基于单片机的智能小区门禁系统设计毕业论文

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1、基于单片机的智能小区门禁系统设计学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 电气信息工程学院 年级专业： 电子信息工程 指导教师： 助理指导教师： 二一五年五月 摘 要摘 要随着国民经济的发展和经济全球化进程的加快，人们对于高科技服务于生活的要求也越来越高，中国安防产业也取得迅速发展，安防行业领域不断扩大；然而，人们感受着高科技给他们带来的极大便利和在财富不断增长的同时，也带来了许多不安全因素，仅仅依靠单一的物理防范远远不够的。于是智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。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。而智能小区中

2、，作为从进入小区开始的第一道关小区门禁系统，是其中一个关键。所以此次，我便是基于单片机设计和制作了一个简单的智能小区门禁系统。再采用RC522读卡器模块，射频卡，还有一些基本元件做硬件。软件部分用C语言，还有仿真软件结合完成。该门禁系统由门禁控制电路，门禁卡，刷卡感应部分，报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分组成。我设计的门禁系统能够实现刷卡进门功能，管理者对该片区的卡还能进行注册和注销的管理，如果有意外发生使系统崩溃，还能及时恢复。关键词：门禁系统，单片机，IC卡 ABSTRACTABSTRACTWith the development of the national economy a

3、nd the accelerating process of economic globalization , people for high-tech service life requirements are also getting higher and higher . China security industry has developed rapidly , expanding the field of security industry . However , people feel the high-tech give them great convenience and w

4、ealth is growing at the same time , also has brought many unsafe factors . So only rely on is not enough to prevent physical single . The intelligent entrance guard system appears in time and again .The intelligent entrance guard system is a set of high-tech technology one kind of comprehensive mult

5、idisciplinary , it involves a lot of new technology in the field of electronic , mechanical , optical , computer technology , communication technology , biological statistics , etc . Intelligent residential area , residential entrance guard system is entered from the district started the first road

6、, is one of the key .So this time , I designed and built a simple intelligent access control system based on single-chip . Then the RC522 card reader module , RF card , and some basic elements as the hardware . Software part using C programming language , there is completed based on simulation softw

7、are .The system is composed of access control card , card reader , the access controller , alarm circuit , liquid crystal display circuit , cancellation and registration . The access control system I designed can open the door when swing card . The management of registration and cancellation of the

8、area but also management . If the system fails when an accident happened , it can recover immediately .Key words：Access Control System，SCM，IC card 目 录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 门禁系统及研究意义11.2 国内外研究现状和发展趋势22 方案论证和研究内容32.1 门禁卡的选择32.2 单片机控制芯片32.3 蜂鸣器问题42.4 本课题研究内容42.5 本课题设计要求53 系统硬件设计63.1 门禁系统的组成63.2 门禁系

9、统的工作原理73.3 门禁系统的设计思路83.4 门禁控制器电路与显示电路93.4.1 原理图93.4.2 STC89C58单片机93.4.3 LCD1602液晶显示屏113.5 报警控制电路123.5.1 原理图123.5.2 工作原理123.5.3 功能说明133.6 继电器电路133.6.1 原理图133.6.2 工作原理133.7 刷卡模块供电电路143.7.1 原理图143.7.2 工作原理143.8 USB供电电路与复位电路153.8.1 原理图153.8.2 工作原理153.9 注销注册电路163.9.1 原理图163.9.2 操作说明163.10 RC522模块163.11 硬

10、件设计注意事项174 系统软件设计184.1 软件设计流程图184.2 程序设计204.2.1 管理部分程序204.2.2 液晶显示部分程序204.2.3 读卡器程序215 电路仿真225.1 Keil软件225.1.1 Keil软件的介绍225.1.2 Keil软件的使用225.2 Proteus软件245.2.1 Proteus软件的介绍245.2.2 Proteus软件的使用255.3 系统仿真结果256 PCB设计266.1 PCB设计软件266.1.1 PCB原理图设计266.1.2 PCB板设计方法276.2 PCB的EMC设计276.2.1 元器件布局的基本原则276.2.2 布

11、线设计原则287 组装与调试307.1 系统组装307.2 硬件调试307.3 软件调试317.4 软硬件联合调试317.5 调试结果32结论33参考文献34附录A：程序35附录B：原理图44附录C：元件清单45附录D：实物操作图46致谢49I 1 绪论门禁系统作为出入口控制系统，是一种新型的现代化安全管理系统。它的作用在于管理人群是否可以进出重要管制区域，限制没有经过允许的人进入，为所需保护的对象提供安全有效的保障，在必要时还要做到查询相关出入记录。在财富不断增长的今天，人们对安全问题的关注促使社会对安防产品的需求日益增长。小区的门禁系统就是保障住户人身财产安全的目前常见的办法。1.1 门禁

