嵌入式門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

吳繼海

【摘 要】本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種嵌入式門禁系統(tǒng)。該門禁監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)（型號(hào)STC89C52）實(shí)現(xiàn)的，主要由輸入顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊組成。在該系統(tǒng)中，通過(guò)LCD1602液晶顯示屏和4X4矩陣鍵盤與用戶進(jìn)行交互，此外，系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)DS12C887RTC芯片來(lái)精確獲取時(shí)間，而且在系統(tǒng)掉電時(shí)也能正常計(jì)時(shí)，避免由于環(huán)境變化而導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)間出錯(cuò)。本文分別是從硬件電路設(shè)計(jì)，軟件控制程序的實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的，且設(shè)計(jì)的該系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性，經(jīng)由相應(yīng)的軟硬件測(cè)試，滿足嵌入式門禁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、通用性、低功耗、微型化的要求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】嵌入式；門機(jī)系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)；應(yīng)用價(jià)值

門禁系統(tǒng)是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于中國(guó)高科技的安全設(shè)施，現(xiàn)在它已成為現(xiàn)代智能大廈的象征。在日益強(qiáng)調(diào)商業(yè)智能和安全的今天，許多人進(jìn)入某些重要機(jī)構(gòu)、研究實(shí)驗(yàn)室、公共部門控制中心、檔案館等，重要角色，以及機(jī)場(chǎng)人員、訪問(wèn)授權(quán)控制等場(chǎng)所。按照目前的控制方式，在中國(guó)的門禁系統(tǒng)主要包括指紋、密碼、射頻卡的訪問(wèn)控制系統(tǒng)，這是最廣泛使用的。反應(yīng)門禁系統(tǒng)和指紋門禁系統(tǒng)在中國(guó)的價(jià)格比國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格低了10%-50%，可靠性和安全性也較低。保密IC卡和閱讀器的技術(shù)安全性保持相對(duì)落后的狀態(tài)。目前大多數(shù)門禁系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單的門禁控制，它不是實(shí)時(shí)的門禁控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，只能滿足低安全性和基本控制需求的要求?；诖?，本文基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種低功耗、微型化嵌入式門禁系統(tǒng)，有較大的擴(kuò)展空間和實(shí)用價(jià)值。

一、相關(guān)概念的概述

（一）嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，通常是面向特定應(yīng)用的。其專用性很強(qiáng)，功能也是針對(duì)應(yīng)用定制。所以，針對(duì)不同的應(yīng)用行業(yè)及場(chǎng)合，一般要根據(jù)功能要求對(duì)內(nèi)核和文件系統(tǒng)進(jìn)行裁剪與定制，硬件也要增加或減少相應(yīng)的功能模塊。從體系結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)功能受限的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件方面有滿足計(jì)算機(jī)功能的最小系統(tǒng)，軟件方面有操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)要精簡(jiǎn)。

（二）門禁系統(tǒng)的概述

門禁系統(tǒng)是一個(gè)管理員工進(jìn)出的數(shù)字化管理系統(tǒng)。由于各行各業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于智能化、安全話的需求越來(lái)越高，因此，對(duì)門禁系統(tǒng)的需求也正在發(fā)生重大變化。管理鎖的智能化不僅提高了門禁系統(tǒng)的安全性，而且方便了進(jìn)出人員信息的獲取。針對(duì)不同的行業(yè)，門禁系統(tǒng)也有不同檢測(cè)的更新。例如，對(duì)于酒店中的門禁系統(tǒng)，傳統(tǒng)酒店的門禁系統(tǒng)采用大量布線，每個(gè)房間和主控制器都需要與線路接觸，設(shè)備安裝和維護(hù)困難。非接觸式訪問(wèn)控制系統(tǒng)采用非接觸式IC卡，，具有易磨損、數(shù)據(jù)丟失、安全性低的特點(diǎn)，而新式的門禁系統(tǒng)更加智能化，可以對(duì)房間和樓層進(jìn)行集中管理，控制中心可以實(shí)時(shí)顯示開(kāi)門的記錄，從而提高酒店的安全性。它的自檢功能可以及時(shí)提醒管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障信息，并減少維修人員的工作量。

二、門禁系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（一）硬件電路設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的嵌入式門禁系統(tǒng)主要包括一下幾個(gè)模塊：實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，液晶顯示模塊，存儲(chǔ)器模塊和鍵盤輸入模塊等。

