單片機；智能門鎖；IC卡；指紋識別

PAGEPAGEI哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）I-摘要隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和經(jīng)濟全球化進程的加快，越來越多的智能電子設(shè)備進入到我們的生活中，改變著我們的生后方式。在我們生活中常常因為忘記帶鑰匙而煩惱，同時傳統(tǒng)的門鎖在遭受到外力破壞后也很容易被打開，這就給我們的生活帶來了風(fēng)險，因此，針對小區(qū)安全的安全防護，智能門鎖應(yīng)運而生，智能門鎖可以針對性的識別用戶信息，并為指定的用戶開鎖，同時門鎖沒有外漏的鎖芯等裝置，無法用暴力打開，智能門鎖的開鎖方式可以使用射頻卡等，極大的方便了用戶開鎖。針對目前的門鎖問題設(shè)計一種基于單片機的智能門鎖系統(tǒng)，系統(tǒng)采用讀卡器對用戶的射頻卡進行識別，當(dāng)用戶攜帶射頻卡刷讀卡器時，射頻卡的信息會被讀取出來發(fā)送給單片機，單片機在針對用戶的信息進行識別，如果信息正確則打開對應(yīng)的門鎖，否則門鎖發(fā)出警告，如果用戶忘記帶射頻卡，則可以通過指紋識別模塊來進行指紋識別，如果指紋正確，門鎖打開。同時系統(tǒng)還預(yù)留按鍵，可以通過輸入密碼來打開門鎖，通過液晶模塊，用戶可以了解門鎖系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過軟硬件設(shè)計，系統(tǒng)將實現(xiàn)智能門鎖的功能。關(guān)鍵詞：單片機；智能門鎖；IC卡；指紋識別AbstractWiththedevelopmentofnationaleconomyandtheaccelerationofeconomICglobalization,moreandmoreelectronICdevICescomeintoourlife.ThesedevICesbringconveniencetoourlife,helppeopleimprovethequalityoflife,andthecommunityweliveinisgraduallybecomingintelligent.ManydevICeshavereplacedthetraditionaldevICes,suchasintelligentaccesscontrol,anditsemergencehasreplacedthetransmissionTheunifiedkeyanddoorlockenablepeopletoopenthedoorwithoutthekey,anddon'tworryaboutthelossofmoneywhenthedoorlockispried.Intelligentaccesscontrolsystemisacomprehensivemulti-disciplinaryhigh-techtechnologycollection,whIChinvolvesmanynewtechnICalfieldssuchaselectronICs,machinery,optICs,computertechnology,communICationtechnology,BiostatistICs,etc.Intheintelligentcommunity,theintelligentaccesscontrolisthefirstgatewaytoprotectthesocialorderandpublICsecurityofthecommunity.Therefore,accordingtothecurrentsituationoftheaccesscontrolinfrontofthedoor,anintelligentaccesscontrolsystemisdesigned,whIChcombinesthedoorcontrolsystemandembeddedtechnologytorealizetheintelligentaccesscontrolsystemoftheintelligentcommunity.Thesystemisbasedonsingle-chipmICrocomputer,andusesthefront-endcardreaderandRFcardtoidentifythehouseholdinformation.Iftheinformationmeetstherequirements,theaccesscontrolwillbeopened.Otherwise,thealarmwillbeprompted.TheLCDpartwilldisplaythesysteminformation,includingkeyinformationandpromptinformation.IfyouforgettobringtheRFcard,youcanidentifyitbyfingerprint,determinetheuser'sinformationbyfingerprintcomparison,andcontrolthedoorbyrelayOpeningandclosing:whentheidentifiedinformationconformstothecommunityuserinformation,openthecelldoorofthecommunitythroughtherelay;otherwise,alarmthroughthealarm;ifitisavisitor,youcandialthecorrespondinguser'sphonebypressingthekey,orunlocktheaccessbyenteringthepassword.InstallingintelligentaccesscontrolforthesmallareacaneffectivelyprotectthepersonalandpropertysecurityofthecommunityresidentsandimprovethecommunitySafetyfactorof.Keywords：MCU;intelligentaccesscontrol;RFcard;fingerprintidentifICation目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3課題的設(shè)計目標(biāo) 21.4課題研究的主要內(nèi)容 3第2章系統(tǒng)設(shè)計與方案論證 42.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計 42.2主控芯片的選擇 52.3識別模塊的選擇 62.3.1讀卡器的選擇 62.3.2指紋模塊的選擇 62.4顯示模塊的選擇 72.5信息存儲模塊的選擇 82.6按鍵模塊的選擇 92.7系統(tǒng)電源模塊的選擇 10本章小結(jié) 10第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 123.1單片機電路設(shè)計 123.2讀卡器電路設(shè)計 133.3指紋檢測電路設(shè)計 143.4顯示電路設(shè)計 143.5信息存儲電路設(shè)計 153.6控制電路設(shè)計 163.7報警電路設(shè)計 173.8按鍵電路設(shè)計 173.9電源電路設(shè)計 18本章小結(jié) 19第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 204.1系統(tǒng)主程序設(shè)計 204.2信息識別子程序設(shè)計 214.3顯示子程序設(shè)計 224.4按鍵子程序設(shè)計 234.5驅(qū)動子程序設(shè)計 24本章小結(jié) 25第5章系統(tǒng)實物調(diào)試 265.1硬件調(diào)試 265.2軟件調(diào)試 27本章小結(jié) 28結(jié)論 29致謝 30參考文獻 31附錄一電路圖 32附錄二部分程序代碼 33第1章緒論1.1課題背景及意義隨著技術(shù)的發(fā)展，智能家居概念在我們的生活中屢見不鮮，同時智能家居技術(shù)也為我們的生活帶來了便利，同時也改變了我們的生活方式，越來越多的智慧社區(qū)出現(xiàn)在我們的生活中，也為我們帶來了更多的方便，可以感受到信息時代帶給我們的改變，隨著智能家居的發(fā)展，安防行業(yè)也與智能家居行業(yè)結(jié)合，讓我們的生活變得更安全，其中與我們生活息息相關(guān)的產(chǎn)品就包括智能門鎖，傳統(tǒng)的門鎖控制方式簡單，破解難度低，依靠這種門鎖已經(jīng)不能夠得到足夠的安全性，因此，結(jié)合了嵌入式技術(shù)的智能門鎖系統(tǒng)就應(yīng)運而生了。