12、系统及研究意义在这个科学飞速发展，技术日新月异的信息时代。我们可以感受到信息时代带给我们的方便和好处，与此同时高科技服务着我们的生活。不过，我们周围的不安全因素也变得不同，高科技犯罪与日俱增，仅仅依靠以前的普通门锁、防盗门或监控是不够了。由此智能小区门禁系统应运而生。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

13、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。所以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。之后，电子芯片的高度集成化和生物识别技术开始发展，出现了智能门禁系统。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。1.2 国内外研究现状和发展趋势门禁系统被引进国内已有十多年的历史了，从最初的独立型、密码型或是刷卡型，发展到现在感应读卡以及联网型。如今在小区中应用的还是密码门禁

14、和刷卡门禁。密码门禁成本低，而且使用方便，但是安全系数较低，只适合应用于对安全需求不高的场所。随着技术的进步和人们对于安全的需求不断提高，密码门禁逐渐被刷卡门禁代替。IC卡门禁具有逻辑加密功能，不易被破解，安全系数较高，现在已被普遍应用在小区门禁中。进入到90年代中期由于非接触式读写技术、IC卡技术及通讯技术的不断发展，真正意义上的门禁系统在企业管理中发挥作用变为了现实。非接触式IC卡（又称射频IC卡），使世界上近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术结合起来，解决了无源(卡中无电池)和免接触这一难题，是卡应用领域的一大突破。随着国内金卡工程各类项目的深入开展，IC卡技术在社会经济生

15、活的大部分领域得到了应用。国内经过近几年的市场准备，以及系统集成技术的不断完善, 非接触式IC卡已经得到了行业人士以及相当一部分用户的认同。非接触式IC卡应用快捷、灵活，易于保管，可靠性高的众多方面赢得了国内人士的信心，可以预测，在不远的将来，非接触式IC卡会在更大范围的加以推广应用。目前国内外的门禁系统的技术发展很快，更新换代的速度也很迅猛。从系统架构上看，有RS485架构，RS485+IP网络混合架构和全IP网架构，三网并存。其中RS485架构最为普及，发展较快的却是全IP网架构，但是用户还是较为钟情于RS485+IP网络混合架构。读卡技术也是发展很快，近年CPU卡将逐步取代IC卡，不过普

16、及还需要些时间。而新兴的生物识别技术将会受到用户的青睐，特别是指纹，掌型以及面相的识别。目前，被越来越多的人所推崇的“一卡通”，因为都是基于感应卡或生物特征的身份识别，所以门禁系统有很大的趋势会向其发展。现在因为“一卡，一库，一平台”的前景，还有与网络的联合给门禁系统的应用和维护带来很大的方便，这一趋势正逐渐被市场所接受。现在生物识别门禁系统是新兴的一种门禁系统。生物识别技术是通过各种生物特征采集传感器和生物统计学原理等手段密切结合，利用人体固有的生理特征和行为特征来进行个人身份认证技术。利用生物识别具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地地可用的特点。目前指纹识别门禁

17、系统应用最为广泛。22 方案论证和研究内容本次设计的门禁系统由门禁控制器，刷卡感应部分（即读卡器部分），报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分和门禁卡2张组成。设计需要实现刷卡进门，蜂鸣器报警，用户卡注册注销，一键复位的功能。在实现这些要求和功能的过程中，实现这些功能的方式有很多种，不过要选择其中更好更划算更耐用的方案，才能使整个系统更加完美。2.1 门禁卡的选择在选择门禁卡的时候，面临着两种选择：方案一是使用接触式IC卡，方案二是使用非接触式IC卡。顾名思义，接触式IC卡需要与卡槽等读卡设备接触才可读写数据，而且接触式IC卡芯片封装在PVC料卡片中，芯片外露，所以抗干扰能力差，容易损坏，且

18、易被复制。这些缺点对于门禁系统来说都是致命的，抗干扰能力差和易损坏可能导致小区居民无法进入小区，已被复制又给了坏人可乘之机。而非接触式IC卡芯片封装在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。IC卡只要距离读卡器一定距离内，读卡器就可以读取卡内数据。虽然刷卡距离随着补偿电容的改变而改变，不过最大的刷卡距离有5至12CM。相比来说，非接触式IC卡保密性好，安全性能高，储存量大，传递速度快，同时便于携带并且抗干扰能力强。所以在这两种方案中，选择方案二，使用非接触式IC卡。2.2 单片机控制芯片智能小区的门禁系统的核心部分便是单片机，不过目前市面上常见的两种单片机控制芯

19、片是AT89S52和STC89C58，所以问题是到底用哪一种。方案一是使用AT89S52，方案二是使用STC89C58。AT89S52芯片它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。易失性存储与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有8 位CPU 和在系统 可编程Flash，拥有256字节的数据储存空间。STC89C58芯片内部集成有8K字节Flash程序存贮器，系统完全采用SPI通信，其接口管脚少、连线简单。而且与传统51单片机不同的是，STC89C58可以用串口下载程序。同时STC89C58是低电压、加密性强，高性能的CMOS 8位单

