電源作為模塊內(nèi)的直流電壓組件。（4）編程器PLC的外部編程設(shè)備是編程器，PLC的工作情況可通過編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示來完成。也可以通過專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來，并利用編程軟件進行電腦編程和監(jiān)控。（5）輸入/輸出擴展單元I/O擴展接口同擴展外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元相連，同時與基本單元（即主機）連接在一起。（6）外部設(shè)備接口此接口可將外部設(shè)備與主機相聯(lián)來完成系統(tǒng)中相應(yīng)的操作。本設(shè)計選用施耐德公司TWDLCAA40DRF型號的主機。輸入點數(shù)為24，輸出點數(shù)為16。3.4.4PLC的I/O端口分配I/O端口是外部系統(tǒng)與CPU連接的橋梁，有輸入信號和輸出信號，根據(jù)門禁系統(tǒng)要求實現(xiàn)的各項功能，繪制出了本設(shè)計的I/O端口分配表表3.1I/O端口分配I0.0IC1IC卡信號1I0.1IC2IC卡信號2I0.2密碼A用戶密碼信號AI0.3密碼B用戶密碼信號BI0.4密碼C用戶密碼信號CI0.5密碼D用戶密碼信號DI0.6門開門開限位信號I0.7門關(guān)門關(guān)限位信號I1.0窗開窗開限位信號I1.1窗關(guān)窗關(guān)限位信號I1.2報警紅外對射機構(gòu)報警信號I1.3解除報警中央控制室人員手動解除報警I1.4鑰匙用戶鑰匙信號I1.5消防中央控制室人員控制進入“消防狀態(tài)”Q0.2開門系統(tǒng)開門輸出Q0.3關(guān)門系統(tǒng)關(guān)門輸出Q0.4開窗系統(tǒng)開窗輸出Q0.5關(guān)窗系統(tǒng)關(guān)窗輸出Q0.6報警系統(tǒng)報警輸出Q0.7消防指示系統(tǒng)進入消防狀態(tài)時，消防燈點亮3.4.5門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計圖根據(jù)I/O端口分配表連接系統(tǒng)電路圖3.6。I0.0可Q0.0I0.1編Q0.1I0.2程I0.3控Q0.2I0.4制Q0.3I0.5器I0.6Q0.4I0.0可Q0.0I0.1編Q0.1I0.2程I0.3控Q0.2I0.4制Q0.3I0.5器I0.6Q0.4I0.7Q0.5I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5開門ID1開門關(guān)門ID2關(guān)門開窗密碼A開窗密碼B關(guān)窗密碼C關(guān)窗密碼D門開報警門關(guān)消防窗開窗關(guān)報警解除鑰匙消防圖3.6系統(tǒng)電路原理圖4系統(tǒng)軟件的設(shè)計本設(shè)計采用的是施耐德公司的TWDLCAA40DRF系列的可編程控制器。選用施耐德公司的控制器是因為大多門禁系統(tǒng)都采用的是施耐德公司的可編程控制器，再加之此系列控制器編程語言簡單易懂，且電路連接沒有那么復(fù)雜，它匯集了施耐德可編程控制器的所有功能。根據(jù)門禁系統(tǒng)控制要求、硬件設(shè)計的情況和I/O端口的分配進行軟件編程設(shè)計，該編程必須符合門禁系統(tǒng)所要求是實現(xiàn)的所有功能。在軟件設(shè)計中，首先需要按照控制系統(tǒng)的功能要求畫出系統(tǒng)流程框架圖，按照不同的功能要求編寫出不同的的功能模塊，編寫好程序編譯正確后可以復(fù)制到仿真程序中進行調(diào)試。