摘 要

随着社会的不断发展，越来越多的人们离开家乡涌进了城市，使城市变得越来越拥挤，同时伴随着越来越多的安全事件的发生，人们的安全隐患意识不断提高。作为生活中保卫我们生活时间最为长久的家的第一道防线的门禁系统引起了人们的高度重视。根据门禁系统的特性，我们可将其与巡更系统巧妙结合起来。巡更系统的存在意义是方便上层管理人员对巡更人员以及巡更工作的监督与管理，使工作更加有效便利，利用门禁系统进行一定改变可以很好地实现巡更机功能。因此我们可将其视为门禁系统的一个变种，是门禁系统的巧妙应用。本文以单片机与无线IC卡为基础进行设计，将门禁机与巡更机合二为一，以STC89C52 单片机作为门禁巡更单片机系统的“大脑”，辅以声光警示模块、读卡器模块、门禁控制模块以及液晶显示模块等构成门禁巡更系统。该无线IC卡门禁系统设计分为硬件电路设计以及软件程序编写组成。硬件设计部分以单片机与射频识别模块为主，通过这两大模块实现对射频卡的控制与MCU之间的互通，同时通过时钟芯片和液晶显示屏实现实时时钟与显示功能。软件部分则通过相应程序的编写与IC卡之间的通信，实现数据交换等功能。在系统没有到无线IC卡时，液晶显示模块会显示模块显示实时时间；当人们使用无线IC卡刷卡进门时，门禁控制器会根据卡的正确与否显示不同的内容。并将信息保存起来。最后并以Proteus仿真设计软件进行仿真与实物制作证明该设计性能优良，能很好实现预想功能。

关键字：单片机，门禁巡更系统，无线IC卡，仿真，实物制作

Summary

With the continuous development of society, more and more people have left their hometowns to flood the city, making the city more and more crowded. At the same time, with the occurrence of more and more security incidents, people’s awareness of potential safety hazards continues to increase. As the first line of defense in life to defend our longest living home, the access control system has attracted people's attention. According to the characteristics of the access control system, we can ingeniously combine it with the patrol system. The significance of the patrol system is to facilitate the supervision and management of the patrolling personnel and the patrol work by the upper management personnel, so as to make the work more effective and convenient. Using the access control system to make certain changes can well implement the patrol function. Therefore, we can regard it as a variant of the access control system, which is the clever application of the access control system. This article is based on the microcontroller and wireless IC card based design, the access control machine and patrol machine combined into one, with STC89C52 single-chip microcomputer as the access control patrol microcontroller system "brain", supplemented by sound and light warning module, reader module, The access control module and the liquid crystal display module constitute the access guard patrol system. The wireless IC card access control system design is divided into hardware circuit design and software program composition. The hardware design part is mainly composed of single-chip microcomputer and radio frequency identification module. Through these two modules, the control of the radio frequency card and intercommunication between the MCU are realized. At the same time, real-time clock and display functions are realized through the clock chip and the liquid crystal display. The software part realizes data exchange and other functions through the communication between the corresponding program and the IC card. When the system does not have a wireless IC card, the liquid crystal display module will display the real time of the module display. When people use the wireless IC card to swipe into the door, the access controller will display different contents according to whether the card is correct or not. Save the information. Finally, simulation and physical production with Proteus simulation design software prove that this design has excellent performance and can well realize the expected function.

Keywords:MCU，Access control patrol system, wireless IC card, simulation, physical production

