智能門禁系統(tǒng)設(shè)計論文

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1傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)存在的主要問題

生物識別門禁系統(tǒng)根據(jù)人體的生物特征差異來識別身份。正由于生物特征不能仿冒，具有獨特性和唯一性，所以該系統(tǒng)安全系數(shù)最高，成為高機密場所和信息中心的第一選擇。常見的有指紋識別、臉譜識別、虹膜識別等。但是，生物識別門禁系統(tǒng)的成本太高，因此應(yīng)用的范圍很窄。感應(yīng)式IC卡門禁系統(tǒng)又分為接觸式和非接觸式。接觸式卡容易磨損，使用次數(shù)有限；而非接觸式卡憑其耐用性好、讀取的速度快、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，迅速成為主流。但是傳統(tǒng)的感應(yīng)式IC卡式門禁系統(tǒng)存在功能單一、攜帶不方便、成本高、信息存儲介質(zhì)易損壞、使用溫度范圍窄、不能適應(yīng)惡劣環(huán)境等缺點。針對這些不足，本文設(shè)計了一種新型的具有時間顯示、身份識別、開鎖、儲存信息等功能的智能門禁系統(tǒng)。

2系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本文設(shè)計的門禁系統(tǒng)硬件主要由身份識別電路、主控單元、存儲電路、LED顯示電路、時鐘電路和繼電器控制電路六大模塊構(gòu)成。

2.1主控單元模塊

本設(shè)計采用AT89C51作為系統(tǒng)的主控模塊，實現(xiàn)出入控制、時間顯示、報警控制、出入人員信息記錄等功能，并在系統(tǒng)中預(yù)留有相應(yīng)的IO接口，便于系統(tǒng)根據(jù)不同場合的需要擴展功能，例如擴展攝像功能、危險品檢測功能等。

2.2繼電器控制模塊

在設(shè)計中，繼電器的驅(qū)動是由三極管來控制的。三極管的基級一端通過一個電阻與單片機引腳相連接。當該引腳輸出高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈通電使常開觸點閉合，提示燈亮，此時表明電子鎖打開，可以通行。

2.3身份識別模塊

本設(shè)計選用第三類IC卡，即觸碰卡（touchmemory，簡稱“TM卡”），又稱為ibutton，它是美國DALLAS公司的產(chǎn)品，采用單線協(xié)議通訊，只有單根信號線。TM卡既傳輸時鐘信號，又傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容，而且數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，其線路簡單，便于總線擴展，具有抗撞擊、耐腐蝕、抗電磁干擾、防折疊、防爆、防潮、防煤塵、具有唯一的64位光刻標識號、使用溫度范圍寬且便于攜帶等特點，所以存儲于其中的數(shù)據(jù)信息具有相當高的安全可靠性，大幅提高了門禁考勤系統(tǒng)的性能，成本低且便于維護使用。TM卡在讀寫數(shù)據(jù)的時候是通過一個切換開關(guān)K來切換5.0×106Ω和50Ω兩個阻抗，從而借助信號被拉低的時間長短表示邏輯電平“0”和“1”。TM卡與單片機的硬件連接如圖1所示。工作原理：ibutton的探頭與單片機引腳間加上了一個10kΩ大小的上拉電阻，當ibutton與該引腳所連接探頭接觸后，命令信號和雙向數(shù)據(jù)經(jīng)過該引腳輸入或輸出。身份識別時，嚴格按照先ROM命令再存儲器命令的順序，只有當TM卡成功完成ROM命令后，才能執(zhí)行存儲器命令，保障讀取數(shù)據(jù)的正確性。使用時，將ibutton與探頭瞬間接觸，單片機就可以在短時間內(nèi)與ibutton進行通信，并發(fā)送ibutton能夠識別的命令字讀出ibutton內(nèi)64bits數(shù)據(jù)，然后再與設(shè)定的64位碼進行比較，完成身份的驗證。當兩個碼比較一致后，單片機繼電器控制引腳輸出高電平，三極管導(dǎo)通，使得繼電器常開觸點閉合，啟動門禁控制，提示燈亮，允許通行。

2.4顯示模塊

本設(shè)計中，為了節(jié)省IO資源，單片機與LED的連接采用串行方式，并采用MAX7221芯片驅(qū)動LED共陰極數(shù)碼管，通過動態(tài)掃描的方式實時顯示出入時間。2.5存儲模塊設(shè)計中采用AT24C02芯片來存儲出入人員的信息及時間、報警記錄等，并可在功能擴展的情況下記錄出入人員圖片信息、危險品和非法攜帶品情況等。AT24C02信息存取采用了I2C總線。I2C總線是一種串行數(shù)據(jù)總線，只有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。在本設(shè)計中，單片機用兩根I/O口線來模擬I2C總線接口，兩根信號線經(jīng)過上拉電阻接電源。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計

軟件采用C51進行設(shè)計，并利用Keil和Proteus軟件進行了仿真。系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。程序初始化時，要先對DS1302及內(nèi)部定時器T0進行初始化。啟動程序后，單片機讀取識別卡內(nèi)部的64位ROM，并與已設(shè)定的64位碼進行比較。如果64位碼比較結(jié)果一致，系統(tǒng)將閉合繼電器的常開觸點，同時啟動定時器T0，此時，數(shù)碼管將會顯示“－－－”。當用戶取下識別卡后，會重新恢復(fù)為顯示時間的狀態(tài)。如果繼電器常開觸點閉合10s，系統(tǒng)將自動斷開常開觸點。如果兩個碼不同，系統(tǒng)直接調(diào)用顯示時間的程序。

4系統(tǒng)的仿真測試

本設(shè)計在沒有人通行時，系統(tǒng)只有時鐘電路工作，LED顯示時間；當有人通行，身份識別通過之后記錄來訪者信息，同時繼電器線圈通電，提示燈亮，表示此時允許通行；定時器開始計時，定時結(jié)束之后，繼電器恢復(fù)斷開狀態(tài)，提示燈滅，LED繼續(xù)顯示時間。系統(tǒng)的仿真和測試結(jié)果表明當出入人員通過ibutton正常通行時，繼電器閉合，提示燈亮，定時10s，同時記錄來訪者的通行時間。定時時間到后，繼電器斷開，提示燈滅。仿真和測試結(jié)果表明本設(shè)計實現(xiàn)了預(yù)期的功能。

5結(jié)束語

綜上所述，上文所提及的門禁系統(tǒng)的設(shè)計具有許多功能，能滿足大部分建筑的使用要求，并通過預(yù)留擴展功能的接口，使系統(tǒng)具備了刷卡和輸入密碼這兩項功能，有效地提高了保密性能，有著設(shè)計簡單、功能完善、性價比高、有效提高建筑安全性能等優(yōu)點，值得我們推廣使用。

作者:朱矩龍 單位:東莞市凱迅電子科技有限公司