20、片机，拥有512字节的数据存储空间。AT系列的需要下载器才能写程序，而STC系列的用串口线就可以下载进去了。而且STC可以在线编程很方便。AT系列的是没有ISP端口的，而STC已经集成了这个端口。这样一番比较下来STC89C58比AT89S52使用起来更方便且性能也略高一筹，所以选择方案二使用STC89C58单片机控制芯片。2.3 蜂鸣器问题门禁系统中蜂鸣器有着很多作用，但是蜂鸣器容易出现不响或者不停地响的问题。所以为了预防这种情况的发生，我给蜂鸣器连上一个三极管，用来驱动蜂鸣器，同时也能保护蜂鸣器。三极管有放大电流的作用。以共发射极接法为例，当基极电压有一个微小的变化时，基极电流也会随之有小

21、的变化，受基极电流的控制，集电极电流会有一个很大的变化，基极电流越大，集电极电流也越大。反之，基极电流越小，集电极电流也越小。但集电极电流的变化比基极电流的变化大很多，这就是三极管的放大作用。2.4 本课题研究内容这次我的设计是基于单片机的智能小区门禁系统，是小区的第一道关。本次设计是以单片机为控制核心，利用IC卡感应，识别用户，判断该用户所持的卡是否为已有的用户卡，判断该用户是否安全，判断该用户能否进入小区，从而做到小区的第一道筛选。从而保护小区中的居民的人身与财产安全，同时维持小区居民生活环境的和谐。本次设计的智能小区门禁系统由刷卡感应部分（即读卡器），门禁控制电路，报警控制电路，液晶显示

22、电路，注册注销部分和门禁卡组成。其中为了方便管理人员对用户进行管理和用户使用的方便，将门禁卡分为管理卡和用户卡。该门禁系统中设计有报警系统。用户IC卡正确时，刷卡识别后继电器动作，门打开进入小区即可，但是如果出现错误的用户IC卡时将会不识别，继电器不动作，这样持卡人就无法进入小区。此次设计为了能让管理者方便地管理IC卡，在设计管理卡的使用时特意避免了繁琐的操作并联网，使得整个系统更加地安全便于查询。此次课题我采用的是非接触式IC卡，可以说属于RFID射频卡范畴，是一种经常使用的门禁卡系列。RFID卡是一种拥有无限射频自动识别技术非接触式卡，它只要通过射频信号识别，无需人工干预，在各种恶劣环境和

23、高速运动的情况下都可自动识别，同时RFID卡一次能读取多个卡。因此使用这种卡能够避免普通接触式IC卡的不足，同时还能避免很多外界的因素的干扰，使我的门禁系统更加稳定可靠。2.5 本课题设计要求读卡功能注册、注销用户卡功能刷卡后开门按键控制管理卡操作蜂鸣器实现刷卡、操作提示一键复位功能USB供电显示功能3 系统硬件设计如果把一个完整的系统比作一个人的身体，那么硬件部分便是骨骼，没有骨骼整个身体就是软趴趴的，所以硬件部分就是整个系统的支撑。有了硬件这样的骨骼，我们才能在后面为这个身体加上血肉，用软件部分来丰富系统，让系统完美地实现其功能。此次门禁系统的电路包括主要的门禁控制器电路与液晶显示电路，还

24、有门禁控制器外围的报警控制电路，复位电路，刷卡模块供电电路，USB供电电路，注册注销电路六大部分。这六部分为整个门禁系统从理论到功能实现搭建了桥梁，每个部分都实现了其中的一个功能，从而完成了整个门禁系统。本次门禁系统中的这些电路都是一些基本的电路，经过小小的改动便能实现更多的功能。这些电路都是我们平时书上教的，这次设计我将书本上的电路实体化，为我的硬件所用，帮助我实现了门禁系统的功能。3.1 门禁系统的组成该门禁系统由门禁控制电路，刷卡感应部分（即读卡器部分），报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分和门禁卡2张组成。如图3.1所示。系统中最为核心的部分是门禁控制器，门禁控制器是整个门禁系统的

25、心脏，它控制着门禁系统的所有处理和操作。而在门禁控制器中最核心的是单片机，一切执行指令通过单片机发出。在门禁卡方面，为了方便管理，我将门禁卡分为管理卡和用户卡。用户卡提供给住户使用，只有开门功能。管理卡顾名思义，除了具有开门功能，还有对用户卡进行管理的功能，包括注册和注销用户卡。注册和注销的卡会通过读卡器被门禁控制器部分储存起来，然后连接的电脑就会记录每张卡的信息。因为系统联网，所以每次操作都会被电脑记录下来，方便以后的查询。报警响应部分用蜂鸣器来体现。该部分的主要工作是用利用蜂鸣器发出不同的声音来提示管理者IC卡的识别结果和整个系统是否出现问题。液晶显示部分用来显示刷卡后用户的基本信息。注册