目录

第1章 绪论 1

1.1 门禁系统基本概念 1

1.2 背景及意义 1

1.3 研究现状 2

1.4 设计要求 2

第2章 门禁巡更单片机系统设计 3

2.1 门禁巡更单片机设计原理 3

2.2 硬件电路设计 3

2.2.1 STC89C52单片机主控模块 3

2.2.2 DS1302时钟芯片 4

2.2.3 LCD1602液晶显示模块 5

2.2.4 其他外围辅助电路 6

2.2.5 仿真电路图及电路原理图 7

2.3 门禁巡更单片机系统软件设计 7

2.3.1系统总体软件设计 7

2.3.2 LCD1602显示模块程序设计 8

2.3.3读卡过程软件设计 11

2.4 本章小结 11

第3章 仿真与实物制作 12

3.1 PROTEUS软件仿真 12

3.1.1 PROTEUS仿真软件简单介绍 12

3.1.2 仿真过程 12

3.1.3PROTEUS仿真小结 15

3.2实物验证 16

3.2.1实物制作 16

3.2.2实物调试 17

3.2.3门禁系统实物功能检验 17

3.3 章节小结 18

4 总结 19

参考文献 20

附录 21

致谢 32

第1章 绪论

1.1 门禁系统基本概念

门禁控制系统，英文名为Access Control System。它也可以叫做出入人口监督管理系统，可以实现对大门打开或关闭的实时控制与监视。它的基本功能是通过控制门的打开或关闭实现允许特定人群进入的作用。门禁系统出现之初，它依赖于人为地控制门的打开与关闭，十分地繁琐与不便。然现在门禁系统较之以前有了翻天覆地的变化，现在它可用智能芯片实现以前“钥匙”的功能，更有甚者可用使用“钥匙”者的脸或指纹来控制门禁开关。这样的控制方式较之以前更加的方便也更为安全。不用害怕自己的“钥匙”丢失会给生活带来极大危害。当“钥匙”丢失是，我们只需将智能卡的有效信息进行注销并重新注册新的“钥匙”。门禁控制器是通过对大门进出人员基本情况进行一些必要的记录或管理的一种功能仪器，通过严格控制门禁的打开或关闭来达到关键地方对进出口的全天24小时的控制及监视。门禁系统管理技术是一种本世纪兴起的创新型现代化的安全防护技术，它包含了微型计算机自动识别技术和当代安全管理防范技术。门禁系统涉及到了机械管理技术，计算机应用技术，电子，通信工程技术等许多新型的技术。使人们的日常生活安全得到了保护。它适和用在各种重要或需要监控管理保护的地方，例如我们生活中常见的学校，生活小区或监狱等。

无线IC卡门禁控制系统的最基本的原理是：给与允许进入该地方的人员以注册的无线IC卡，卡内注册的信息都是独一无二的。每一张卡都是一把独一无二的“钥匙”，同时它们也可以看成同一把“钥匙”，因为它们都能通过门禁系统打开同一扇门。在有关联的进出通道等安装相应读卡模块,拥有无线IC卡的人只要把自己的卡片靠近系统的读卡模块的感应区,无线IC卡便会被系统进行识别，卡号或是别的信息被读卡模块读到然后再传送到单片机里边,单片机通过内部程序对智能卡信息进行判断。如果该无线IC卡为有效卡,门锁就自动打开,并给与相应提示；否则系统会拒绝打开门禁并发出警示。

1.2 背景及意义

无线射频技术应用于门禁系统在国外研究时间较为早，且至今已有许多成熟技术应用于日常生活门禁系统中。比如：射频卡的研究，天线的研究以及识别模块的研究等都有其较为先进的研究，并形成了一套独有的，完善的理论体系。就国内来讲无线射频技术的实际研究起步比较晚一点，但是发展还是很快的。至今也有许多成熟产品在市场流通。

无线射频系统辨别物体是通过利用发出的射频信号通过空间耦合的形式以达到信息无线传输并且与标识物体进行数据的交换来实现的。目前,无线射频技术已被很好的应用到各个方面,如:商业、物流、信息和经济等方面,并不断向各行各业渗透，延伸。无线射频技术在门禁安全技术领域的探索，研究也从不停止，至今在该领域无线射频技术的应用已经较为成熟。

在科学技术飞速发展的现代，人们的物质生活水平有了极大的提高。人们对于许多事物的观点不再是以前的能用就好，使用期限长就好的实用主义至上观点。更多人会在事物实用性基础上追求更加便捷以及更加美观以及追求与周围环境相互衬托的协调感。试想，在一个智能化程度极高的地方出现了一把手工进行操作的锁，那是一个多么难以想象的，多么违和的场景。从无线射频识别技术的简单性、成熟性、经济性等特性出发，对于走进万千大众的生活无线射 频识别技术是极其有潜力的。故无线IC卡门禁系统的研究与应用对于改善人们生活是有重大意义的。这也是我们研发无线射频识别技术的意义所在之一。

随着社会的发展与时代的变迁，越来越多的人涌进了大城市，虽然城市的范围在随着社会的发展不断向周围沿伸，但城市的扩大速度远远比不上城市人口的增加速度，人们居住的生活小区人口也越来越多。更由于近几十年安全事故频发不断。因此，对进出大门的人员进行强力，有效的监控势在必行。它极大地保证了小区用户的安全。生活小区门禁系统是一个门禁系统在生活应用的一小部分。在很多科学比较发达的地区，智能卡门禁系统技术在安全防护领域可谓是出类拔萃。归根到底是智能卡门禁系统技术从根本上改变了安全防护领域的工作模式，由以前的闭路监护以及被动的防盗报警装置等被动防护转变为智能卡门禁主动限制大门进出人员，从而而控制重要通道，非常大的制止了非允许的人从正常通道的进出，还可以通过对通道门的控制制约非法者的活动范围，避免安全事故的发生以及钱财失窃等民事案件发生。

1.3 研究现状

自1994年我国引进射频卡技术，它被我国许多学者进行相关研究并将之广泛应用各行各业。其中射频卡门禁系统就是重要研究对象之一。随着时代的进步，门禁系统有了极大的发展，它由传统的由人为控制的门禁系统逐步进化为智能门禁系统， 控制核心也有钥匙一步步发展为密码控制，磁卡和射频卡等较为安全的识别手段，甚至随着科学技术的发展，很多地区已经将生物识别技术融入我们的日常生活。但由于无线IC卡拥有可靠性高，操作方便，防冲突，加密性能好以及价格便宜等优点，因此在我们日常生活中应用于门禁系统最多的识别手段还是以无线IC卡作为“钥匙”的方法。

