广东省工商高级技工学校 肖春花

一、系统设计

1.前言

在现今社会，随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛，它已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家，门禁系统正以远远高于其它类安防产品的进度迅猛发展；门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品，如：闭路监控，防盗报警等被动的安防方式，以主动的控制替代了被动监视的方式，通过对主要通道的控制，大大的防止了罪犯从正常通道的侵入，并且可以在罪案发生时通过对通道门的控制限制罪犯的活动范围，制止犯罪或减少损失。此外，人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制，而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等，还可与其它系统联动控制等多种控制功能。

2.方案选择

门禁系统有许多种方案：主要有联网和不联网型。本文选择了不联网型，不联网型门禁系统的优点：单台刷卡机就能工作，不用布线，操作简单方便。

3.CPU的选择

51单片机系统成本较低，功能完全可以满足本设计需求，发展较成熟且完善。而DSP、ARM系统虽然科技含量高于51单片机系统，但是其价格昂贵并且发展尚未成熟。因此，经过综合比较，本文选择了技术成熟、价格便宜、设计简单、使用方便的51单片机系统。

4.关于射频卡的选择

目前市面上的卡有很多种类：条码、磁卡、接触式IC卡，非接触式IC卡等，条码和磁卡，在超市和银行方面应用的比较多，接触式IC卡，以前在公共电话中用的比较多，但接触式IC卡，芯片外露易坏、易折，而非接触式IC卡既射频卡，它把芯片和线圈封装卡片内，不容易损坏、不怕恶劣的环境，现在社会上很流行，可靠性也高。根据以上的分析，本文选择目前流行最广，可靠性高，成本低的只读卡，即采用EM4000型的ID卡。

二、硬件电路的设计

1.基本原理框图(见图1)

图1 基本原理框图

1）门禁系统主要组成：由CPU、复位电路、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、门控锁电路、出门按钮、读卡模块、显示模块组成。如图3原理图所示。

图2 门禁系统原理图

图3 读卡程序流程图

2）门禁系统的工作原理

当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭。当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭指示灯熄灭。当非法卡刷卡时，没有任何动作。

2.资源分配

软、硬件设计是设计中不可缺少的，为了满足功能和指标的要求，资源分配如下：

1)晶振采用11.0592MHZ；

2)内存分配见表1

表1 内存分配

3)计算：因为射频卡的读卡头选用EM4000型，读卡频率是11.0592MHZ，所以最小系统晶振，必须用11.0592MHZ才能读卡。

门禁系统原理见图2。

3.各部分电路原理

1）门控锁电路

以Q16的基极作为门控信号的输入端与P1.3口相连，此电路由12V继电器、限流二极管、5.1K偏置电阻以及9014与8050两个三级管复合成的驱动电路组成。在这里用到复合管的优点：是为了用低电平控制，考虑到由于AT89S52的I/O口输出高电平时的驱动能力可能会不足，所以本电路采用复合三级管就可以避免驱动能力不足的情况发生。

2）蜂鸣器电路

以Q1的基极作为蜂鸣器控制信号的输入端与P1.2口相连，主要由蜂鸣器、9013与9014两个三极管及5.1K偏置电阻组成。

3）控制工作指示灯

以Q5的基极与P1.5口相连，由三极管9013、发光二极管、限流电阻组成。

4）出门按钮

当按下时，给P1.7口输入低电平。

5）读卡模块

本设计采用ID射频卡读卡器。EM9-913BF 125KHz感应式读卡模组是针对125KHz非接触式RFID晶片而设计的读卡模组，它能针对目前市面上125KHz非接触式RFID晶片如凌航科技GK4001晶片或其它规格现相近产品进行资料读取与资料判断，使用者可以一次开发感应式读卡及相关应用系统，该模块主要范围为互动式玩具、门禁管制系统、人员考勤管理、动物或物品辨识及产品管理，此读卡模组主要优点：独立性高，二次开发容易，安装简单；资料读取稳定性高；系统安全性高，RFID资料不重复且难以复制，可选择数据输出格式。缺点是电脑必须24小时开机，便于数据传送。

读卡原理是每个卡片内部有一个小芯片和感应线圈，价格低廉，国内最普及的EM ID卡，大多为瑞士nEM或台湾GK公司的4100、4102系列芯片+线圈+卡基封装而成。每张卡有且只有一个唯一的，不可更改和复制的ID内码（64位2进制机密的永不重复的卡号），因其安全可靠，价格低廉而大量应用于身份识别、产品防伪等领域。

读卡器卡号输出格式是将10位十六进制的ASCⅡ字符串，即10Hex格式的倒数第5、第6位，转换为3位十进制卡号，在将后4位，转换为5位十进制卡号，中间用“，”分开，即“2H+4H”，即将2H“6F”转换为“111”，4H“6c3a”转换为“27706”，最终将2段连在一起输出为“111，27706”。

4.显示模块

显示部分采用LED数码管显示，它具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点，且其可靠性也优于LCD的显示。由8个数码管和8个74LS164组成，采用串行静态显示的方法。将数码管的8个输入端与74LS164的输出端Q0-Q7相连。P1.0和74LS164的CLK连接，P1.4接74LS164的A端。

三、软件设计

单片机技术比较成熟，开发过程可利用的资源和工具丰富，最大的优点是价格便宜，成本低。调试软件采用Keil51.keiluVison是众多单片机应用开发软件中优秀软件之一，界面友好，易写易操作。在调试程序中，软件仿真功能也很强，软件调通，再通过编程器下载到AT89S52中，然后插到系统中即可独立完成所有的控制。

软件设计上，根据功能分了几个模块编程。模块主要有：读卡模块、数制转换模块、显示模块、合法卡比较模块、开锁模块、中断子程序模块、延时子程序模块等。根据达盛单片机最小系统的设计，其P0口、P2口都已占用，外围电路的控制口只能占用P1口和P3口，口地址可用的就少了，所以，显示上选择了静态显示，显示只用了P1.0和P1.4两个口线，这样，编程简单，不占用CPU。程序中还增加了射频卡权限判断，当遇到合法卡时显示卡号，门锁打开，延时10s自动关闭，非法卡不显示卡号，门锁不开。读卡程序的流程图如图3所示。

四、结束语

本设计实现了程序控制开锁、出门按钮开锁、读卡显示、蜂鸣器报警、工作指示灯等多项功能，并有两项技术创新，一是采用门态检测，关上门，保证门态是关闭状态，非正常打开门或门没有正常关闭时，报警，起到电子门卫的作用；二是采用非接触的IC卡，非接触式IC卡，是感应卡家族中的一员，除具有接触式IC卡的优点，更有存储容量大，安全性强，无机械磨损等优点。而且它还克服了接触式IC卡所无法避免的缺点，如读写故障率高，由于触点外露而导致的污染、损伤、磨损、静电以及插卡不便、易受恶意攻击等。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。

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