26、注销部分是分为注册和注销两个按键，只需将卡放在读卡器处，按下按键即可完成操作。另外，为了以防万一，在系统出现大问题后利用复位装置，使整个门禁系统复原，重新开始工作。图3.1 门禁系统的组成3.2 门禁系统的工作原理门禁卡置于RC522刷卡模块上时，正确识别后液晶上显示门禁卡的卡号和卡对应的使用者名字缩写，如果卡号为注册过的卡，显示认证成功英文，且蜂鸣器发出声音，继电器会动作，模拟门打开。注册卡流程为，放置卡与刷卡模块上，待识别出卡号后，按下注册按键，同时液晶显示“Register OK！”，然后卡注册成功。注册成功的卡再次执行刷卡操作时继电器动作，模拟门打开。注销卡流程，刷卡模块识别出卡号后，

27、按下注销键，液晶显示“Cancellation OK！”提示注销卡成功，注销过后的卡再次刷卡时仅能识别出卡号，液晶显示认证失败“recognition ERR!”，继电器不动作，门不打开。蜂鸣器在不同的情况下，发出的声音则不同。如果读到错误或者没有注册过的卡，蜂鸣器长响。注册成功或注销成功后，蜂鸣器响一声。蜂鸣器没有相应，说明读到正确的卡或没有卡的状态。在我的门禁系统中设计了复位系统。复位系统是为了能防止程序跑飞或者死机的情况，特别是软件复位无效时，只能硬件复位时使用。在出现了以上情况后，按下复位键，上电复位，使系统突然停电后来电让工作状态回到初始的状态。使得门禁系统在最短的时间内恢复工作。3

28、.3 门禁系统的设计思路本设计采用STC89C58单片机作为核心控制部分，外围加报警控制电路，刷卡感应电路（即读卡器部分），报警响应电路，液晶显示电路，注册注销电路和USB和刷卡模块供电电路。门禁系统采用门禁卡刷卡进门，再通过在单片机上编入具体程序，设计实现以下功能：当刷卡时，首先识别是否为管理卡，如果是管理卡，进入管理卡功能的子程序，屏幕显示“Manage Mode!”；如果是用户卡，则开始判断此用户卡是否正确，正确则屏幕显示卡号和“recognition OK!”，继电器动作，错误则蜂鸣器长响，重新刷卡。在刷了管理卡进入管理卡功能的子程序后，便可执行注册注销卡操作。当系统崩溃是按下复位键，

29、系统恢复正常工作状态。因为此次设计为门禁系统，所以有电锁开关的动作。但是门加上电锁的设计价格太昂贵，所以为了本次设计的性价比最高，我选择使用继电器来模拟开关门的动作。用继电器模拟开关门的动作就不能客观直接地看到，所以在观察时用万用表来帮助。具体的方法是将万用表调到二极管档，将表笔放在开关输出触点，通过通断来判断开或关。本系统使用起来简单方便，具有一定的实用性。3.4 门禁控制器电路与显示电路3.4.1 原理图门禁控制电路与现实电路如图3.2所示。图3.2 门禁控制电路与显示电路3.4.2 STC89C58单片机门禁控制电路的核心部分为单片机，用的STC89C58,51系列单片机，跟52比起来内

30、存增大。本设计中利用了STC89C58单片机作为主控元件，它是一个小而完善的微型计算机，包含了中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O接口、定时器/计数器以及串行通讯接口等。在设计中，利用了单片机与刷卡感应部分（即读卡器部分），报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分，复位部分组成门禁控制系统。STC89C58是整个门禁控制系统的核心部分，通过程序的编写和执行，实现门禁功能，显示功能以及报警功能。此次设计用内部集成有8K字节Flash程序存贮器的STC89C58单片机作控制器，系统完全采用SPI通信，其接口管脚少、连线简单，有利于缩小门禁控制部分的体积。而且与传统5

31、1单片机不同的是，STC89C58可以用串口下载程序。STC89C58是宏晶公司生产的低电压、加密性强，高性能的CMOS 8位单片机。它的主要特点有：它拥有增强型6时钟/机器周期、12时钟/机器周期8051的CPU；其工作电压在3.8V-5.5V之间；工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0-80MHz，实际工作频率可达48MHz；用户可用的程序空间为32K；片上集成有1280字节的RAM；通用I/O口（32个），复位后：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；EEPR

32、OM功能，看门狗功能；外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断；共3个16位定时器计数器，其中定时器0可当成两个8位定时器使用；空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串口通信及中断系统继续工作；掉电方式RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚图如图3.3所示：图3.3 STC89C58引脚图3.4.3 LCD1602液晶显示屏门禁系统的用户和管理者在刷卡和操作时，信息都会从这块LCD液晶显示屏上显示出来。LCD1602中的1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片

33、的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，引脚定义如表3.1所示：表3.1 LCD引脚定义表引脚号引脚名电平输入/输出作用1Vss电源地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5R/W0/1输入0=向LCD写入指令或数据1=从LCD读取信息6E1,10输入使能信号，1时读取信息，10（下降沿）执行指令7DB00/1输入/输出数据总