門鎖系統(tǒng)說我們生活中不可或缺的裝置，將門鎖升級為智能門鎖可以提高我們財產(chǎn)和生活的安全性，傳統(tǒng)的門鎖系統(tǒng)知識單純的依靠機械裝置來，雖然一些機械鎖設(shè)計的很巧妙，材料也是使用的復(fù)合材料，但是人們總能夠通過各種暴力手段將門鎖打開，同時，在一些人多的公共區(qū)域，需要沒人都配有鑰匙，這樣很不方便管理，如果鑰匙丟失更是存在安全隱患，因此，為了解決這些問題，就出現(xiàn)了智能門鎖，這種門鎖在一定程度上提高了安全性和便利性，人們不用再使用鑰匙，省去了帶大量鑰匙的不便，同樣的，智能門鎖是我們生活中常見的安全防范手段，它能夠?qū)ψ≌戎匾獔鏊M行管理，保障用戶的人身及財產(chǎn)的安全，減少或者防止一些違法活動的發(fā)生，通過智能門鎖系統(tǒng)還可以對住戶的出入進行記錄，方便對用戶的管理。智能門鎖是在傳統(tǒng)的機械鎖的基礎(chǔ)上演化而來的，傳統(tǒng)的機械鎖只是單純的機械裝置，很容易發(fā)生故障，且容易被外力打開，安全性較差，且無論多堅固，一旦鑰匙丟失就會引起安全問題，任何人都能夠打開門鎖，隨著人們需求的提高，出現(xiàn)了電子門鎖，磁卡鎖等電子門鎖系統(tǒng)，抬高了對人員進出的管理，并且，隨著電子器件的高集成度和生物識別技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了更先進的智能門鎖，智能門鎖系統(tǒng)發(fā)展完善是現(xiàn)代科技與人類文明相結(jié)合并逐步完善的過程。而門鎖系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能和方便、安全的操作為人類社會生產(chǎn)力的發(fā)展做出了重要的貢獻。同時與生物識別技術(shù)相結(jié)合的門鎖系統(tǒng)也是一種新興的門鎖系統(tǒng)，通過各種生物特征采集傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特征和行為特征來進行個人身份認(rèn)證技術(shù)，目前射頻門鎖系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外門鎖系統(tǒng)發(fā)展較早，并且門鎖系統(tǒng)與自動識別技術(shù)同時發(fā)展并進行結(jié)合，國外的門鎖廠家有休斯（HID）、西屋（WSE）、洛泰克（NTK），以色列的DDS、英國的集寶等品牌。這些門鎖都是結(jié)合了自動識別的技術(shù)，門卡是內(nèi)置了集成芯片的識別卡，由集成電路組成，并封裝在卡片內(nèi)，而第一張門鎖卡是由法國的羅蘭·莫雷諾在1974年設(shè)計出來的。并隨著集成芯片技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度，容量，安全性都得到了很大的提高，同時隨著存儲技術(shù)的發(fā)展，使得門禁卡的設(shè)計和應(yīng)用逐漸的劍入道人們的視野，目前一些歐美廠家的門禁鎖技術(shù)正逐漸的進入成熟階段，例如美國的HID公司、h1-dala公司、德國的Destele公司，還有一些生產(chǎn)讀卡器的廠家，如美國的NorthernComputer公司、CSI公司。隨著技術(shù)的成熟，越來越多的人們使用智能密碼鎖。我國的電子門鎖系統(tǒng)在90年代開始使用，并且隨著非接觸式讀寫技術(shù)、射頻卡技術(shù)及通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，將射頻識別技術(shù)和傳統(tǒng)門鎖結(jié)合起來，解決了無源和免接觸這一難題，是卡應(yīng)用領(lǐng)域的一大突破。隨著國內(nèi)‘金卡工程’各類項目的深入開展，射頻卡技術(shù)在社會經(jīng)濟生活的大部分領(lǐng)域得到了應(yīng)用。國內(nèi)經(jīng)過近幾年的市場準(zhǔn)備，以及系統(tǒng)集成技術(shù)的不斷完善，非接觸式射頻卡已經(jīng)得到了行業(yè)人士以及相當(dāng)-部分用戶的認(rèn)同。非接觸式射頻卡應(yīng)用快捷、靈活，易于保管，可靠性高的眾多方面贏得了國內(nèi)人士的信心，可以預(yù)測，在不遠(yuǎn)的將來，非接觸式射頻卡會在更大范圍的加以推廣應(yīng)用。1.3課題的設(shè)計目標(biāo)隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的安全意識越來越強，同時對一些設(shè)備的需求也越來越大，傳統(tǒng)的門鎖已經(jīng)不能滿足這個科技時代和人員管理的需求，特別是在一些住戶比較多的小區(qū)，一個單元樓內(nèi)可能住著大量人員，流動性也比較大，同時還有一些外來快遞人員，廣告人員的進入，導(dǎo)致小區(qū)的治安很不穩(wěn)定，如果要保證每個住戶的安全就需要使用智能門鎖系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以很大程度上的減少外來人員對其他用戶的打擾，同時也增強了用戶的安全性。目前市場上的很多門鎖使用的是單一的方式，按鍵解鎖等，這種方式靈活性差，安裝成本高，因此需要對其進行改進，提高系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，如果將鑰匙或者密碼換成射頻卡的形式，可以提高便利性，防止了不法分子利用外力破壞門鎖等行為，通過特定的權(quán)限來打開門鎖，通過射頻卡授權(quán)對應(yīng)的門鎖，且所有的解鎖記錄都會被錄入到電腦中，便于針對具體事情的發(fā)生時間進行查詢，落實責(zé)任。同時智能門鎖還可以將未經(jīng)許可進入到小區(qū)內(nèi)的人員拒之門外，保證小區(qū)的秩序。同時為了方便用戶，系統(tǒng)還保留了按鍵和指紋識別，即使在射頻卡丟失的情況下，也可以先將射頻卡掛失，然后通過密碼和指紋來打開門鎖，提高了系統(tǒng)的靈活性，為住戶提供多種選擇，通過這樣的設(shè)計實現(xiàn)了智能小區(qū)的智能門鎖系統(tǒng)，可以大大提高小區(qū)的安全性，為住戶提供便利，解決了傳統(tǒng)門鎖的低操作性，為廣大用戶帶來新的生活方式。1.4課題研究的主要內(nèi)容門鎖系統(tǒng)采用AT89C51微控制器作為系統(tǒng)的核心，在外圍增加按鍵電路、蜂鳴器電路、讀卡器電路、繼電器電路、指紋識別電路以及LCD1602顯示電路等。門鎖系統(tǒng)主要由CPU、電源指示、開鎖指示電路、振蕩電路、蜂鳴器電路、設(shè)置按鍵電路、繼電器驅(qū)動模塊、EEPROM數(shù)據(jù)存儲模塊、FM1208讀卡模塊、LCD顯示模塊等組成。當(dāng)系統(tǒng)檢測到射頻卡時，通過對射頻卡的序列號進行識別，如果射頻卡符合要求，則進行解鎖操作，否則發(fā)出報警提醒用戶射頻卡錯誤。單片機控制繼電器和門鎖系統(tǒng)。指紋模塊可以對指紋進行識別，按鍵電路可以輸入密碼或者撥號，同時顯示電路顯示系統(tǒng)的信息，包括按下鍵盤時所代表的數(shù)字符號，指紋或者射頻卡解鎖時，顯示正確，輸入錯誤時顯示錯誤等，本課題基本內(nèi)容概括為以下幾點：1.設(shè)計單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對外圍電路的控制；2.