基于51的门禁系统

门禁系统毕业设计

哈 尔 滨 理 工 大 学

毕 业 设 计

题 目：

院 、系： 姓 名：

指导教师：

系 主 任：

年 月 日

门禁系统毕业设计

IC卡门禁控制器

摘 要

居住在小区里面，首先面对的就是进入小区的大门，合适的门禁系统

能让人更安心。本文对比其它器件后以AT89C52单片机为主体控制件，

开发一套易控，易操作的门禁系统。门禁系统的设计策略为通过使用IC

卡来达到开锁目的，每个用户都有一张IC卡，这就相当于个人的ID一

样，只有收录于系统的ID号才可以打开磁力锁，错误的IC卡会引起系统

的预警。这款方案主体仅为门禁主控制器AT89C52，外围电路及设备包括

按键，1602液晶显示屏，串口，LED灯，IC卡读写模块，开锁执行及报

警模块。上位机作为服务器，负责实现对门禁用户的管理。文章首先对硬

件功能设计进行详细描述，再对上位机部分加以说明。实际实验表明，该

系统不仅结构简单，而且操作容易。由于其出色的低成本，易操作特点，

对于商业应用具有一定的参考价值。

关键词 IC卡，门禁系统，STC89C52，上位机，1602液晶显示

门禁系统毕业设计

Ic card entrance guard controller

Abstract

Living in the area inside the first face is to enter the cell door, suitable access

control system can make people more at ease. Also easy to control the

development of a set of access control system is easy to operate. Access control

system design strategy is through the use of IC cards to achieve the purpose of

unlocking, each user has an IC card, which is equivalent to a personal ID, as

only included in the system of ID numbers can magnetic locks, IC card will be

wrong warning cause movement of the system. The design of the main only

AT89C52, peripheral devices including push-button, 1602 LCD, serial, LED

lights, IC module. Firstly, the functional design of the hardware described in

detail, and then explained to the PC section. IC card reader will be able to be

operated by the host computer. In actual experiments, the system is much simple

in structure and easy to operating. Because of its excellent low cost, easy to

operate features, for commercial applications has a certain reference value. In

the final test system to make the body's response in kind in accordance with the

development plan.

Keywords IC Card, Access Control System,STC89C52 ,crystal display

门禁系统毕业设计

目 录

摘要 ...................................................................................................................... I

Abstract ............................................................................................................... II

第1章 绪论 ........................................................................................................ 1

1.1 课题背景 ................................................................................................... 1

1.2 研究的目的 ............................................................................................... 1

1.3 国内外研究现状分析 ............................................................................... 2

1.4 研究主要内容........................................................................................... 2

第2章 方案论证 ................................................................................................ 3

2.1 主控芯片选择 ........................................................................................... 3

2.2 电源模块选择............................................................................................3

2.3 显示模块选择........................................................................................... 4

2.4 存储模块选择 ........................................................................................... 7

2.5 本章小结 ................................................................................................... 7

第3章 系统硬件电路设计 ................................................................................ 8

3.1 电源模块设计 ........................................................................................... 8

3.2 液晶显示电路设计................................................................................... 9

3.3 FM1702高频读卡器模块....................................................................... 10

3.4 按键模块................................................................................................. 12

3.5 存储器模块............................................................................................. 13

3.6 单片机最小系统..................................................................................... 13

3.6.1 单片机介绍...................................................................................... 13

3.6.2 晶振电路设计.................................................................................. 14

3.6.3 复位电路设计.................................................................................. 15

3.6.4 串口电路设计.................................................................................. 16

3.7 继电器模块电路设计............................................................................. 16

3.8 本章小结 ................................................................................................. 18

第4章 系统软件设计...................................................................................... 19

4.1 编程软件介绍 ......................................................................................... 19

4.2 单片机程序设计..................................................................................... 19

4.2.1 主程序设计...................................................................................... 19

4.2.2 读卡过程程序设计.......................................................................... 20

4.3 上位机程序设计..................................................................................... 21

4.4 本章小结................................................................................................. 31

门禁系统毕业设计

结论 .................................................................................................................... 31

致谢 .................................................................................................................... 32

参考文献 ............................................................................................................ 33

附录A 电路原理图 .......................................................................................... 34

附录B 程序 ...................................................................................................... 35

附录C 元件清单 .............................................................................................. 76

附录D 外文文献...............................................................................................77

附录E 外文翻译.............................................................................................. 84