34、线line0（最低位）8DB10/1输入/输出数据总线line19DB20/1输入/输出数据总线line210DB30/1输入/输出数据总线line311DB40/1输入/输出数据总线line412DB50/1输入/输出数据总线line513DB60/1输入/输出数据总线line614DB70/1输入/输出数据总线line7（最高位）15A+VccLCD背光电源正极16K接地LCD背光电源负极3.5 报警控制电路3.5.1 原理图报警控制电路如图3.4所示。图3.4 报警控制电路3.5.2 工作原理单片机通过9012来控制蜂鸣器的工作和关闭。当Q1=1时，PNP三极管关闭，蜂鸣器停止工作。当Q

35、1=0时，PNP三极管导通，蜂鸣器开始工作。从而单片机只需要Q1输出0或1控制鉴别蜂鸣器即可。9012是一种最常用的普通三极管是一种低电压，大电流，小信号的PNP型硅三极管。和9013（NPN）相对。集电极电流Ic最大为-500mA集电极-基极电压Vcbo为-40V工作温度：-55 to +150主要用途：开关应用，射频放大这里的9012三极管用于驱动蜂鸣器的工作与否。在此次设计的另一处同样用到了9012三极管（Q2），这个三极管是用来驱动继电器的。因为继电器电流较大，单片机口线驱动能力有限，故需用三极管来驱动。在下一部分继电器电路就可以看到Q2的作用。3.5.3 功能说明蜂鸣器的声音不同，代

36、表的信息也是不同的。如果读到错误或者没有注册过的卡，蜂鸣器长响。注册成功或注销成功后，蜂鸣器响一声。3.6 继电器电路3.6.1 原理图继电器电路如图3.5所示。图3.5 继电器电路3.6.2 工作原理这里模拟电子锁控制采用9012三极管驱动5V继电器,单片机的输出OUT通过9012三极管驱动继电器, 继电器的输出直接接继电器线圈的一端,线圈的另一端接GND。继电器的公共点和长开点是两个开关输出触点。而电锁的开关正是靠这两点是否联通来控制的。当两个开关触点联通时就开门，反之如果两个开关触点断开就锁门。因此当单片机的输出端输出高电平时三极管倒通，9012的输入端为低电平，由于9012在这电路中起

37、到开关作用，因此9012输出为高电平。此时继电器线圈上有电流流过，继电器吸合，模仿电子锁的两个开关触点接通，电子锁开门。反之，如果单片机输出低电平三极管不倒通，9012三极管的输出为低电平，因此继电器线圈没电流，继电器不动作，模仿电子锁的两个开关触点保持断开，电子锁锁门。3.7 刷卡模块供电电路3.7.1 原理图刷卡模块供电电路如图3.6所示。图3.6 刷卡模块供电电路3.7.2 工作原理LM1117-3.3V稳压芯片为刷卡模块供电电路提供电源。它可以接成固定输出和可调输出。应用电路如图3.7所示：图3.7 稳压芯片应用电路3.8 USB供电电路与复位电路3.8.1 原理图USB供电电路如图3

38、.8所示。图3.8 USB供电电路与复位电路3.8.2 工作原理USB供电，USB电源线一端插入电脑，一端接板子的电源口，然后按下电源自锁开关，板子正常通电。正常通电后液晶显示字符交流接触器通过自身的常开辅助触头使线圈总是处于得电状态的现象叫做自锁。这个常开辅助触头就叫做自锁触头。在接触器线圈得电后，利用自身的常开辅助触点保持回路接通状态，一般对象是对自身回路的控制。这里我将常开辅助触点与启动按钮并联，这样，当启动按钮按下，接触器动作，复制触点闭合，进行状态保持，此时再松开启动按钮，接触器也不会失电断开。3.9 注销注册电路3.9.1 原理图注销注册电路如图3.9所示。图3.9 注销注册电路3

39、.9.2 操作说明在设计的时候，为了使操作更加简单且易上手，注销注册的操作部分由两个按键组成。先刷管理卡，进入管理程序后，再将需要注销的卡放在读卡器上，需要注销按下注销键，按下后程序执行注销该卡的命令，注销卡成功。需要注册的卡操作与注销卡一样，按键时按下注册按键即可。3.10 RC522模块RC522属于高集成读写卡芯片中的一个，基本上是用在13.56MHz免触式通讯当中，是一款低电压，低成本，小体积的免触读写卡芯片。RC522模块可以使用调制和解调技术，都是比较先进的技术。它里面的发送器这块可以驱动卡片与天线的通讯，不需要其余电路。一个高效的解调解码电路在接收器部分工作，来计算应答器的信号。

40、另外，它还可以高速地进行CRYPT01保密算法。RC522传输室双向地模式，最高的速率能够达到424千比特每秒。RC522与其他高度集成的13.56MHz读卡芯片有许多相似之处，同时也具备诸多特点和差异。串行通信是它与主机间的通讯选用方式，且可根据各不相同的用户需求，选择串行外围设备接口、I2C或串行通用异步接收发送方式形式，有利于简洁布线，减缩PCB面积，降低产品成本。3.11 硬件设计注意事项读卡模块RC522外部电源接触不良或者严重的电磁干扰，则有可能偶然使读卡模块内部软件跑飞。天线周围如果有金属存在，则工作频率将受影响，读卡距离也受影响，严重时读卡反应迟钝，甚至不能读卡。避免的方法是所