（二）時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

常用的時(shí)鐘電路主要包括：全局時(shí)鐘、門控時(shí)鐘、多級(jí)邏輯時(shí)鐘和波動(dòng)式時(shí)鐘幾種。從功能上劃分，時(shí)鐘電路主要包括兩種，一種給單片機(jī)提供晶振。另一個(gè)是給系統(tǒng)計(jì)時(shí)所用。由于前者較為簡(jiǎn)單，這里不詳細(xì)介紹，這里對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間計(jì)數(shù)上進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。本文使用DS12C887來(lái)作為我們的時(shí)鐘芯片，該芯片可以產(chǎn)生各種時(shí)間信息，并自帶有可供電的鋰電池，可以在系統(tǒng)斷電的情況下依然完成計(jì)時(shí)工作。同時(shí)，它的管腳也和MC146818B、DS12887相兼容，可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。

（三）存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)模塊主要功能是用來(lái)存儲(chǔ)用戶信息。所采用的是T24C04作為存儲(chǔ)芯片。T24C02主要包含三個(gè)系列的產(chǎn)品，T24C02A、T24C0204A和T24C0208A，他們分別提供2048、4096和8192位可擦除和可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM），該器件被優(yōu)化用于許多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用，其中低功率和低電壓操作是必不可少的，并可通過(guò)2跟串行接口線訪問(wèn)。在這里，我們使用AT24C04A，4K串行的EEPROM。電路圖如下2-2所示：

（四）液晶顯示模塊

顧名思義，顯示模塊的最終的功能與用戶進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。通常來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的顯示功能可以通過(guò)，數(shù)碼管，液晶顯示屏，TFT等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是前者功能較為單一，顯示的信息較少，封裝上也不能滿足我們小型化和便攜的需求。而后者雖然功能強(qiáng)大，但是使用過(guò)程較為復(fù)雜，許多功能在本文設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)中很難用到。但是他可以作為一個(gè)擴(kuò)展，為我系統(tǒng)以后的完善埋下伏筆。經(jīng)過(guò)多方面的篩選，本系統(tǒng)最終選擇了LCD1602作為我們系統(tǒng)的顯示模塊。它采用5V左右的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，5V電壓供電，采用8位并行傳輸?shù)姆绞脚c51單片機(jī)進(jìn)行通信。

三、嵌入式門禁系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制芯片使用的是STC公司生產(chǎn)的一款非常經(jīng)典，應(yīng)用非常廣泛的一款51單片機(jī)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，采用KeilC51軟件對(duì)下位機(jī)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)思路，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所編寫(xiě)的軟件程序也主要包括兩個(gè)方向。一個(gè)是主機(jī)控制程序，一個(gè)是從機(jī)輔助控制程序。主機(jī)部分：主要設(shè)計(jì)了時(shí)間獲取程序，存儲(chǔ)器的讀取和寫(xiě)入程序，串口通信程序和用戶登錄程序三個(gè)部分。從機(jī)部分：主要設(shè)計(jì)了液晶顯示程序，鍵盤掃描程序等幾個(gè)模塊。另外，不管是主機(jī)還是從機(jī)，都涉及到了串口交互的程序設(shè)計(jì)。首先，程序的運(yùn)行之前，要首先對(duì)相關(guān)寄存器進(jìn)行配置，這也就是我們通常所說(shuō)的系統(tǒng)初始化。

四、結(jié)論

本文所涉及的門禁管理系統(tǒng)是基于51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，分別完成了硬件電路的設(shè)計(jì)，軟件控制程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，另外本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有便攜，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，有較大的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值，適用于酒店系統(tǒng)，智能小區(qū)，校園圖書(shū)館等不同場(chǎng)合。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的新型軟件技術(shù)被應(yīng)用到我們的日常生活之中，不僅是門禁，生活的方方面面都體現(xiàn)著嵌入式系統(tǒng)的價(jià)值，這更是我們繼續(xù)深入學(xué)習(xí)嵌入式的理由。在此次的設(shè)計(jì)中我認(rèn)識(shí)到了自己還是有很多的不足之處需要去完善改正，還有許多地方需要我去學(xué)習(xí)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 姚海燕. 基于MCS-51單片機(jī)的智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2016， 15（1）：21-23.

[2] 孫恒. 基于NFC技術(shù)和云服務(wù)的新型門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2016， 35（1）：114-120.

[3] 趙彥， 張剛. 基于 UHF RFID 技術(shù)的小區(qū)車輛門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程， 2016（2）：385-388.

[4] 張坤， 鄧炳光， 張治中，等. 基于BLE技術(shù)的小區(qū)智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 信息通信， 2017（1）：64-65.