门禁系统毕业设计

第1章 绪论

1.1 课题背景

随着人们对于安全要求越来越高，我们需要一套安全的系统来保护人

民财产安全，目前有很多方法涌现出来了，近年生物识别技术取得重大成

果，掌脉识别在门控领域已有应用，但是这样的系统造价昂贵，一般应用

在具有重要意义的场合。感应卡技术也不甘落后，技术上也有突破，因为

感性卡技术的简单易操作，成本低廉，适用于普通居民的生活。这些年来

涌现了一批在安全性，易用性，方便性，统筹方便的有着卓越性能的感应

式门禁系统，在现如今社会，房子越来越多，城镇化进程越来越快，尤其

是小区数目的快速增加，人们对门禁系统又有了新的设计要求，而且在各

方面要求都在不断提高，出色的门禁系统尤其被大公司所追捧，大家追求

无非还是可靠性和可操作性强。实际生活中，随处可以看到门禁系统的应

用范围越来越广泛，在如此大的社会需求面前，研究和开发热点正在此领

域聚集，更是现代科学领域在消费者间的应用。越来越多的科研单位，专

业公司投入到这个热门的行业中来。门禁系统是集成了很多很多新技术的

系统，各学科中的新兴技术特别容易在门禁系统中得到应用。比如自动识

别技术、虹膜技术、血管识别技术、安全管理措施等经常连为一体，是安

全管理重要部门出入口的有效保障。因此本文研究以感应卡为感知方式的

门禁系统具有很大社会应用价值。

1.2 课题研究目的

门禁系统是现代化管理方案的典型应用，房地产商正将目光转向智能

楼宇。门禁系统作为自动化系统中的安全系统，发展之快令人惊愕。当今

社会财富被深入挖掘，社会各项领域的财富都在快速增长。如何让密集的

地方保持井然有序的格则，对各种楼门的安全防护也变得越来越迫切。无

论是大型小区内的主要管辖区，还是出入口，包括贵重物品的库房和保险

箱，负责大型生活范围的水、点、气的控制中心，电梯口等与人们生活相

关的重要部门的通道口，都需要加强安全防护措施。这就为当代出色的门

禁系统提供用武之地，他们可以识别出入人员的身份，核对记录信息、对

出入口进行监控，更重要的是小区门禁系统为住户提供人身财产安全的重

要屏障，因为任何出入小区的人必须凭借正确的ID号，才能进入，对错

误的ID可以做到提前预警。通过小区门禁系统的设计，可以把在已学的

门禁系统毕业设计

专业知识应用到现实生活当中。这篇论文对89C52单片机的基本构成原

理、使用方法都做了介绍。凭借51系列单片机的自生特色，种种结构得

到充分利用，完成小区楼宇体系设计。并完成相应的软件和硬件的整体设

计方案。

这套门禁体系能够对住所的大门，楼道进行管理，并能有效杜绝和遏

制违法犯罪行为的发生；设计中加入了上位机，所以可观察所有住户及访

客的出入情况以便进行管理，当有突发事件发生时可提供相关资料，结合

安全监控系统可以便于辅助对事件的调查；通过IC卡，住户和访客出入

方式变得方便，适应当今社会的快节奏，也让住户融洽相处。

综上所述，门禁系统易用，方便，实用性强，市场需求大，因此选择

门禁系统为毕业设计的课题。

1.3 国内外研究现状分析

感应门禁系统和生物识别门禁系统作为当今社会门禁系统的两大解决

方案。指纹门禁系统是生物识别门禁系统中的佼佼者。人们很早就听说过

指纹识别，真正让他风靡一时的还要算苹果公司出品的苹果5S手机，这

其实也标志着指纹识别技术的完善。计算机图像处理和模式识别理论在工

程应用中的比重越来越大，随处可见的大规模集成电路技术结合出色的算

法，基于指纹识别技术的门禁系统体积非常小，目前市面上的指纹门禁系

统不到一千元就能买到。目前国外的大型门禁系统不再研制指纹识别，他

们研制安全性更高的产品，但是价格昂贵，但集成了新技术，如掌脉识别

技术。感应门禁控制系统，因为它涉及到电子，控制，通信，和许多其他

方面，从4000到30000美元的价格控制，先进的感应式门禁系统的光传

感器高达10000元以上。国内生产的门禁系统虽然起步较晚，但发展也比

较快速，但优惠的价格较国外同类产品低很多，还是吸引了不少用户。此

类系统在国外比较著名的美国休斯（HID），NTK（NTK），西屋

（WSE），英国集宝等品牌的市场占有率是相当高的，并集中在高端控制

系统。他们掌握当前最新技术。国内较出色的门禁系统的品牌有门吉利、

捷顺、北京青云等。

我国对门禁系统在经历过研发阶段后，也取得了一些成绩，但对高新

技术的掌握一直鲜有突破，对国外门禁系统的仿造越来越多，性能却得不

到保障，而且产品样式缺乏创新，有待提高。近年来百度在图像识别领域