采用射頻卡和讀卡器模塊、指紋識別模塊進行身份識別；3.設(shè)計按鍵電路和報警電路，實現(xiàn)密碼解鎖和錯誤報警；4.通過單片機控制繼電器，繼電器控制門鎖；5.液晶顯示系統(tǒng)信息和提示。第2章系統(tǒng)設(shè)計與方案論證本系統(tǒng)的設(shè)計方案與論證主要針對基于單片機的智能門鎖系統(tǒng)所使用的器件和模塊進行選型，通過方案論正的方式選出適合課題的器件和模塊，包括主控芯片的選擇，射頻模塊、指紋模塊的選擇，外圍的功能電路等幾個主要器件、模塊的方案論證。2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計根據(jù)目前門鎖的研究現(xiàn)狀和存在的一些安全隱患問題，進行基于單片機的智能門鎖系統(tǒng)的總體方案研究。由系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖可知，框圖的左側(cè)為系統(tǒng)的信號輸入，整個輸入端的電路包括讀卡器、指紋電路以及按鍵電路。系統(tǒng)中，射頻卡的信號通過讀卡器進行處理，讀卡器對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，并通過單片機進行數(shù)據(jù)的識別，指紋模塊同樣對指紋數(shù)據(jù)進行處理，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。這兩個模塊是系統(tǒng)的前端采集模塊，通過采集射頻的信息和指紋信息來識別用戶?？驁D的右側(cè)是系統(tǒng)信號的輸出端，包括報警電路、顯示電路、繼電器電路和數(shù)據(jù)存儲電路，報警電路執(zhí)行報警，當(dāng)用戶輸入錯誤密碼時會發(fā)出提示報警音，顯示電路顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，繼電器控制門鎖，數(shù)據(jù)存儲電路可以保存用戶的設(shè)置信息，通過系統(tǒng)的輸入輸出電路和單片機的控制實現(xiàn)智能門鎖的全部功能，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖通過各個模塊的組合和控制使系統(tǒng)完成對用戶信息的識別和數(shù)據(jù)的處理，達(dá)到自動進行信息篩選和控制門鎖的目的，保證小區(qū)內(nèi)住戶的人身安全和財產(chǎn)安全，系統(tǒng)的控制部分是單片機的最小系統(tǒng)，它在系統(tǒng)中用來處理數(shù)據(jù)和發(fā)送控制指令，其次是數(shù)據(jù)采集模塊，讀卡器和指紋模塊，用戶如果選擇刷射頻卡，則需要將射頻卡靠近讀卡器，讀卡器根據(jù)射頻信號來進行識別，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息發(fā)送給單片機，單片機將信息與數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的信息進行比對，如果能夠?qū)?yīng)上則開鎖，否則發(fā)出報警，同樣的指紋模塊是對用戶的指紋進行采集，并將指紋信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，單片機對信息進行比對，如果能夠?qū)?yīng)上，則解鎖，否則報警。按鍵電路可以進行密碼的輸入或者進行撥號，如果密碼正確則解鎖，否則報警，三種解鎖方式可以滿足用戶的日常需求，及時是在忘記帶射頻卡的情況下依然能夠通過個人的數(shù)據(jù)打開門禁，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中保存用戶的信息，外來人員無法破解數(shù)據(jù)庫中的信息，保證了信息的安全性，用戶的信息都會存儲在這個數(shù)據(jù)庫中，永遠(yuǎn)不會丟失。通過各個模塊的組合，系統(tǒng)將實現(xiàn)智能門鎖的功能。2.2主控芯片的選擇方案一：采用PCI單片機，它是8位單片機，處理能強，功耗低，通過匯編語言進行編程，可以通過內(nèi)部的寄存器控制外圍電路，然后在經(jīng)過程序的控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和控制指令的輸出，有點是處理能力強，但是編程較麻煩。方案二：采用AT89C51單片機作為主控芯片，它是常用的8位單片機，內(nèi)部有256K的存儲空間，可以滿足小系統(tǒng)的程序需求，同時它還有40個IO口可以使用，雖然沒有內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換，但可以通過外部的傳感器實現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能，而且它的數(shù)據(jù)IO口的能力也很強，可以滿足大部分中低端設(shè)備的要求。方案三：采用ATmega28單片機，它的內(nèi)部資源豐富，運行速度快，可以選擇采用固件庫開發(fā)，不必接觸底層寄存器，內(nèi)部有很多資源，可以使用外部的硬件資源，也可以使用內(nèi)部的資源，增加了選擇性，作為16位單片機，它的主頻也得到了很大的提高，運行速度更快，價格也十分合適。通過方案論證和智能小區(qū)安防系統(tǒng)的需求，我們選擇AT89C51芯片做為系統(tǒng)的主控芯片。1.單片機特性：單片機的存儲空間有4K大小，通過PC機的上位機軟件可實現(xiàn)對單片機內(nèi)的程序的下載，擦除等，且功耗低，采用5V供電，是比較常見，適用場所比較多的8為單片機。不同作用的功能電路被集成在8位的CPU內(nèi)部，而且內(nèi)部還帶有存儲器，存儲器被嵌入到芯片中。AT89C51是效率很高的8位的微型控制器。AT89C51的性價比較高，適合嵌入式系統(tǒng)，2.性能簡介：單片機內(nèi)部有通用的51內(nèi)核，4KB的FLASH存儲器，可以反復(fù)擦寫程序次數(shù)達(dá)1000次，內(nèi)部數(shù)據(jù)可長時間保留。標(biāo)準(zhǔn)的工作電壓：4.0-5.5V之間均可以。完全的靜態(tài)穩(wěn)定工作的頻率范圍：0HZ-33MHz。內(nèi)部有128×8B的RAM，4×8個I/O口，T0和T1兩個16位的定時器/計數(shù)器，而且內(nèi)部還帶有5個中斷。單片機在不工作時處于低功耗的待機狀態(tài)，工作狀態(tài)后根據(jù)IO口的工作狀態(tài)來計算功耗。3.IO定義：VCC：系統(tǒng)電源；GND：工作地；I/O口：單片機一共有4組IO口包括P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7；RST：復(fù)位引腳。ALE/PROG：鎖存端；PSEN：可與EEPROM芯片連接；EA/VDD：控制端；X1X2：外部晶振輸入輸出。2.3識別模塊的選擇2.3.1讀卡器的選擇方案一是使用接觸式IC卡，接觸式IC卡需要與卡槽等讀卡設(shè)備接觸才可讀寫數(shù)據(jù)，而且接觸式IC卡芯片封裝在PVC料卡片中，芯片外露，所以抗干擾能力差，容易損壞，且易被復(fù)制。方案二是使用非接觸式IC卡，而非接觸式IC卡芯片封裝在PVC料中，通過卡中芯片無線電波可遠(yuǎn)距離與讀卡設(shè)備進行感應(yīng)即可讀取數(shù)據(jù)。IC卡只要距離讀卡器-定距離內(nèi)，讀卡器就可以讀取卡內(nèi)數(shù)據(jù)。雖然刷卡距離隨著補償電容的改變而改變，不過最大的刷卡距離有5至12CM。

