摘 要

本课题“单门门禁控制器设计”是以STC89C52单片机作为核心部件，外围部件包括LCD1602显示电路、4*4矩阵键盘按键电路、AT24C02数据存储电路、S8550电子锁驱动电路、蜂鸣器报警电路以及RC522读卡电路。采用LCD1602液晶显示完成人机交互，显示各级菜单以及各功能菜单的操作引导；采用4*4矩阵键盘按键电路完成密码输入、修改以及各功能按键的使用；采用AT24C02数据存储电路完成本控制器的断电数据保护；采用S8550电子锁驱动电路完成对电子锁的开关控制；采用蜂鸣器报警电路完成刷卡、密码输入以及各功能使用情况的提示；采用RC522读卡电路完成对IC卡的识别。

本设计的特点在于采用IC卡及密码输入两种工作模式完成进门操作，通过传感器的相互协调和无线信息传输技术的应用，设计一个智能化，人性化的门禁控制器。

关键词：STC89C52 IC卡 RC522读卡器

Abstract

The subject "single door access controller design" is based on STC89C52 microcontroller as the core components, peripheral components including LCD1602 display circuit, 4 * 4 matrix keyboard keypad circuit, AT24C02 data storage circuit, S8550 electronic lock drive circuit, buzzer alarm circuit and RC522 reader circuit. Using LCD1602 LCD display to complete the human-computer interaction, display the menu and the various functions of the menu operation guide; using 4 * 4 matrix keyboard key circuit to complete the password input, modify and use the function keys; AT24C02 data storage circuit to complete the controller The use of S8550 electronic lock drive circuit to complete the electronic lock switch control; the use of buzzer alarm circuit to complete the credit card, password input and the use of the function of the tips; using RC522 reader circuit to complete the identification of IC card.

The design is characterized by the use of IC card and password input two modes of operation to complete the door operation, through the mutual coordination of sensors and wireless information transmission technology applications, the design of an intelligent, user-friendly access control controller.

Key words: STC89C52 IC card RC522 card reader

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

第2章 门禁控制器总体方案设计 3

2.1 本设计主要目标任务 3

2.2 控制器设计思路 4

2.3 硬件方案的选择 4

2.3.1 主控制芯片的选择 4

2.3.2 显示模块的选择 5

2.3.3 键盘输入模块选择 5

2.3.4 电子锁驱动模块的选择 5

第3章 门禁控制器硬件设计 7

3.1 单片机控制原理设计 7

3.2 AT24C02存储电路 8

3.3 读卡模块电路 9

3.4 LCD1602显示电路 10

3.5 4*4矩阵键盘按键电路 12

3.6 电子锁驱动电路 13

3.7 蜂鸣器报警电路 14

第4章 门禁控制器软件设计 15

4.1 门禁控制器软件总体设计 15

4.2 RC522读卡程序设计 17

4.3 AT24C02读写程序设计 18

4.4 键盘扫描程序设计 19

4.5 LCD1602显示程序设计 20

第5章 门禁控制器的调试与功能验证 21

5.1 硬件调试 21

5.2 软件调试 21

5.3 功能验证 22

5.4 成本核算 24

第6章 总结 25

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

随着科学技术的不断发展，人们生活水平的提高，安全问题越来越被人们所重视^[1]。不仅仅是人身安全，对财产安全的需要也越来越高，可以知道在现在的社会中传统的门锁已经渐渐的不足以满足人们的要求。为了确保人们的财产安全，门禁的发展已然不可阻挡。区别于传统的门锁需要一锁一钥匙，并且有时人们身上需要携带多把钥匙以保证自身财产的安全，门禁系统可以让人们无需携带钥匙，甚至自身就可以成为一把钥匙。

在当今的社会中，门禁系统随处可见，与我们的生活密不可分，功能也是越来越多样化。在小区中，它可以有效的保护我们的财产安全，提高我们的居住环境的质量；在企业中，它不仅仅保护企业的隐身和安全，还可以帮助人力资源部门实现对员工的考勤。可以说门禁系统已经受到了家庭，企业，国家的一致好评。

在目前为止，应用最为广泛的是IC卡感应门禁系统^[2]。它解决了大部分传统行业员工的考勤，资源的利用低的情况，同时为中国实现智能化城市，智能化管理，数字化公交的开创打下了坚实的基础^[3]。可以想象现代社会在注重便捷，美观，高端的发展时，却需要在小区中使用一把厚重的锁是多么的尴尬啊！但是，如果你能用自己拥有的卡片随意一挥，大门就慢慢打开是多么美妙的一件事，同时别人也无法在没有经过你同意的时候进入你的家里，而且IC卡也不会像钥匙一样容易被别人复制，代替。让你可以放心出门。IC卡门禁技术正在以惊人的速度迅猛发展。这正是我们研究IC门禁管理系统的意义所在。

1.2 国内外研究现状

目前，随着RFID射频技术及生物技术的快速发展，门禁系统根据输入设备识别原理和方式的不同可以分为三类：刷卡门禁系统、生物识别门禁系统^[4]、新型门禁系统。 

1. 刷卡门禁系统^[5]：

根据使用的卡片类型可以分为两种：接触式门禁和非接触式门禁。接触式门禁所使用的卡片由于容易损坏而且卡片的数据容易被拷贝、容易受到外界各种磁场的干扰导致卡片无法继续使用等原因，现在被使用的领域已经越来越少，通常只有在银行和其相关的领域中才会见到。非接触式门禁并不需要另卡片与读卡器接触，使用起来较为简便，并且实用性高，成本低，数据传输快，卡片内的数据不容易被拷贝，是目前为止应用最为广泛的门禁系统。

