嵌入式门禁系统的设计和实现

　　【摘 要】本文设计实现了一种嵌入式门禁系统。该门禁监控系统的设计是基于51单片机（型号STC89C52）实现的，主要由输入显示模块、实时时钟模块、存储器模块组成。在该系统中，通过LCD1602液晶显示屏和4X4矩阵键盘与用户进行交互，此外，系统通过一个DS12C887RTC芯片来精确获取时间，而且在系统掉电时也能正常计时，避免由于环境变化而导致系统时间出错。本文分别是从硬件电路设计，软件控制程序的实现来完成的，且设计的该系统具有一定的可扩展性，经由相应的软硬件测试，满足嵌入式门禁系统的实时性、通用性、低功耗、微型化的要求，具有较高的应用价值。
　　【关键词】嵌入式；门机系统；实现；应用价值
　　门禁系统是近年来被广泛应用于中国高科技的安全设施，现在它已成为现代智能大厦的象征。在日益强调商业智能和安全的今天，许多人进入某些重要机构、研究实验室、公共部门控制中心、档案馆等，重要角色，以及机场人员、访问授权控制等场所。按照目前的控制方式，在中国的门禁系统主要包括指纹、密码、射频卡的访问控制系统，这是最广泛使用的。反应门禁系统和指纹门禁系统在中国的价格比国外同类产品价格低了10%-50%，可靠性和安全性也较低。保密IC卡和阅读器的技术安全性保持相对落后的状态。目前大多数门禁系统是一种简单的门禁控制，它不是实时的门禁控制系统和安全控制系统，只能满足低安全性和基本控制需求的要求。基于此，本文基于51单片机设计实现了一种低功耗、微型化嵌入式门禁系统，有较大的扩展空间和实用价值。
　　一、相关概念的概述
　　（一）嵌入式系统概述
　　嵌入式系统以计算机技术为基础，通常是面向特定应用的。其专用性很强，功能也是针对应用定制。所以，针对不同的应用行业及场合，一般要根据功能要求对内核和文件系统进行裁剪与定制，硬件也要增加或减少相應的功能模块。从体系结构来说，它是一个功能受限的专用计算机系统。硬件方面有满足计算机功能的最小系统，软件方面有操作系统和应用程序嵌入式系统要精简。
　　（二）门禁系统的概述
　　门禁系统是一个管理员工进出的数字化管理系统。由于各行各业的不断发展，对于智能化、安全话的需求越来越高，因此，对门禁系统的需求也正在发生重大变化。管理锁的智能化不仅提高了门禁系统的安全性，而且方便了进出人员信息的获取。针对不同的行业，门禁系统也有不同检测的更新。例如，对于酒店中的门禁系统，传统酒店的门禁系统采用大量布线，每个房间和主控制器都需要与线路接触，设备安装和维护困难。非接触式访问控制系统采用非接触式IC卡，，具有易磨损、数据丢失、安全性低的特点，而新式的门禁系统更加智能化，可以对房间和楼层进行集中管理，控制中心可以实时显示开门的记录，从而提高酒店的安全性。它的自检功能可以及时提醒管理人员及时发现故障信息，并减少维修人员的工作量。
　　二、门禁系统硬件电路设计
　　（一）硬件电路设计方案
　　本文设计的嵌入式门禁系统主要包括一下几个模块：实时时钟模块，液晶显示模块，存储器模块和键盘输入模块等。
　　（二）时钟电路的设计
　　常用的时钟电路主要包括：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟几种。从功能上划分，时钟电路主要包括两种，一种给单片机提供晶振。另一个是给系统计时所用。由于前者较为简单，这里不详细介绍，这里对系统的时间计数上进行简单介绍。本文使用DS12C887来作为我们的时钟芯片，该芯片可以产生各种时间信息，并自带有可供电的锂电池，可以在系统断电的情况下依然完成计时工作。同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容，可以保证系统的稳定性和正确性。
　　（三）存储器模块设计
　　本文所设计系统的存储模块主要功能是用来存储用户信息。所采用的是T24C04作为存储芯片。T24C02主要包含三个系列的产品，T24C02A、T24C0204A和T24C0208A，他们分别提供2048、4096和8192位可擦除和可编程只读存储器（EEPROM），该器件被优化用于许多工业和商业应用，其中低功率和低电压操作是必不可少的，并可通过2跟串行接口线访问。在这里，我们使用AT24C04A，4K串行的EEPROM。电路图如下2-2所示：
　　（四）液晶显示模块
　　顾名思义，显示模块的最终的功能与用户进行交互，实现系统的显示功能。通常来说，系统的显示功能可以通过，数码管，液晶显示屏，TFT等方式来实现。但是前者功能较为单一，显示的信息较少，封装上也不能满足我们小型化和便携的需求。而后者虽然功能强大，但是使用过程较为复杂，许多功能在本文设计的门禁系统中很难用到。但是他可以作为一个扩展，为我系统以后的完善埋下伏笔。经过多方面的筛选，本系统最终选择了LCD1602作为我们系统的显示模块。它采用5V左右的电压进行驱动，5V电压供电，采用8位并行传输的方式与51单片机进行通信。
　　三、嵌入式门禁系统软件程序设计
　　本文设计的系统的控制芯片使用的是STC公司生产的一款非常经典，应用非常广泛的一款51单片机。设计系统时，采用KeilC51软件对下位机软件进行开发。根据硬件的设计思路，本次毕业设计所编写的软件程序也主要包括两个方向。一个是主机控制程序，一个是从机辅助控制程序。主机部分：主要设计了时间获取程序，存储器的读取和写入程序，串口通信程序和用户登录程序三个部分。从机部分：主要设计了液晶显示程序，键盘扫描程序等几个模块。另外，不管是主机还是从机，都涉及到了串口交互的程序设计。首先，程序的运行之前，要首先对相关寄存器进行配置，这也就是我们通常所说的系统初始化。
　　四、结论
　　本文所涉及的门禁管理系统是基于51单片机实现的，分别完成了硬件电路的设计，软件控制程序的设计等内容，另外本文所设计的系统具有便携，电路简单，稳定性高，扩展性强等特点，有较大的实用价值和推广价值，适用于酒店系统，智能小区，校园图书馆等不同场合。随着科学技术的飞速发展，各种各样的新型软件技术被应用到我们的日常生活之中，不仅是门禁，生活的方方面面都体现着嵌入式系统的价值，这更是我们继续深入学习嵌入式的理由。在此次的设计中我认识到了自己还是有很多的不足之处需要去完善改正，还有许多地方需要我去学习。
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