上面研究投入较大的财力，利用深层神经网络-深度学习技术开展人脸识

别，所谓深度学习就是通过构建多层的神经网络，利用复杂网络提取特征

的能力，完成复杂的任务需求。相信这一个技术未来会用在门禁系统中。

但是这项工作需要时间，因为需要积累各种场景的数据，才可以训练出这

样的一个模型，收集各个场景的数据需要耗费大量的时间。百度在两会期

门禁系统毕业设计

间提出加快组建“中国大脑”计划，其核心就是希望通过深度学习理论来

加快中国人工智能的发展，未来社会谁占领了人工智能的高地谁就掌握了

高科技的金钥匙。大数据时代到来，我们需要处理的信息量每天是很大

的，如何利用这些数据发现我们有用信息，这些需要探索。结合大数据，

我们的包括智能小车在内的智能设备将会具有更高更强的能力，具备复杂

场景下信息处理能力，真正可以做到解放人类劳动力。

1.4 论文研究的主要内容

1.明确系统功能和设计任务要求，深入学习掌握相关设计理论知识和

设计方法，制定系统总体方案。

2.门禁控制器硬件系统设计：元件与模块选型，订购。射频识别、人

机接口、通讯、输出驱动、报警、电源等电路设计及其原理图绘制。

3.门禁控制器应用软件设计。

4.上位机门禁管理软件设计。

5.门禁系统安装、调试。

门禁系统毕业设计

第2章 方案论证

本课题要求设计出一套小区的门禁系统，通过上位机可以对IC卡进注

册和注销，并且当用户刷卡时可以显示刷卡信息。当卡没有被注册而刷卡

的话将会显示错误和发出报警声，只有被注册的卡才会驱动电路开锁。上

位机将显示对应的操作。

2.1 主控芯片选择

作为门禁系统的核心，控制器的选择很重要，即要可以完成我们设定

的任务，又不能太过复杂，换句话说就是不要大材小用。

方案一：采用DSP或者FPGA，ARM作为核心控制芯片。DSP，

FPGA或者ARM属于一类功能非常强的微型控制器，具有内部资源丰

富，运算速度快等优点，适合更加复杂任务背景的控制任务，同时对于它

的掌握也是比较难的，按照我们设计的任务需求，它有点“大材小用”。所

以我们从任务需求方面考虑，否定这样的一个方案。

方案二：选用51内核的单片机。51单片机可以说是一种应用十分广

泛的单片机，内部资源合理，这些内部资源可以完成一定任务的控制任

务，最重要的是它的操作简单，容易理解，适用于问题不复杂场合下的控

制任务。从实用性角度和具体任务需求角度来说，我们选择了基于51内

核的单片机作为我们的主控芯片。

综上所述我们选用了具有51内核的STC89C52单片机作为本次设计

的主控芯片，它可以很好的利用内部资源做完我们设定的任务。

2.2 电源模块选择

任何电子元器件工作都需要能量，从便携角度考虑，我们需要这一个

稳压芯片可以提供持续的稳定的电压。常见的稳压芯片很多。我们给出两

种备选方案。

方案一：以LM7805为核心的稳压电源模块。LM7805具有输出电压

值稳定，输出噪声小等优点，但是电源效率效率，电路功耗比较大，散发

的热量大，容易烧坏等缺点，小车在测试时候需要的是长时间，因此这并

不是最优的一个方案。

方案二：以LM2940为核心的稳压电源模块。该芯片的效率比较高，

功耗比较小，该芯片是一款低压差三端的稳压芯片。输出电压为+5V；输

出电流最高达3A；我们利用它，可以给 5V 单片机电路系统以及其他的

门禁系统毕业设计

需要5V供电的传感器等。该芯片最输入电压最大为30V，最小为6V；对

工作环境温度要求不高，可在-40～+125℃内正常工作；它内含固定频率

振荡器（150KHZ），基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：电流

限制、热关断电路等。该模块外围电路元器件少，搭建简单实用性好。但

是该芯片有输出噪声比较大的缺点。

作为本次设计，通过各方面对比，我们选用了LM2940芯片。

2.3 显示模块选择

因为需要提示用户输入和显示当前的输入模式等，所以需要一个显示

模块，目前主要的显示方式无非就是数码管和LCD显示模式。

方案一：选用LCD1602作为显示模块。LCD1602可以显示32个字

符，分两行显示，显示数字，显示能力强，占用单片机硬件资源开销和数

码管相同，对于本设计来说需要这些显示方式。

方案二：选用数码管作为显示模块。数码管有静态显示和动态显示两

种方式，动态显示方式比较实用，而且数码管显示简单，容易操作，成本

低，缺点是显示能力有限。