相比來說，非接觸式IC卡保密性好，安全性能高，儲存量大，傳遞速度快，同時便于攜帶并且抗干擾能力強。和接觸式IC卡相比，前者比較牢固不易被損壞、能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，可靠性很高，所以市面上普遍使用這種卡。根據(jù)上面的分析，最終選擇目前被廣泛應(yīng)用的，而且成本不高可靠性好的IC卡，也就是市面上較多的MIFARES50卡，讀卡器采用FM1208。2.3.2指紋模塊的選擇方案一：采用超聲波指紋指紋模塊。以超聲波來測量的工具是目前市場上的前沿科技，超聲波指紋識別的模塊具有體積小，功耗低，集成快捷方便，外形美觀等優(yōu)點。目前主流的手機指紋識別的市場都是采用超聲波的原理來實現(xiàn)的，但由于技術(shù)相對前沿，本身的生產(chǎn)的成本較高，生產(chǎn)的工藝較為復(fù)雜，而且跟嵌入式技術(shù)的結(jié)合需要大量的外圍器件，不利于方便快捷的應(yīng)用的不同的領(lǐng)域。方案二：光電式的指紋識別模塊技術(shù)成熟，應(yīng)用面積廣泛生產(chǎn)工藝簡單，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。光電式指紋識別模塊主要的原理是基于紅外光在人體指紋處的反射來實現(xiàn)的，目前應(yīng)用很廣，同時很容易與其他控制系統(tǒng)融合，經(jīng)過長期的實踐證明，這種指紋識別模塊相對穩(wěn)定，識別準(zhǔn)確度高，本設(shè)計使用的是FM180指紋識別模塊，這種模塊可以與單片機直接通過串口進行傳輸數(shù)據(jù)，速度快，更容易操作。根據(jù)設(shè)計要求，方案一雖然雖然是目前比較流行的指紋識別模塊，但是根據(jù)本設(shè)計的目的，這種目模塊并不適合本次設(shè)計，它的成本太高，同時不利于維護，需要的環(huán)境要求較高，因此，不選用超聲波指紋識別模塊。相比而言，光電指紋識別模塊更被人們熟知，它的應(yīng)用范圍廣泛，識別精準(zhǔn)穩(wěn)定，適用于打卡、鎖定、存儲等系統(tǒng)中，同時可以通過多種單片機控制，使用靈活，性能穩(wěn)定，因此選用第二種方案，使用FM180指紋模塊。2.4顯示模塊的選擇方案一：采用LCD12864液晶顯示屏，它是一種大屏顯示模塊，可以顯示4行字符，可以顯示大量的圖形或者漢字，帶有背光功能，顯示清晰，與其他顯示模塊相比，LCD在直觀程度上和亮度清晰度上都存在和多優(yōu)勢，并且現(xiàn)在液晶顯示已成為主流，被人們普遍接受，符合大眾口味。方案二：采用8位數(shù)碼管顯示器，這種顯示模塊體積小，視角好，有多種組合方式，可以顯示單位和多位數(shù)字，從物理特性上分為共陰和共陽兩種連接方式，單片機通過IO口控制每段二極管來顯示不同的數(shù)據(jù)，但是缺點是占用單片機的IO資源較多，不可以顯示漢字或者圖片等。方案三：采用LCD1602液晶模塊，它可以顯示兩行的字符串，通過單片機控制內(nèi)部的寄存來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，集成電路中還帶有字庫芯片和驅(qū)動芯片，不需要取模就可以直接顯示漢子圖形等，功耗低，體積小，適用于體積較小的產(chǎn)品中，為用戶提供重要數(shù)據(jù)，且這種液晶操作簡單，十分方便。為了滿足智能小區(qū)安防系統(tǒng)的直觀性，比較三種方案最終選用的是LCD1602液晶，通過它可以在模塊上顯示數(shù)據(jù)信息，通過的單片機的并行口進行控制和驅(qū)動，LCD1602的字面意思是指顯示的內(nèi)容為16x2，也就是可以顯示兩行，1602液晶可也顯示上下兩行，每行可以顯示16個字符。1.模塊主要特性：（1）最多可顯示兩行字符，每行字符有16個字符；（2）通過5V的直流電壓進行供電；（3）工作室的最大功耗為30mW；（4）4-5V之間供電均可，最佳工作電壓為5V；（5）模塊帶有背光功能，通過電位器調(diào)節(jié)對比度；（6）模塊尺寸3X4.3CM，體積小便于安裝。2.模塊引腳：（1）VSS：液晶的模擬地；（2）VDD：電源的正極；（3）VL：液晶的調(diào)光引腳；（4）RS：數(shù)據(jù)和命令的發(fā)送端；（5）R/W：用來控制數(shù)據(jù)的讀寫；（6）EN：液晶的使能信號；（7）D0~D7：數(shù)據(jù)接收和發(fā)送；（8）BLA和BLK調(diào)節(jié)背光強度。2.5信息存儲模塊的選擇方案一：將數(shù)據(jù)通過RS232上傳至電腦進行存儲。它的通信距離為幾十米到上百米時，在很多數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域廣泛采用RS-232串行總線，51單片機與PC機通過RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線串行通信，進行信號電平轉(zhuǎn)換，這種凡事可靠穩(wěn)定，但是由于是有線通訊，容易受到人為的破壞，同時通過電腦控制局限性太高，并不是很方便。方案二：采用AT24C02存儲芯片實時的將數(shù)據(jù)進行存儲。AT24C02是低功耗CMOS型E2PROM，一共有256*8b的存儲空間，供電電壓可在2.5V至5.5V，寫入速度快(小于10ms)，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)不易丟失，體積小等特點。它采用I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行操作，只占用很少的資源和I/O線。根據(jù)智能小區(qū)安防系統(tǒng)的要求，本模塊是用于智能門鎖的用戶信息存儲，因此需要系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容量較高，單片機的內(nèi)部自帶存儲不能完全滿足需求，因此使用AT24C02，可以很好地防止突然掉電，保存數(shù)據(jù)，因此，選用AT24C02更為有利。1.主要特性：AT24C02是一個4K大小的E2PROM芯片，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，內(nèi)部有一個8字節(jié)頁寫緩沖器，一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該芯片通過I2C總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能。AT24C02是帶有I2C總線接口的E2PROM存儲器，具有掉電記憶的功能，并且可以象普通RAM一樣用程序改寫。它的容量是256個字節(jié)（00h～0ffh），有A2、A1、A0三位地址，可見2IC總線上可以連接8片AT24C02，它的尋址字節(jié)是A2A1A0。2.引腳說明：（1）SCL：串行時鐘輸入管腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。（2）SDA：雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。（3）A0、A1、A2：器件地址輸入端。這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時默認(rèn)值為0。使用AT24C02最大可級聯(lián)8個器件，如果只有一個24C02被總線尋址，這三個地址輸入腳A0、A1、A2可懸空或連接到VSS。（4）WP：寫保護。如果WP管腳連接到Vcc，所有的內(nèi)容都被寫保護，只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss或懸空，允許器件進行正常的讀/寫操作。（5）VSS：電源地，VCC：電源正5V。2.6按鍵模塊的選擇方案一：使用4行4列的矩陣，這種矩陣鍵盤可以產(chǎn)生很多的組合，適用于按鍵需求比較大的系統(tǒng)中，通過單片機的一組IO口來連接按鍵接口，可以實現(xiàn)多種功能，但是需要的I/O資源較多，通常在需要多個按鍵控制的系統(tǒng)中使用。方案二：使用單個的獨立按鍵，獨立按鍵與單片機的IO單獨相連，在按鍵需求較少的系統(tǒng)中使用，同時它還需要加上拉電阻來拉高電平，防止單片機的I/O因為受到干擾而導(dǎo)致錯誤的判斷。方案三：使用電容觸摸按鍵。這種按鍵使用起來更方便快捷，但是需要的環(huán)境要求比較高，相對來講，粗觸摸按鍵的可靠性更高，相比于彈性按鍵，它不存在抖動的情況，可以完全的實現(xiàn)按鍵的檢測。