基于MCS-51 单片机的新型门禁控制器设计

2015-08-26邓宝安吕志刚杜晓斌

电子设计工程 2015年24期

邓宝安，吕志刚，杜晓斌，李彤，荆博

（西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安710032）

随着我国现代化、城市化步伐加快，以及新技术新材料的不断出现，防盗门作为一种新型建筑材料和结构形式，走进了千家万户。然而现有的防盗门仍就依靠传统钥匙打开门锁来实现开门这一动作，不仅开门繁琐，无报警功能，而且门锁最核心也最脆弱的位置是锁芯，利用机械钥匙的门锁，锁芯的位置就会一目了然，这将会给不法分子带来可乘之机。

本项目实施的目的在于，在单片机的控制下，通过RF 卡或语音识别或向GSM 模块发送短信，来实现非陌生人开门这一动作，通过对讲机模块来实现门内主人与门外到访人员的交流，并可一键开门，从而打破了只依靠钥匙开门这一固定模式，在安全方面，由于本门禁系统的“钥匙”与门锁之间是通过电信号进行通信的，因此可将其隔离开，在外面无法确知锁的位置，减小了门锁被外界暴力破坏的可能性，加之我们有门磁传感器来监控门的开合，在非法开门和忘记关门时，通过手机短信的方式通知房主并启动报警装置，门锁的安全系数显著提升，随着生活水平的提高，人们越来越注重生活质量，与财产安全，本课题实施的意义在于，通过多种自动开门方式，在一定程度上解放了人的双手；通过摆脱“钥匙”和“锁”之间机械的通讯方式和增加报警系统提高了门锁的安全性能[2]。

1 系统总体介绍

文中设计的新型防盗门，根据各部分所实现的功能可以划分为单片机模块，射频识别模块，语音识别模块，“一键开门”模块，防盗报警模块，GSM 模块，继电器控制模块等7 大模块，可以实现以下几种开门方式：

1）刷卡开门。 RF 卡模块通过RF 卡将信息传递给单片机，经单片机判定、识别后，发送指令给继电器控制模块，命令继电器模块驱动与门锁实现开门这一动作。

2）语音识别开门。首先需记录下一些人员的声音特点，并进行数字化处理后保存成库，当有人来访时，语音识别模块来访人员的声音进行数字化处理后与语音数据库中的信息相比对，并将比对结果传送给单片机，单片机通过比对结果来判断是否下达开门指令给继电器控制模块，从而实现开门这一动作。

3）一键开门。当来访人员没有不能通过RF 卡开门或语音识别开门时，还可以通过对讲机模块与主人交流，主人通过按键方式将信息传送给单片机，控制单片机发送开门指令给继电器控制模块，从而实现“一键开门”。

4）远程开门。当由于特殊原因，以上开门方式的条件无法满足时，例如房主人出差外地，而有人通过了主人的许可需要进入房内时，房主人可以将开门命令以手机短信的方式发送给GSM 模块实现“远程开门”。

当来访客人使用非以上方式开门时，防盗报警模块被触发，蜂鸣器响，GSM 模块发送报警短信给主人[1]。系统总体设计框图如图1 所示。

图1 硬件设计框图Fig. 1 Hardware design of block diagram

2 硬件设计

2.1 单片机最小系统设计

该模块做为整个系统的主控单元，控制协调各模块的工作，采用89C51 作为单片机模块的核心芯片，该芯片为8 位的CPU，以12M 晶振做时钟，具有32 根I/O 线，两个外部中断，两个16 位的定时器/计数器，全双工串行口。该芯片体积小，运行速度高，可靠性好，功耗低，性价比高，开发工具简单，功能实现容易。

最小系统包括电源电路、晶振电路、复位电路能部分，其硬件设计如图2 所示。

图2 STC89C52 最小系统设计Fig. 2 STC89C52 mini-system design

2.2 射频识别模块

该模块的主要功能为识别RF 卡，并将卡片相关信息发送给单片机模块，由单片机判别该卡是否合法以及是否发出开门指令。

该模块采用MF RC522 作为RF 卡模块的核心芯片。RC522 是应用于13.56 MHz 非接触式通信中高集成度读写卡芯片，其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE 卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号，三次互相认证安全可靠[3]。其硬件设计图如图3 所示。

2.3 语音识别模块

该模块的主要功能为识别、解析来访者的声音信息，并将该信息发送给单片机模块，由单片机根据该声音信息判别是否发出开门指令。

图3 RC522 硬件设计Fig. 3 RC522 hardware design

该模块采用LD3320 作为语音识别模块的核心芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器，麦克风接口，声音输出接口等。本芯片不需要外接任何的辅助芯片，直接集成在现有的产品中即可实现语音识别，人机对话等功能。支持并行和串行接口，串行方式可以简化与其他模块的连接[4]。其硬件设计图如图4 所示。

图4 LD3320 硬件设计Fig. 4 LD3320 hardware design

2.4 “一键开门”模块

该模块主要通过独立按键控制门锁，当按键按下时，单片机模块发出开门指令。

另外，该模块配置有对讲机模块，用以实现屋内人员同来访者的沟通。采用SDA1845 作为对讲机模块的核心芯片。其内置高速微控制器、高性能射频收发芯片及射频功放，并提供标准RS232 串口[5]。其硬件设计图如图5 所示。

图5 “一键开门”硬件设计Fig. 5 A key to open the door hardware design

2.5 防盗报警模块

该模块的主要实现两种情况下的报警：

1）当门打开后由于各种原因未能正常关闭时向单片机发出报警信号，单片机收到信号后进行相应的报警处理。

2）来访者未通过合法方式开门时，如破门而入，向单片机发出报警信号，单片机收到报警信号后，通过GSM 模块向主人发送短信通知，并启动声光报警器。

该模块采用门磁传感器作为主体元件。当门打开时，门磁传感器输出高电平；当门关闭时，门磁传感器输出低电平[6]。其硬件设计图如图6 所示。

图6 防盗报警硬件设计Fig. 6 Alarm hardware design

2.6 GSM 模块

该模块的主要实现在单片机模块发出短信报警指令时向指定手机号发送报警短信。该模块采用TC35 作为GSM 报警模块的主体。 TC35 接口方式支持串口R232 和TTL 自适应，工作在EGSM900 和GSM1800 双频段，支持语音和数据信号传输，利用AT 指令可双向传输指令和数据，支持TEXT和PDU 格式的SMS[7]。其硬件设计图如图7 所示。