41、有的金属材料尽量离开天线线圈，特别是天线前面不能有金属封板。金属封板会屏蔽电磁波，致使读卡完全失效。天线后面如果有金属封板，则应该离开天线线圈至少3厘米以上。读卡模块与模板注意是否有共地。如果使用的电源性能不良，将引起电压不稳，波纹太大，对读卡距离产生影响。外界的电磁杂波也会对读卡产生干扰。4 系统软件设计一个应用系统要完成各项功能，首先必须要拥有完善的硬件作为保证，同时还必须要拥有相应的设计合理的软件作为支持。尤其是在计算机应用十分发达的今天，许多需要由硬件来完成的工作，都可以通过软件的编程来代替。甚至有些需要采用非常复杂的硬件来完成的工作，有时采用软件编程会使工作变得很简单。因此充分地利用

42、其内部十分丰富的硬件和软件资源，采用我们平时学习和使用的C+语言以及结构化程序设计方法进行软件编程。所以，在硬件电路上一些未能实现的功能，我把他们放到了软件部分，用程序来解决，实现这些功能。4.1 软件设计流程图软件设计流程图如图4.1所示图4.1 软件设计流程图开始硬件初始化，蜂鸣器及继电器初始化显示待机界面全循环while（1）判断是否有刷卡操作RFID寻卡操作，防冲撞操作，读卡操作判断当前卡是否注册过认证成功Recognition OK！继电器动作认证失败Recognition ERR!蜂鸣器动作判断是否进行注册和注销卡操作注册操作Register OK！注销操作Cancellation

43、 OK！改变当前卡的注册注销状态，下次刷卡时显示出当前卡的状态显示待机界面，继电器蜂鸣器状态标志是否是否注册注销否4.2 程序设计4.2.1 管理部分程序这部分程序是管理卡刷卡后进入的程序。首先判断是否为当前卡进行注册注销操作，不操作则记录当前状态，需要进行注册注销操作时按下按钮，电平改变程序将信息反馈给液晶显示部分，同时改变当前卡的注册注销状态。下次刷卡时显示出当前状态。if(updata_rege_f !=0) /*有按键按下，判断是否进行注册或注销操作*/if(updata_rege_f=0x55)/*注册卡操作，刷卡的卡号存储eeprom中*/beep_p = 0;if( PcdAut

44、hState( PICC_AUTHENT1A, 4, DefaultKeyABuf, &CardRevBuf2 ) != MI_OK ) / 验证密码beep_p = 1;updata_rege_f = 0;goto skcl_pro;memset( CardWriteBuf, 0, 16 );if( PcdWrite( 4, CardWriteBuf ) != MI_OK )/ 写卡return;4.2.2 液晶显示部分程序液晶显示部分程序是在其他部分收到状态变化时，传递给显示部分，从而显示出相应的信息。开机时，屏上显示欢迎字样；刷卡成功时，显示“Recognition OK!”；当刷卡失败

45、，屏幕上则显示“Recognition ERR!”。注册注销卡也会有显示，当注册成功时，屏幕上显示“Register OK!”，当注销成功时，屏幕上则显示“Cancellation OK!”。所以，这一部分程序就是满足了这些需要。if(set_f =1) /显示注册成功 GotoXY(0,1);Print( Regesiter OK! );else if(set_f =2)/显示注销成功 GotoXY(0,1);Print(Cancellation OK!);elseif(ok_f=0)GotoXY(0,1);/显示认证成功Print(recognition OK! );else GotoXY

46、(0,1);Print(recognition ERR );/认证失败14.2.3 读卡器程序读卡器部分的程序，是负责在刷卡后，判断和读取卡上的信息。首先，是从是否刷卡开始判断，如果有刷卡则开始读取卡上的信息，如果注册过则继电器动作，如果这张卡没有注册过，则进入下一步。下一步是在注册注销动作后，改变卡上的信息，并且将卡上的信息存入电脑里。if(card_charge()=0) /*刷卡处理*/b_open_door_flag =0x55;/*卡识别成功*/else b_open_door_flag = 0;5 电路仿真5.1 Keil软件5.1.1 Keil软件的介绍开发单片机的第一步就是用K

47、eil软件编写程序。Keil编程软件是美国Keil Software公司专门针对51系列单片机C语言软件开发的应用软件，C语言编程与汇编相比，它在结构性、可读性、功能上、可维护性上有比较明显的优势，所以它易学易懂也易用。是现在很受欢迎的一种语言。Keil软件在提供的库函数是相当丰富的同时集成开发和调试的工具也是很强大的，可以运行在全Windows界面下。另外最主要的问题就是只需看一眼编译后出来的编译代码，就能够体会到软件生成目标代码的准确性到底有好好，大多数的语句所产生的汇编程序都比较紧凑，易于理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。5.1.2 Keil软件的使用第一步就是打开桌面上的K