通過對智能門鎖系統(tǒng)的需求分析，本設(shè)計需要多個按鍵，每個按鍵對應(yīng)不同的功能，因此，只需要設(shè)定獨立的按鍵即可達(dá)到設(shè)定等功能的要求，這種獨立按鍵電路簡單，節(jié)省單片機的I/O資源，通過簡單的電平控制就可以實現(xiàn)單間功能，單片機通過掃描按鍵來進行操作，例如當(dāng)其中某個按鍵按下，則單片機檢測到按鍵按下后，執(zhí)行對應(yīng)的程序。2.7系統(tǒng)電源模塊的選擇方案一：采用線性穩(wěn)壓芯片，這種電源電路是常見的供電電路，由其在嵌入式系統(tǒng)中，經(jīng)常為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，它的電路結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定，而且有多種型號的芯片，可以使用AMS1117-3.3和外圍濾波器建進行配合使用，為系統(tǒng)提供3.3V電壓。方案二：采用成品的電源DC-DC模塊，這種模塊很成熟，可以提供穩(wěn)定的電壓，模塊內(nèi)部還集成了保護電路，可以對設(shè)備進行保護，同時這種模塊的效率很高，可以提供很穩(wěn)定的電壓。方案三：采用LM78系列芯片來進行電壓的轉(zhuǎn)換，LM78系列的輸入電壓寬，可以通過電阻來調(diào)節(jié)輸出的電壓，再通過電容來進行濾波，輸出穩(wěn)定的電壓，相對于其他的穩(wěn)壓芯片，LM78系列更加靈活，輸入電壓和輸出電壓可調(diào)，但是需要的外圍器件比較多，對于一些簡單的系統(tǒng)來講，結(jié)構(gòu)越簡單，系統(tǒng)越穩(wěn)定。通過方案論證，單片機及門鎖控制系統(tǒng)使用5V的直流電壓進行供電，因此使用LM78系列芯片穩(wěn)壓芯片為智能門鎖系統(tǒng)供電，因此通過穩(wěn)壓芯片為不同的部分進行供電，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。1.芯片主要特性：（1）輸出電壓3.3V，精度可達(dá)到1%；（2）內(nèi)部有過熱保護和限流保護來保護芯片；（3）輸入電壓大于輸出電壓，不得超過5V；2.芯片引腳說明：（1）輸出電壓3.3V，精度可達(dá)到1%；（2）內(nèi)部有過熱保護和限流保護來保護芯片；（3）輸入電壓大于輸出電壓，不得超過5V；本章小結(jié)本章討論了系統(tǒng)中各個部分的器件選型和系統(tǒng)的總體方案，確定了所使用的單片機的型號和內(nèi)核，然后對系統(tǒng)的外圍電路進行分析設(shè)計，通過方案的對比，選擇出最適合系統(tǒng)的外圍電路，然后在對芯片和模塊的特性進行了解，方便在電路設(shè)計時可以有效的使用芯片和模塊，最后確定了系統(tǒng)的各個型號。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中的所有子電路，在模塊和器件選型完畢后，對芯片的外圍電路進行設(shè)計，并設(shè)計和計算器件的參數(shù)，完成WSN組網(wǎng)，使電路達(dá)到預(yù)期的功能，完成預(yù)期設(shè)計指標(biāo)。3.1單片機電路設(shè)計單片機的最小系統(tǒng)電路是智能門鎖系統(tǒng)的核心部分，是系統(tǒng)的運算處理單元，它包括四個部分，單片機芯片，晶振信號電路，復(fù)位信號電路，還有系統(tǒng)的電源，晶振和起振電容為單片機提供時鐘脈沖，復(fù)位電路提供復(fù)位信號，可以進行手動復(fù)位，電源為單片機提供電能，當(dāng)P0口連接液晶作為輸出時，需要加上拉電阻為單片機的P0口提供驅(qū)動能力，在本次設(shè)計中，用到了單片機的內(nèi)部定時器，IO口等資源，實現(xiàn)了濕度的檢測和數(shù)據(jù)的顯示，負(fù)載電路的控制，單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示。圖3-1AT89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖單片機在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對信號進行處理，通過單片機最小系統(tǒng)來實現(xiàn)對外圍電路的控制，包括對讀卡器信號的采集和處理，指紋模塊的信息采集和處理，液晶模塊的數(shù)據(jù)傳輸，繼電器控制電路的控制等，單片機的最小系統(tǒng)離不開時鐘信號和復(fù)位信號更離不開電源，因此在系統(tǒng)中，復(fù)位的電路為單片機提供了時鐘，復(fù)位可以防止程序卡死，電源為單片機的工作提供能量，當(dāng)復(fù)位按鍵按下后，系統(tǒng)將重新執(zhí)行單片機內(nèi)部的程序，相應(yīng)的系統(tǒng)的硬件部分也會重新運行，晶振電路是用來為單片機提供時鐘信號的電路，單片機通過對時鐘信號的計數(shù)來進行定時，延時等功能，兩者缺一不可，復(fù)位按鍵通過阻容器件來實現(xiàn)單片機的復(fù)位，是單片機恢復(fù)到最初的狀態(tài)，通過9腳與外圍電路相連接，通過機械按鍵來實現(xiàn)復(fù)位信號的激活。晶振電路提供時鐘信號，晶振包括輸入端和輸出端，并配合外部的電容提供信號。3.2讀卡器電路設(shè)計此次課題設(shè)計上采用了市面上比較普遍的FM1208讀卡模組。FM1208感應(yīng)式讀卡器主要是非接觸式晶片的讀卡模組，市面上使用的125KHz非接觸式RFID晶片或者與其它規(guī)格較為類似的產(chǎn)品，它都可以進行信息的讀取與數(shù)據(jù)的判斷，開發(fā)者可以一次性開發(fā)感應(yīng)式讀卡以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，F(xiàn)M1208模塊主要應(yīng)用在身份識別環(huán)境中，在本次課題中對戶主的信息的進行識別，讀卡器電路如圖3-2所示。圖3-2讀卡器電路圖此讀卡模組主要具有較高的獨立性，二次開發(fā)比較容易，安裝較為簡單，對卡片的信息讀取穩(wěn)定性好，系統(tǒng)有較高的安全性，RFID信息不重復(fù)，而且難以被復(fù)制，可自主選擇數(shù)據(jù)輸出格式使用FM1208讀卡模塊，在5-7cm距離內(nèi)讀取時間不超過70ms。非接觸式讀卡系統(tǒng)電源為5V，系統(tǒng)中最重要的部分是感應(yīng)線圈，它既可以與系統(tǒng)分開，也可以囊括在系統(tǒng)中，注意要將金屬板放在線圈前面，這是為了防止給電磁場造成干擾。3.3指紋檢測電路設(shè)計指紋傳感器主要是利用光的折攝和反射原理，光學(xué)掃描系統(tǒng)的核心部件是電荷耦合設(shè)備CCD，CCD是一組光敏二極管，這種器件在光子的作用下可以產(chǎn)生電信號。每個光敏器件記錄一個像素，即一個代表射中該點的光束的微小圓點。明暗像素共同構(gòu)成了掃描場景的圖像。在掃描儀系統(tǒng)中有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來處理模擬電子信號以產(chǎn)生該圖像的數(shù)字表現(xiàn)形式。光學(xué)傳感器模塊的電路圖如圖3-3所示。圖3-3指紋識別模塊指紋檢測模塊通過串口與單片機進行通信，將單片機的P3.1和P3.2與指紋模塊的TXD和RXD連接，通過串口進行數(shù)據(jù)的傳遞，當(dāng)用戶將指紋按到模塊后，模塊對指紋進行定時掃描，并將指紋進行解碼的過程，然后形成數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。3.4顯示電路設(shè)計通過LCD1602顯示模塊對養(yǎng)老院安全監(jiān)控系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)進行顯示，直觀的了解當(dāng)前環(huán)境的各項指標(biāo)，它可以顯示顯兩行字符和數(shù)字，通過單片機的并行口連接，外部可以通過一個電位器進行對比度的調(diào)節(jié)，模塊包含一個驅(qū)動IC和一個控制IC，使用方便，數(shù)據(jù)表達(dá)直觀。