4.1程序梯形圖對于密碼的設(shè)置可以參考8421BCD碼，這里默認(rèn)的4位密碼是1234，利用4個PLC元件表示1，以此類推，此程序按要求實現(xiàn)以下功能：（1）由于不同用戶加密程度不同，為此按用戶等級將開門方式分了以下幾種：級別一：級別1IC卡號+密碼+鑰匙=開門一次（10s后自動關(guān)閉）級別二：級別2IC卡號+密碼=開門一次（10s后自動關(guān)閉）級別三：級別3IC卡號=開門一次（10s后自動關(guān)閉）（2）門窗、消防和報警這些狀態(tài)在總控室有指示燈提示。（3）當(dāng)有人非法闖入門禁系統(tǒng)時，系統(tǒng)能立刻報警，并且只有當(dāng)總控室工作人員按下解除報警按鈕時報警才能停止。（4）當(dāng)系統(tǒng)有消防事宜發(fā)生時，處于中央控制室中控制人擁有打開所有門窗且進行系統(tǒng)報警的權(quán)利。對應(yīng)取消按鈕。對應(yīng)確認(rèn)按鈕。密碼第一位為1，取消按鈕串聯(lián)方便再次輸入密碼同時對第一位密碼輸入作保持。密碼的第2，3，4位，分別如同第1位設(shè)計且必須是前一位的密碼正確（開關(guān)閉合）時輸入下一位有效且對每一位輸入的密碼作保持此為密碼輸入模塊。刷卡輸入信號為11則為最高權(quán)限ID卡，作此時的關(guān)門延時并對刷卡信號給予保持。密碼確認(rèn)輸入，智能4位密碼都輸入正確之后并按下了確認(rèn)按鈕才會有密碼輸入正確的信號，當(dāng)定時時間一到，開門信號停止。系統(tǒng)開始工作時掃描，檢查門是否處于開狀態(tài)，若開則使其關(guān)閉，門在正常打開的情況下不掃描。系統(tǒng)同時進行窗戶的掃描，同門掃描一樣。消防燈點亮的時候不做掃描，定時時間到則關(guān)閉窗戶，限位信號同時也會斷掉，門窗等閉合。當(dāng)有消防事件產(chǎn)生，按下消防按鈕，門窗全部打開，消防報警燈亮，只有當(dāng)工作人員手動解除報警后，同時門窗關(guān)閉窗開限位信號自身斷掉，開窗燈閉。當(dāng)門非法打開時，即手動將門打開時，報警燈亮，控制中心的報警解除后燈滅。當(dāng)門窗全部打開時開始定時，一段時間后關(guān)門窗。（10S）以上四段程序?qū)崿F(xiàn)3種方式開門。且分別進行保持。開門完全后，開門燈滅。4.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試：（1）按照端口分配表連接PLC與門禁實物模型。（2）打開PLC電源開關(guān)，把示例程序下載到PLC中，PLC模式選擇開關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。（3）當(dāng)密碼輸入后點擊確定按鈕3S以上，若讀卡器發(fā)出嘀的一聲，這時可停止按鈕，將三張不同級別的IC卡放在讀卡器附近，和以上情況一樣則可確定卡片的級別。（4）對比這三種不同級別卡片的開門方式有何不同，又有何相同：①刷最低級別卡、輸入密碼、鑰匙開門；②刷中間級別卡、輸入用戶密碼；③刷最高級別卡。注意：門每次開，10S后自動關(guān)閉。實例程序中將用戶密碼設(shè)置為“1234+確定”。（5）試著創(chuàng)新編譯控制程序，達(dá)到和例舉程序不一樣的控制效果。設(shè)計和調(diào)試中遇到的問題：（1）級別2中程序中用I0.1觸點時，沒有實現(xiàn)I0.1的狀態(tài)保持，不能實現(xiàn)要求的功能，因此在梯形圖中添加了I0.1的保持程序。I0.0用同樣的方式修改。（2）I0.0和I0.1的保持程序中需要添加一個I0.6的常閉觸點才能實現(xiàn)保持功能的有效解除。（3）開門，關(guān)門，開窗，關(guān)窗程序中需要添加一個限位開關(guān)觸點這樣才能實現(xiàn)門窗的及時停止。（4）密碼確認(rèn)程序中需要添加保持功能，而取消模塊不需要添加保持。