48、eil软件，双击图标即可。打开软件后我们首先需要建立一个工程文件如图5.1所示，工程新建工程文件名。图5.1 Keil建立工程然后我们需要为工程选择设备，也就是选择所要使用的单片机型号，如图5.2所示，首先选定所用芯片的公司，再从公司里面的芯片来查找我们需要的芯片。图5.2 选择所用芯片建立好了我们的工程后，我们需要建立写入C语言的文件，如图5.3所示：图5.3 Keil建立文件文件新建好后我们就在新建的文件中写入我们的程序，程序完成后，我们要完成整个过程中最重要的几步首先我们要保存写入的文件，然后我们要将文件添加到我们第一步建立的工程里面。添加的方法如图5.4所示：图5.4 添加文件文件添加

49、完成以后，我们先保存工程文件，然后我们将对程序进行调试编译和执行。当然在编译之前我们要对编译属性进行设置，现在我们要对单片机进行仿真，而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5.5所示。图5.5 Keil设置输出文件设置好这些属性以后在对工程进行编译执行，如图5.6所示。当编译完成以后，如果后面出现了0错误就代表我们大功告成了。图5.6 Keil翻译5.2 Proteus软件 5.2.1 Proteus软件的介绍 Proteus作为现在目前市场上最好好用的模拟单片机外围器件仿真的工具。他不仅可以仿真51 系列、AVRPIC的单片机，也常用与对MCU 及其外

50、围电路（如马达，LED，AD/DA，LCD，RAM，ROM，键盘，部分IIC 器件部分，SPI 器件，.）。 Proteus 与其它仿真软件有所区别的是，它不但可以仿真单片机和CPU的工作情况，也可以对单片机没有参与的其它电路或单片机的外围电路的工作情况进行仿真。因此对程序调试和仿真时，关注的已经是单片机内部的内容，而是站在工程的高度直接关注电路工作和程序的运行的过程和结果。5.2.2 Proteus软件的使用双击ISIS 图标后，看到的界面就是Proteus的主界面。在使用前，要设定在view下的system下和捕捉图形界面大小、对齐的颜色等内容。通过在软件工具中的p命令，在pick dev

51、ices 窗口里面选择设计需要的元器件，放置好元件后调整他的相对位置和设置元器件的参数，连线元器件，程序的编写；在source 菜单的Definecode generation tools 菜单下，选择编译程序的工具、扩展名、路径等内容；在source 菜单的Add/removesource files 命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug 菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。5.3 系统仿真结果因为本次设计的小区门禁系统是基于单片机控制的，所以用proteus来做了仿真。本系统分为门禁控制部分，刷卡感应部分（即读卡器部分），报警响应部分，液晶显示部分，注册注销部分。为了在

52、仿真时能够更加明了地看到各部分电路，所以将这些电路分散开来。将每个部分连接起来，首先检查电路结构是否正确，然后检查的是各点连接是否合理和正确。打开主电源，看各部分是否正常工作，然后观察一些开关部分。在开关开合是其对应的部分是否有正确的反应。本次设计的门禁系统仿真主要是三个开关的仿真。电源按键，按下后整个系统能够正常工作。并且总供电断掉后再次按下开关，系统工作状态正常。说明功能实现。而注销和注册按键部分较为简单，在按下后蜂鸣器有声音即说明功能实现，电路正常。76 PCB设计6.1 PCB设计软件 Protel DXP 2004拓展了原来该软件原有的设计范围，Protel DXP的功能更加强大、风

53、格越发独特，同时界面也越发的好用，特别在PLD电路的设计和仿真领域有了很大进步，Protel 以前包含的作用它都继承。Protel现在已经是国内使用最广的EDA软件，它把设计设计PCB板图、仿真电路、电路原理图和设计PLD等许多实用功能组合在一起来完成EDA的工作，她是第一个吧EDA软件做成基于操作系统的应用产品。和Protel 99SE软件比较，Protel DXP有着更加完善的功能和更加成熟的风格，更加灵活的界面，尤其是在设计PLD电路和仿真方面有了重大改进。摆脱了Protel前期版本基于PCB设计的产品定,显露出一个普及型全线EDA产品崭新的面貌。6.1.1 PCB原理图设计Protel

54、 2004加入了新的库的概念，这让您在原理图中使用的元器件现在就有了您想要的封装，Protel 2004附带了六万八千多个元件的元件库，其中原理图FPGA的设计课随时调用及预综合元件集成库，并且所有封装都课全部符合您的需要，当然如果你不满意，你可以把这个元器件的封装改成您所需的，当然也能够在PCB库的编辑器制作您所想要的封装。下面将对Protel 2004的作图流程做一个简单的介绍。如图6.1。图6.1 作图流程6.1.2 PCB板设计方法 确定合适的元件封装生成网格表：查看各元件的封装DesignNetList for ProjectProtel 生成 .NET文件规划电路板SystemFi