CC2530單片機控制液晶的讀寫等功能，實現(xiàn)單片機和液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)通信和指令通信，如果數(shù)據(jù)模糊不清，可以通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)整對比度，因為液晶模塊時集成模塊，單片機不需要增加其他外圍電路就可以直接控制液晶進行數(shù)據(jù)顯示，省去了復(fù)雜的電路，使系統(tǒng)的操作更加簡單，協(xié)調(diào)器節(jié)點使用液晶進行數(shù)據(jù)顯示，終端節(jié)點不使用液晶進行數(shù)據(jù)顯示，LCD1602液晶顯示電路如圖3-4所示。圖3-4LCD1602液晶顯示電路圖基于單片機的智能門鎖系統(tǒng)采用LCD1602進行數(shù)據(jù)的顯示，在本課題中將通過它來顯示各個數(shù)據(jù)，單片機通過控制液晶的讀寫引腳和內(nèi)部的寄存器來控制液晶的數(shù)據(jù)顯示，液晶與單片機是通過并行口來連接的，液晶顯示模塊的DB0DB7分別與單片機的P1_0到P1_7相連接，通過這8個I/O口接收單片機的數(shù)據(jù)，RS、RW、R分別是液晶模塊的讀寫控制引腳，單片機需要控制這3個引腳來選擇液晶的工作模式，VO為液晶的背光調(diào)節(jié)端口。3.5信息存儲電路設(shè)計智能門鎖系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)量比較大，實時性比較強，因此需要將顯示的一些數(shù)據(jù)信息提前存儲在數(shù)據(jù)芯片中，這樣在顯示不同內(nèi)容的時候，只需要調(diào)用就可以，它的作用是為了保存用戶設(shè)置的密碼，它的SCL、SDA端分別接單片機的T0、T1端,用于與單片機之間讀寫操作的數(shù)據(jù)傳輸，WP接低電平表示單片機可以對器件進行正常的讀/寫操作，高電平表示芯片進入到寫保護狀態(tài)，只能通過單片機讀到數(shù)據(jù)，不能往里寫數(shù)據(jù)，E0、E1、E2是器件地址輸入端，都接低電平所以增加數(shù)據(jù)存儲電路來對數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù)存儲電路圖如圖3-5所示。圖3-5數(shù)據(jù)存儲電路圖本系統(tǒng)使用的的存儲芯片是AT24C02芯片，單片機通過控制SCL和SDA來將實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫和控制等功能的操作，通過這兩個引腳來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，芯片的WP與單片機的P1.3相連接，單片機控制芯片的讀寫保護操作，SCL和SDA分別和單片機的P1.4、P1.5連接，單片機通過這三個引腳來控制讀寫芯片，地址線全部都接地，表明芯片的尋址從000開始，SCL和SDA都需要加上拉電阻增強單片機對芯片的控制能力，電阻的阻值一般取4.7K，通過單片機的控制，系統(tǒng)實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的寫入和讀取。3.6控制電路設(shè)計繼電器電路是對門鎖進行控制的電路，單片機的驅(qū)動能力有限，無法直接驅(qū)動大負(fù)載電路，因此要繼電器電路來進行間接的控制，達(dá)到弱電控制強電的目的。在智能門鎖系統(tǒng)中，通過開關(guān)量輸出電路來控制門鎖，當(dāng)輸入的射頻信號或者指紋、密碼正確時，單片機通過輸出信號給晶閘管打開門鎖，這些器件組成的電路就是門鎖的驅(qū)動電路，繼電器電路如圖3-6所示。圖3-6繼電器控制電路門鎖驅(qū)動電路由晶閘管，繼電器兩個主要部分組成，通過單片機的控制來實現(xiàn)對門鎖的間接控制，繼電器電路以及限流電阻等，圖中Q3為晶閘管放大電路，它是由晶閘管、電阻組成的共集電極放大電路，主要是對單片機的驅(qū)動信號進行放大，然后在通過放大后的信號控制繼電器，繼電器的D1是續(xù)流二極管，防止電路中存有電荷導(dǎo)致繼電器的觸電遭到損壞，繼電器的另一端連接門鎖，通過單片機的信號來進行控制。3.7報警電路設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)檢測到密碼錯誤時，則系統(tǒng)通過蜂鳴器進行報警，提醒小區(qū)用戶，但是對于單片機來講，它的輸出能力比較弱，與之連接的P0_0口的灌電流比較小，因此，僅靠51單片機的P0_0口電流來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出的聲音會很弱，因此，需要將單片機發(fā)出的信號放大后再發(fā)送給蜂鳴器，這是就需要三極管來實現(xiàn)放大的作用，單片機與蜂鳴器的基極相連接，如果系統(tǒng)檢測到濃度異常或者距離過近，則單片機會控制蜂鳴器進行報警，報警電路由兩部分組成，包括三極管電路，蜂鳴器，三極管電路將單片機輸出的電流放大，然后驅(qū)動蜂鳴器，報警電路如圖3-7所示。圖3-7報警電路圖3.8按鍵電路設(shè)計本設(shè)計使用的是矩陣鍵盤，KP3到KP14時3*3的矩陣鍵盤，每個按鍵代表從1到9的九個數(shù)字，對應(yīng)的是鍵盤功能，KP16代表*號鍵，KP17代表的是0號按鍵，KP14代表的是#號按鍵，KP5是設(shè)置按鍵，KP7是確定按鍵，KP13是退格按鍵，KP15是復(fù)位按鍵，每個按鍵代表不同的功能，同時它們必須要通過4.7K的上拉電阻與電源相連接，這樣能有效防止單片機I/O收到干擾，產(chǎn)生誤判斷。具體電路如圖3-8所示。圖3-8按鍵電路3.9電源電路設(shè)計穩(wěn)定的電源是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，在基于單片機的智能小區(qū)門鎖系統(tǒng)中，需要使用+5V電源，選擇合適的變壓器和轉(zhuǎn)換芯片來為系統(tǒng)供電，配合外部的濾波電容，實現(xiàn)對紋波的濾除，電源電路如圖3-9所示。圖3-9電源電路圖首先通過變壓器將市電轉(zhuǎn)變，220V交流轉(zhuǎn)換成+5V交流電，通過整流二極管將交流轉(zhuǎn)換成直流，二極管型號為1N4007，共使用4只，經(jīng)過二極管輸出后的電壓可以達(dá)到+5V，為外部模塊和傳感器供電，然后在經(jīng)過LM7805芯片將+5V電壓為單片機最小系統(tǒng)供電，電源電路的輸入和輸出都需要連接濾波電容，通過濾波電容可以將電源中的紋波和高頻干擾過濾掉，并在大電容兩側(cè)并聯(lián)小電容，降低大電容的內(nèi)阻，避免高頻電源對單片機系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。本章小結(jié)本章對硬件電路進行了設(shè)計，包括單片機的最小系統(tǒng)，通過最小系統(tǒng)對指紋模塊的數(shù)據(jù)進行處理，同時還設(shè)置有矩陣鍵盤，通過鍵盤來輸入密碼或者設(shè)置解鎖模式，液晶電路用來顯示數(shù)據(jù)，例如用戶的指紋信息，解鎖時的密碼等等，通過硬件電路的設(shè)計，完成了功能上的架構(gòu)。