2、生物识别门禁系统：

该门禁系统是通过识别人体的某项身体特征从而判断用户的身份。目前为止，较为常见的身体特征包括：指纹（不同的人手指上的纹络不会相同）、掌纹（不同的人手掌内部骨的分布不会相同）、脸型（不同的人面部的特征和形状不会相同）、视网膜（不同的人视网膜在经过识别时不会相同）等。

优点：不需要携带任何的介质，通过自身的身体特征就能验证自己的身份，安全等级较高，基本不会出现重复。

缺点：制造的成本比较高，识别的精度较低，对使用者身处的环境限制较高，如手指不能被割伤，面部不能化妆，不能让胡子的长度与之前差距太大等等。

3、新型门禁系统^[6]：

最近几年出现的通过识别二维码进行用户身份验证的门禁系统。以二维码代替IC卡内部的数据，通过手机短信等方式将其发送到人们的移动终端或者自行将图片保存，打印，并且通过其专用的识别设备进行身份的验证，控制人员的流动。

优点：与生物特征识别性门禁一样不需要携带IC卡介质，并且其生产制造的费用较低，制作过程十分简易，使用起来方便，灵活，经常被使用在临时访问时的身份验证。

缺点：二维码本身所拥有的信息量较多，当你在使用时容易被不法分子盗取自己的身份信息，在安全上存在的问题较多。

第2章 门禁控制器总体方案设计

本章的内容主要包括确定设计的主要任务，根据实现任务的需求确定整体的设计思路，再进行具体方案的选择与比较。

2.1 本设计主要目标任务

门禁控制器的设计主要是由两个方面的设计组成：硬件方面的设计与软件方面的设计^[7]。硬件方面的设计主要有以STC89C52为控制核心的最小系统的设计，IC卡读卡电路的设计，蜂鸣器报警电路的设计，电子锁驱动电路的设计，液晶显示电路的设计，数据存储电路的设计以及各芯片的选型^[8]。软件方面的设计主要有读卡程序设计，数据读写程序的设计，键盘扫描程序的设计以及显示程序的设计等等。

在本设计中需要将IC卡读卡电路和键盘按键电路中所识别出的IC卡数据和密码数据发送到单片机中，单片机再将数据存储电路中的IC卡数据库以及存储的密码数据进行读取，最后将两次数据通过对比判断用户的身份，从而通过电子锁驱动电路来驱动电子锁的开关。在本设计中还采用了液晶显示电路作为人机交互以及操作提示，菜单显示，使系统具备更加强大的实用价值。

本设计功能有：

1. 显示功能：显示刷卡及密码验证的结果以及对门禁控制器的管理员功能使用的文字引导。
2. 数据存储器功能：存储管理员卡、用户卡以及密码数据，完成控制器在断电情况下的数据保护。
3. 按键功能：数字键0-9、*以及#号键用于门禁密码的输入及修改。A键为管理员功能按键，包含用户卡的注册、删除以及密码的修改功能。B键为删除上一个输入结果按键。C键为清空输入结果按键。D键为输入确认按键。
4. 读卡功能：完成对IC卡序列号的识别，输入单片机进行信号处理。
5. 报警功能：当用户手中的IC卡不合法以及用户输入的密码错误时发出警报声。
6. 电子锁控制功能：完成对电子锁的开关控制。

2.2 控制器设计思路

门禁控制器的设计主要是由两个方面的设计组成：硬件方面的设计与软件方面的设计。硬件部分主要是各模块电路的设计及芯片选型，软件部分主要是各个模块的驱动及总程序的调试与实现。

硬件电路主要由单片机最小系统、IC卡读卡电路、串行E2PROM存储电路、LCD1602显示电路、报警电路、门控电路（电子锁驱动电路）、按键电路等构成。软件部分主要由显示程序、按键扫描程序、IC卡读卡程序、存储器读写程序及报警程序等组成。

设计硬件电路总体框图如图2.1所示。

天线模块

读写模块

数据存储器

报警电路

按键电路

液晶显示电路

单 片 机

门控电路

图2.1硬件电路总体框图

2.3 硬件方案的选择

2.3.1 主控制芯片的选择

方案一：采用ARM微处理器。

ARM处理器是目前市场上应用较为广泛的处理器，其处理速度快，性能强大，使用能耗低，并且支持多种操作系统。但是本次设计没有复杂的功能，较为简单。同时在成本的考虑下，该方案不太适合本次设计。

方案二：采用STC89C52单片机作为处理器^[9]。

STC89C52 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单 片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周 期可以任意选择。其成本低廉，使用方便，适合于本设计的识别与控制。

基于上述的分析， STC89C52单片机更加符合本设计。

2.3.2 显示模块的选择

方案一：采用数码管显示。

使用数码管显示对比度较高，反映显示的速度快，制造的成本比较低，同时显示的画面十分简洁明了。但是其显示的信息过于单调，无法显示丰富的信息，且若采用数码管显示需要多个进行显示，导致其成本也会增加，不适合本设计。