1.4 设计要求

以单片机和无线IC卡技术为基础，完成门禁巡更系统中的关键设备：门禁机和巡更机的设计。要求实现功能：

1读卡功能。

2能与无线IC卡进行通信，即能添加或删减用户卡。

3显示模块能显示当前时间。

4能根据无线IC卡的正确与否控制门的开关并给出相应提示。

第2章 门禁巡更单片机系统设计

2.1 门禁巡更单片机设计原理

门禁系统是通过读卡模块读取无线IC卡内的信息，通过信息的对比决定是否将们打开，允许持卡人员进出；巡更系统则是通过读卡模块读取“钥匙”内的信息，并将信息记录保存下来以供管理人员进行各项工作。两者在功能上并无冲突，甚至在功能上一脉相承。二者彼此结合起来可以使功能越发完善。因此在本设计中，我们可把两者结合起来：将门禁机视为巡更点，使之既可实现门禁机功能，又可实现巡更机功能。

本设计以AT89C51单片机，无线IC卡及配套读卡器，液晶显示模块LCD1602以及时钟芯片DS1302为核心元器件，并辅以相关提示电路使之实现相关功能。当无持卡人员进入到门禁机范围时，门禁机显示模块会一直显示当前时间；且通过外围电路按键模块可进行一定时间调节使系统时间和现实时间相同。而当由持卡人员进行刷卡操作时，门禁机会根据卡的不同给予不同反应：当持卡人员所持无线IC卡时，门禁系统将会显示卡的号码并将大门打开，并会亮起一盏绿灯和发出声响提示相关人员该卡为有效卡，最后将当前时间以及卡号等信息存储起来，实现巡更机功能；若卡片为无效卡时，门禁机会亮起黄灯和发出警报声提醒相关工作人员。设计系统框图如下：

根据设计原理及系统框图可有如图2-1电路原理图

图2-1门禁巡更单片机系统原理框图

2.2 硬件电路设计

2.2.1 STC89C52单片机主控模块

STC89C52单片机是一种应用广泛的单片机。它是51单片机的升级版，在兼容51单片机功能的基础上能耗更小，运行速度更快，另外还加入了一个定时器以及128字节的RAM等功能。其管脚图如图2-2.

图2-2 STC89C52单片机引脚图

在本次设计中，主要利用单片机作为控制核心以及存储模块。我们通过单片机和TIDZ-RC522读卡模块及相关程序编写实现无线IC卡信息的读取与通信，通过单片机可控制用户卡的增添与删减；其次，通过单片机与时钟芯片DS1302及LCD16-2液晶显示模块实现实时时钟功能，单片机通过给予时钟芯片DS1302相应的指令可实现实时时钟功能。而通过给予LCD1602相应指令可令其显示我们想看到的内容。单片机在本次设计中还通过扫描外部按键通过中断实现时间的简单调节。最后单片机通过给予外部辅助电路如警醒电路等相应控制命令使其实现相应的警醒或提示功能以及将在门禁系统工作时将相关信息存储于其内部存储空间。

2.2.2 DS1302时钟芯片

DS1302时钟芯片是一种性能优越，功耗十分低且自带内部存储空间的实时时钟集成模块，它不仅能对基本的时间信息如年，月，时，分等进行计时，还具有在四年一次的闰年进行一天的补偿，功能十分强大。采用串行数据传输，传输速度较为迅速，同时还具有断电能自动保存数据的断电保护功能。是应用于日常生活较多地方的时钟芯片。DS1302芯片管脚图和实物图分别见图2-3和图2-4.

图2-3 DS1302时钟芯片引脚图 图2-4 DS1302时钟芯片实物图

DS1302通过单片机给予的命令字实现DS1302时钟芯片与单片机的通信操作。DS1302时钟芯片控制命令为一个8位的命令字，命令字格式见表2-1.

当命令字中D7为1时，允许单片机对DS1302进行相应写入操作，若D7为0时则禁止写入DS1302时钟芯片；当D6为1时，系统将会对DS1302时钟芯片内部RAM数据，而D6为0时，系统将会读/写时钟/日历数据.D5-D1为读写数据地址，通过改变读写地址可分别对DS1302时钟芯片的秒寄存器，分寄存器，时寄存器等进行相应的读写操作，从而得到实时时间；控制字中的D0则是用来控制我们对DS1302芯片进行读或写操作的关键字符，当D0为1时，我们对DS1302时钟芯片进行读操作，反之则进行写操作。通过改变DS1302时钟芯片的控制字，我们可以实现我们所需要的功能。

表2-1DS1302时钟芯片命令字

2.2.3 LCD1602液晶显示模块

LCD1602液晶显示芯片是一片标准的字符型液晶显示芯片，他能够显示两行字符，每行字符最多可以显示16个字符。LCD1602显示模块是利用液晶的物理特性进行工作的，通过改变液晶受电区域来实现改变所显示的字符。LCD1602液晶显示模块对于普通的LED显示方式而言具有抗干扰能力强，显示质量高，集成程度高，使用方便等特点。它的管脚图和实物分别见图2-5及图2-6.

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