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計在系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)上進行軟件的編程，其中單片機的程序負(fù)責(zé)控制外圍電路實現(xiàn)不同的功能，其中包括主程序的設(shè)計和子程序的設(shè)計，主程序通過調(diào)用子函數(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)換、傳遞等。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計系統(tǒng)上電后首先進行單片機初始化，對使用到的子程序和寄存器進行初始化，初始化完畢后，通過控制液晶顯示相應(yīng)的信息，系統(tǒng)進入到一個穩(wěn)定運行的狀態(tài)，這時，如果單片機檢測到讀卡器或者指紋模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，則單片機將數(shù)據(jù)與存儲芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)進行比較，如果與存儲芯片內(nèi)的某一組數(shù)據(jù)相同，則執(zhí)行對應(yīng)的密碼鎖，若沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，則液晶顯示器顯示指紋錯誤，請重新輸入，待用戶重新輸入在進行檢測。如果系統(tǒng)開機后，設(shè)置按鍵被按下，則進入操作界面，通過界面上的指示，選取對應(yīng)的功能。功能一，錄入射頻卡和指紋信息，選取錄入功能后，程序控制單片機對模塊進行驅(qū)動，指紋模塊將對指紋進行錄入，當(dāng)錄入成功后，系統(tǒng)會將指紋信息存出在AT24C02中，同時為每一個指紋和射頻卡寫一個編號。功能二，進行密碼設(shè)定，選擇密碼設(shè)定功能后，通過數(shù)字鍵盤設(shè)定新的密碼，設(shè)定后確認(rèn)，下次系統(tǒng)開始后，將通過密碼來進行解鎖。功能三，消除密碼/指紋，首先通過管理員密碼進入到設(shè)定界面，選擇消除密碼/指紋，則系統(tǒng)再次開啟后，將重新輸入密碼或者重新錄入指紋。當(dāng)無用戶使用時，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，當(dāng)接收到射頻信息后，系統(tǒng)被喚醒，開始執(zhí)行程序。主程序主要是對射頻信息、指紋信息進行檢測和對鍵盤進行檢測，同時判斷是否信息正確，若有信息正確，則打開門鎖，否則執(zhí)行報警程序，系統(tǒng)數(shù)據(jù)被存儲在EEPROM中，液晶模塊顯示系統(tǒng)的信息，主程序框圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖4.2信息識別子程序設(shè)計射頻卡讀卡器和指紋模塊在單片機的命令下進行數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)有射頻卡進入到射頻卡讀卡器線圈的工作范圍內(nèi)以后，門禁主機通過射頻卡讀卡器電路獲得改卡的卡號信息，并對存儲器進行讀操作，判斷該房間號是否正確。如果正確則語音提示“請輸入密碼”，密碼正確后打開電子鎖，否則有相應(yīng)的錯誤提示。信息識別子程序如圖4-2所示。圖4-2傳感器子程序流程圖當(dāng)單片機上電初始化后，讀卡器和指紋模塊開始初始化，如果單片機向識別模塊發(fā)送指令，則讀卡器和指紋模塊將實時的發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機。如果通過手動控制按鍵發(fā)送數(shù)據(jù)，則單片機得到按鍵信息后進行判斷。當(dāng)單片機接收到數(shù)據(jù)后，通過程序?qū)?shù)據(jù)進行處理，處理后對數(shù)據(jù)進行對比，并根據(jù)與數(shù)據(jù)庫的對比結(jié)果來執(zhí)行下一步的控制。4.3顯示子程序設(shè)計基于單片機的智能門鎖系統(tǒng)的過液晶來顯示系統(tǒng)的傳感器信息，液晶顯示數(shù)據(jù)之前首先要設(shè)置好顯示的位置，就是設(shè)置光標(biāo)。然后需要設(shè)置清屏，將屏幕上之前的內(nèi)容清楚。清屏結(jié)束之后，需要對下一組數(shù)據(jù)顯示的位置進行初始化，以確定顯示在哪一行那一列。設(shè)置好之后，如果有顯示的內(nèi)容則將顯示的內(nèi)容寫入液晶，將顯示內(nèi)容寫入對應(yīng)的地址，最后液晶上就會顯示出對應(yīng)的內(nèi)容，液晶顯示程序流程圖，如圖4-3所示。圖4-3顯示子程序流程圖4.4按鍵子程序設(shè)計系統(tǒng)初始化完畢后，單片機首先對I/O口進行掃描，當(dāng)單片機檢測到有某個按鍵被按下后，讀取相應(yīng)的鍵值，然后再根據(jù)相應(yīng)的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的子函數(shù)，執(zhí)行完子函數(shù)后再回到初始狀態(tài)。按鍵分別與單片機的8個IO口連接，通過上拉電阻與5V直流電相連接，因此，在按下按鍵的瞬間，單片機會接收到不規(guī)則的電平，這種電平會導(dǎo)致單片機的誤判，因此需要增加按鍵的延時去抖程序，保證單片機接收到正確的指令，程序框圖如圖4-4所示。圖4-4按鍵檢測子程序流程圖4.5驅(qū)動子程序設(shè)計單片機、傳感器、晶體管初始化完畢后，系統(tǒng)進入正常的運行，通過前端的識別模塊對射頻信息或者指紋信息進行采集，采集完畢后，如果單片機未做出反饋，則控制電路不工作，當(dāng)單片機判斷密碼正確后，則單片機控制驅(qū)動電路打開門鎖，則單片機根據(jù)不同的情況進行不同的反饋，單片機通過控制晶閘管和繼電器來控制門鎖設(shè)備，具體流程圖如圖4-5所示。圖4-5繼電器控制程序流程圖本章小結(jié)本章首先介紹了對系統(tǒng)的主程序進行設(shè)計，單片機是硬件電路的核心部分，通過寫入不同的子程序來實現(xiàn)不同的功能，其次分析了系統(tǒng)中使用的涉及到的子程序設(shè)計有顯示程序，最后通過這些子程序來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。第5章系統(tǒng)實物調(diào)試首先在軟硬件功能都實現(xiàn)的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)，對硬件電路進行檢測和調(diào)試，完善電路的功能，并對單片機進行程序的下載，驗證主程序的邏輯是否符合實際，并對系統(tǒng)的進行運行測試。5.1硬件調(diào)試經(jīng)過第三章的電路設(shè)計，系統(tǒng)具備了供電電路是否正常是系統(tǒng)能否正常工作的前提，因此首先對電源部分進行調(diào)試。接上電源，用交流檔測量變壓器次級輸出電壓應(yīng)為9V，然后用直流檔測整流器流濾波后的直流電壓在18V左右；最后測經(jīng)7805穩(wěn)壓后的電源電壓5V。電源部分測量完畢后，對單片機的最小系統(tǒng)進行測試，上電后，單片機的各個I/O應(yīng)該呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，通過萬用表進行電壓測量，電壓應(yīng)該在4.9-5.1V之間，然后測量復(fù)位電路是否發(fā)生電平變化，測量這些數(shù)據(jù)無誤后，則單片機最小系統(tǒng)有效。通過萬用表檢查模塊是否供電，然后通過像單片機中寫入一段測試程序進行測試，如果單片機接收到數(shù)據(jù)，則通過指示燈表示單片機已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)，若指示燈沒有點亮，說明硬件電路有問題，還需要進行調(diào)試。1.外接晶振調(diào)試通過示波器檢測晶振是否起振，振幅，起振時間等參數(shù)是否滿足要求，并進行波形保存和參數(shù)數(shù)據(jù)記錄，如果晶振沒有起振，一般說明主芯片沒有正常工作，但有些芯片上電缺省采用內(nèi)部晶振，需要軟件配置后，外部晶振才可以起振；有些主芯片有CLKO管腳，即缺省32.768KHz的時鐘輸出，可通過示波器檢查此管腳是否有時鐘輸出，開確定主芯片是否上電正常工作。2.