5總結(jié)這次畢業(yè)設(shè)計標(biāo)志著大學(xué)生涯的結(jié)束，感謝我的母校，給我們提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、優(yōu)良的師資力量和先進的實驗設(shè)備，讓我們得到不斷地豐富與提高。大學(xué)四年所學(xué)的知識匯集在這一設(shè)計上。門禁系統(tǒng)在生活中很常見，也很重要，給我們的生活帶來了方便。為了跟上信息時代的腳步，維護社會財產(chǎn)的安全，滿足用戶對于安全的不同需求，門禁系統(tǒng)便產(chǎn)生了。門禁系統(tǒng)不僅給管理人員提供了更加安全便捷的管理模式，也給使用者帶來了更便捷體驗。為此，本文研究一種基于PLC技術(shù)的門禁系統(tǒng)。適用范圍為：智能辦公樓、政府辦公機構(gòu)、醫(yī)院、智能小區(qū)、供電局變電站和電信基站。門禁系統(tǒng)在近幾年來都有著突飛猛進的變化，出現(xiàn)了智能卡識別、生物識別、無線門禁等一系列高端技術(shù)，在便捷性和安全性方面也有了很大的突破。本次設(shè)計利用利用可編程控制器PLC和各硬件設(shè)備組成的門禁系統(tǒng)，通過各類系統(tǒng)控制器和傳感器相連接實現(xiàn)門禁系統(tǒng)功能。系統(tǒng)由IC卡、讀卡器、施耐德可編程控制器、電控鎖和傳感器這些硬件設(shè)備構(gòu)成。用戶進出系統(tǒng)需按等級加以分區(qū)，故軟件設(shè)計時將進出方式分為三個等級：IC卡，IC卡+密碼，IC卡+密碼+鑰匙。本設(shè)計還增加了紅外報警功能和消防功能。主要實現(xiàn)的是進出通道權(quán)限、進出通道方式和異常報警這些功能。要求實現(xiàn)對通道權(quán)限的管理，實時監(jiān)控功能，出入記錄的查詢功能，異常報警功能。設(shè)計的過程通過軟件仿真得到了結(jié)果，這些在正文中都有所體現(xiàn)。設(shè)計實現(xiàn)的過程是先軟件測試，軟件測試合格后再進行硬件與軟件結(jié)合調(diào)試，如果時序方面沒有問題控制器就能正常工作，即可以實現(xiàn)門禁控制器的各項功能。在20次的實驗中無一次讀卡錯誤和無一次漏報警，且連續(xù)工作24小時無異常，說明本設(shè)計基本達(dá)到了預(yù)期的目的。設(shè)計的過程中遇到了很多的問題，由于專業(yè)的知識我沒有做到全面的掌握，所以論文還有很多不足，有之前學(xué)到過而忘記的知識，又有從未接觸過的領(lǐng)域，但是這些問題都在不斷地學(xué)習(xí)查詢和老師的悉心指導(dǎo)下一一克服。雖然設(shè)計的過程比較艱辛，但結(jié)果總是讓人喜悅的，這給我以后的生活造成了巨大的影響，以后遇到再大的困難只要努力堅持，刻苦專研就一定有所收獲。

致謝非常感謝校方各位領(lǐng)導(dǎo)和老師們給我這次鍛煉的機會，協(xié)助我完成了畢業(yè)設(shè)計。通過這次設(shè)計鍛煉了我吃苦耐勞的能力，本身專業(yè)基礎(chǔ)不是很扎實，很感謝老師的多次指點讓我茅塞頓開，也多虧有了學(xué)校諸多實驗儀器的支持這次設(shè)計才得以完成。在此期間學(xué)校多次召開講座指導(dǎo)我們?nèi)绾尾樵冑Y料，如何完成設(shè)計，讓我們從完全不懂到得心應(yīng)手。這次的設(shè)計是我人生中的一大成就，以前從未想過自己也能設(shè)計某種東西，簡直是天方夜譚，可如今實現(xiàn)了，證明了沒有想不到，只有做不到，努力還是會有收獲的。老師的淵博知識和諄諄教誨讓我感動，在這里我由衷的感謝各位老師的指導(dǎo)，在今后的工作生活中也要力爭以老師們?yōu)榘駱?，做一個有能力的人。

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