55、lesPCB Board Wizard载入元件封装和网络DesignImport Changes FromValidate Changes（使变化生效）Execute Changes（执行变化）元件布局ToolsComponent PlacementAuto Placer （把右边的网格删掉，但可能把左边元件也删掉，可以先关闭软件，重启软件再删。）按照元件信号走向手动布局。布局均匀，导线不要有交叉。DesignBoard OptionsVisible GridGrid2 选择大的。就看不见背景网格设置布线规格（线的宽度和布线层面）DesignRulesRoutingWidthWidthAllW

56、idth右键New Rules网络在All上选择GND或者Routing LayersEnabled Layers选择Bottom Layer自动布线：Auto RouteALL布线原则：安全间距原则和安全载流原则6.2 PCB的EMC设计 在任何逆变电源设计中，PCB的布线问题都是最后一个环节，也是逆变电源能否调试成功的关键环节。如果PCB布线不当，不但会导致产生过多的电磁干扰（EMI），而且还可以造成逆变电源的工作不正常或不稳定。6.2.1 元器件布局的基本原则连接器及其引脚应该根据元器件在板上的位置确定。所有连接器最好在硬纸板的一侧，应该避免从两侧映出电缆，一边减小共模电流辐射。因为PC

57、B板上有高频数字信号，假如有共模辐射产生，那么电缆就是共模辐射理想的天线。I/O驱动器需要连接器紧靠，要避免I/O信号走线距离过长。如果其他连接器和高速的数字芯片之间信号没有直接的交换时，高速的数字集成芯片需要放在距离连接器比较远的位置。否则，高速的信号很可能利用磁场和电场的耦合对输出/输入环路造成差模干扰，同时利用接口电缆对外辐射。如果连接器与高速器件必须相连，就用该把高速器件丢在链接器处面。尽可能让走线短，然后依次安放中速器件和低速器件。否则，我们的高速信号就会穿过印制板才可以到达连接器，中、低速的电路产生较大的干扰。高速器件走线要尽量短，在我们的线路板上。发热器件必须要离集成电路远，最好

58、的做法就是放在边缘，以便于器件的散热。电感在布局的时候时，千万不可靠在一起，如果这样就会形成一个变压器并相互之间感应从而造成干扰信号，所以他们之间的间隔至少要保证具有一个器件高度，或者把两个电感成直角排列。很多的电磁干扰都来至于电源，集成电路的去偶电容应该尽量靠近IC的电源引脚，且去耦电容的引线尽量短。6.2.2 布线设计原则走线长度尽可能短；避免PCB导线的不连续性；迹线宽度不能突变，避免90拐角走线。PCB走线中应该遵循3W法则；所有走线的间隔距离满足：走线边缘间隔距离应大于或等于2倍走线宽度，也就是中心之间的距离为走线宽度的3倍。短截线；最小化环面积；信号路径和他的返回线紧靠在一起将有助

59、于最小化地环。过孔 我的PCB图如图6.2所示：图6.2 PCB图7 组装与调试之前的设计，仿真都已经完成了，现在就应该把这些理论变成实实在在的东西了。这一步也是十分关键的一步，能不能成功地做出门禁系统就再次一举了，所以一定要格外严谨，认真对待。7.1 系统组装系统组装的第一步是焊接电路。首先要做好准备动作。准备好需要的元件，焊接工具。准备好所需的元器件和工具以后，我们需要根据电路原理图安装好元器件，安装是要注意，元件要平整。安装元器件以后。下一步就该是焊接了，焊接时要注意焊接前要按处理焊盘，意义在于处理到焊盘上的氧化层。焊接要遵循先焊接小元件，在焊接大元件，先处理不容易焊接的元器件。焊接点的

60、要求如下：焊点一定要牢固，要有一定的抗机械硬度。焊点电阻要保证小，禁止漏焊和虚焊。焊点与焊接点之间不要出现碰焊，保证焊接点光滑。焊点不要出现缝隙、沙眼、毛刺和气孔。焊点要保证光亮和大小均匀。焊点不要有焊剂残留，保证其表面干净。焊接时要掌握好温度，不要损坏了元器件和影响元器件的指标。焊接好后硬件部分还没有完成，这才做到了第一步，因为在焊接过程中很有可能因为焊接技术的问题，把元件或电路板烧坏或没有焊接上，所以还要继续调试。7.2 硬件调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计错误和工艺性故障，还有在焊接过程中是否有元件损坏或者焊接问题。(1) 脱机检查。按照电路原理图用万用表逐步检测电路板中所有器件的各引脚，尤其是电源的连接是否正确；检查各开关按键是否能正常工作；为了保护芯片，应先对电源端电位进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。(2) 联机调试。暂时拔掉STC89C58芯片，将仿真器的40芯仿真插头插入STC89C58的芯片插座进行调试，检验按键电路是否