復(fù)位信號調(diào)試復(fù)位信號電壓是否滿足設(shè)計要求，上電復(fù)位時間是否滿足要求；如果外部有硬件看門狗，測試其是否按照設(shè)計要求復(fù)位。并進行相關(guān)波形保存和參數(shù)數(shù)據(jù)記錄。3.液晶顯示調(diào)試通過單片機與液晶連接的P0組的I/O口寫入一段顯示程序，如果液晶顯示器能正常顯示，說明，電路正確，如果不能正常顯示，檢查與I/O口連接的數(shù)據(jù)線。4.讀卡器電路調(diào)試通過射頻卡接近讀卡器，如果讀卡器發(fā)出讀卡聲音，則說明射頻卡已經(jīng)識別。5.指紋識別電路調(diào)試將指紋按在模塊上，能夠進行是識別說明系統(tǒng)電路無誤。測量完關(guān)鍵電路后，對電路的按鍵電路等進行測量，同樣是通過萬用表進行點評的測量，待所有電路測量完畢后，系統(tǒng)的硬件電路就可以正常工作了。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試與系統(tǒng)試機。經(jīng)過以上幾步的測試，說明外圍電路都已工作正常，接下來對軟件進行調(diào)試。這部分的調(diào)試是整個系統(tǒng)調(diào)試的重點。調(diào)試中采用模塊程序逐一添加的方法進行，先對系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示部分進行程序設(shè)計，通過程序來控制數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示電路的電阻值，再配合程序顯示出正常的字符，待液晶完畢后，在對本設(shè)計中的關(guān)鍵部分進行程序設(shè)計，同時再在程序中加入濾波函數(shù)，將數(shù)據(jù)進行平均，得出最接近實際的數(shù)據(jù)。然后在程序中加入按鍵判斷程序和通訊程序，通過現(xiàn)象驗證程序的正確行，最終，系統(tǒng)實現(xiàn)了全部的功能，至此，整個系統(tǒng)制作完成。實物圖如圖5-1所示。圖5-1實物圖本章小結(jié)本章對系統(tǒng)的軟硬件進行了調(diào)試，介紹了所需的調(diào)試工具，以及檢查方法，還重點講述了容易出現(xiàn)的問題以及出現(xiàn)問題的解決方法，并介紹了如何驗證是否出現(xiàn)問題，以及如何運行可以確定為正常運行，通過調(diào)試使系統(tǒng)完成預(yù)期的功能。結(jié)論本設(shè)計通過單片機來控制系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)的處理，用戶的信息識別采用讀卡器和指紋傳感器，還有按鍵，然后通過程序設(shè)計，接收傳感器發(fā)來的數(shù)字量，并將數(shù)字量進行處理，得到實際的用戶信息，單片機接收到數(shù)據(jù)后通過液晶示出來。同時系統(tǒng)可以通過外部的按鍵來設(shè)定密碼，系統(tǒng)一共有16個按鍵，如果系統(tǒng)運行期間不進行按鍵設(shè)置，則當(dāng)單片機默認(rèn)通過讀卡器和指紋來進行識別，系統(tǒng)也設(shè)有報警電路，可以當(dāng)系統(tǒng)密碼錯誤是發(fā)出報警。通過硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，系統(tǒng)已經(jīng)具備了對門鎖的智能化控制。這種安防系統(tǒng)被應(yīng)用在很多領(lǐng)域中，尤其是一些辦公樓，公司，小區(qū)等。系統(tǒng)可以分為以下幾點功能：（1）使用射頻卡、指紋、按鍵進行解鎖；（2）通過蜂鳴器進行狀態(tài)提醒；（3）液晶模塊顯示系統(tǒng)信息；（4）繼電器控制門鎖，密碼正確則打開。本文通過前面四章內(nèi)容對該系統(tǒng)整體方案的提出，軟件以及硬件的設(shè)計進行詳細(xì)的論述概述了目前國內(nèi)外門鎖系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，提出智能門鎖系統(tǒng)的市場可行性。并機進行系統(tǒng)的設(shè)計方案以及系統(tǒng)工作特點分析。完成硬件電路中各個模塊進行設(shè)計，包括元器件的選型，所選器件的工作原理以及端口功能。最后對系統(tǒng)的軟件進行設(shè)計，包括單片機主要程序的編寫，通過課題設(shè)計，系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能門鎖的預(yù)期功能，實現(xiàn)對門鎖的更新。通過軟硬件的調(diào)試，完成系統(tǒng)平臺功能設(shè)計，并進行軟硬件的聯(lián)調(diào)，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)期功能。致謝首先要感謝論文指導(dǎo)老師和其他的各位老師們。指導(dǎo)老師對論文的研究方向做出了指導(dǎo)性的意見和推薦，在論文撰寫過程中及時對遇到的困難和疑惑給予悉心指點，提出了許多有益的改善性意見，投入了超多的心血和精力。在此對周老師的幫忙和關(guān)懷表示誠摯的謝意!同時，還要感謝老師們和所有同學(xué)們，在論文編寫中帶給的大力支持和幫忙，帶來極大的啟發(fā)。度過了一段完美難忘的大學(xué)時光，也要感謝參考文獻中的作者們，透過研究文章，對研究課題有了很好的出發(fā)點。最后，謝謝論文評閱老師們的辛苦工作。衷心感謝、朋友，以及同學(xué)們的鼓勵和支持下才得以順利完成此論文。參考文獻[1]章曉智．應(yīng)用飛思卡爾單片機的小區(qū)智能巡邏車設(shè)計[J]．淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2019，19(05)：125-127[2]焦靈俠．基于單片機的小區(qū)安防系統(tǒng)的研究[J]．現(xiàn)代信息科技，2019，3(18)：25-27[3]吳瓊，王鵬，蘇紅，蘇鴻飛．智能安防系統(tǒng)助推小區(qū)向智慧管理邁進[J]．電子測試，2019(18)：50-52[4]汪濤．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計[J]．中阿科技論壇(中英阿文)，2019(03)：21-24+127-130[5]阮有兵，徐海黎，萬旭，沈標(biāo)．基于人臉識別的智慧小區(qū)門禁系統(tǒng)[J]．電視技術(shù)，2019，43(01)：90-93+120[6]王雪飛．基于智能手機的小區(qū)門禁管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017(11)：139+142[7]張坤．智慧小區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]．重慶郵電大學(xué)，2017[8]楊榮秀．基于指紋識別技術(shù)的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)的設(shè)計[J]．科技與企業(yè)，2016(05)：88+90[9]姚海燕．基于MCS-51單片機的智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計[J]．常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，15(01)：21-23[10]李玉麗．指紋識別門禁系統(tǒng)在智能小區(qū)的研究[J]．黑龍江科技信息，2015(34)：82-83[11]宋凡．智能小區(qū)裸眼3D門禁系統(tǒng)設(shè)計研究[D]．南昌大學(xué)，2015附錄一電路圖附錄二部分程序代碼#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbitcp=P1^0;sbitsck=P1^1;sbitso=P1^2; 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