实际上就本次任务来说，需要能够显示字符，就其显示能力来说只有

LCD可以完成这样的任务。

2.4 存储模块选择

因为需要记住每次注册的卡信息，需要一个存储器可以在系统不工作

时候也要能够记住这些信息。

方案一：采用AT24C02作为存储模块，它内部含有存储空间容量大

小256×8位，具有比较大宽泛的工作电压(2.5～5.5 V)、支持重复擦写次数

多，原则上大于1万次、擦写速度快、具有很强的抗干扰能力强、数据不

易丢失等特点、体积小等特点，它是通过I2C总线，所谓I2C总线技术是

一种串行的通信方式，它主要的接口有两个一个是时钟接口，主要主要就

是同步主机和丛机步调，第二个重要接口就是数据接口，这个数据包含着

控制字符和真正的数据，控制字符主要就是决定着之后数据传输的流向问

题。

方案二：采用数字的逻辑电路存储信息，数字逻辑电路操作简单，但

是存在着不稳定等因素。因此这个方案不能被采用。

完成这样的设计任务，我们决定采用AT24C02作为我们的存储模块

来存储注册卡的信息。

门禁系统毕业设计

2.5 本章小结

本章首先对与门禁系统进行简单的介绍，实际上是在说明我们的具体

需求情况。然后我们根据这个具体的任务，就各个模块方面，我们分别给

出了几种备选方案，通过对比选择出一个适合本次设计的最佳方案。总结

一下我们的方案：选用STC89C52作为控制核心，选用了LM2940作为我

们的电源模块，选用了LCD作为我们的显示模块，选择了AT24C02作为

存储模块。其他部分将在第三章有具体体现。

门禁系统毕业设计

第3章 系统的硬件电路设计

该系统的硬件电路部分主要有单片机最小系统、电源电路、串口电路

以及按键电路、一个LED电路和1602液晶屏显示等。该电路要完成的工

作是基于51单片机的RFID门禁系统，通过控制器、存储器、IC卡识别

模块、磁力锁、报警器、读卡器等组成一套完整的安防系统，读卡器与电

控锁构成门禁控制单元，控制器由51单片机及其外围设备组成，负责识

别读卡器传入信息，并进行相应判断处理，并与上位机进行信息交互。存

储器用来存储相应身份信息，以供控制器进行匹配。通过串口与上位机的

结合可实现注册和注销卡用户的功能，独特的记录功能对出入口的刷卡历

史进行记录，大大方便了管理人员。根据设计的要求可将系统的硬件框图

总结为图3.1所示。

图3.1系统组成框图

3.1 电源模块设计

对电源模块的设计，需要考虑实际应用场合的需求，比如当需要和上

位机仪器联合使用时，就可以考虑使用USB的电源为单片机系统供电。

而如果设计的产品需要独自工作，那么必须为该设计加入电源模块，在没

有电源等条件下，也能为单片机提供电量。最长碰见的情形是电源的额定

电压远高于我们需要的输入电压，这时候就需要有一个专门的模块来处理

门禁系统毕业设计

电源的问题了。考虑到设计的人体反应测试仪，并和上位机之间有通信，所以我们使用PC机的USB端口为我们的系统核心-单片机供电。但为了测量方便，我们也给出了其他电源转5V的方案，以供参考。要设计满足5V的直流稳压电源，本设计可以采用LM2940-5.0，因为该芯片是一款低压差三端的稳压芯片，输出直流电压为+5V，电流到1A；值得一提的是该芯片内部包含过热保护、电池反接保护电路[5]这对电路的维护和使用是相当有益的，人使用时都有可能出现误操作，该款芯片有效地减少误操作可能造成的电路损坏。图3.2是芯片的实际图。

图3.2 LM2940-5.0实物图

从左到右分别是Input端，GND端，Output端，在Input端接高于5V的电压，Output端就可以输出稳定的5V电压，两边的电容起到滤波的作用。图3.3

给出本设计可参考的电源部分的具体电路。

图3.3电源模块

电源部分可以使用采用4节1.5V干电池，这样设计是为了便于携带，输入输出也可加入10uF电容进一步滤出高频波，使得输入到LM2940中的电压和输出到单片机中的电压更干净。

门禁系统毕业设计

3.2 液晶显示电路设计

通过上一节对设计方案的研究，要将测试结果显示出来，需要用一种合适的显示手段，我们这里需要显示字母及其他提示信息，光用数码管是完成不了设计要求的，同时为了降低成本，又不至于影响性能，我们选择了1602液晶显示屏。其实无论是1602液晶屏还是12864液晶显示屏，使用原理都是一样的，都是像显示模块发送8位数据来达到显示目的的，不同的只是使用时的配置、片选、读写使能的方式不同而已。用1602液晶屏的设计方案，因为其显示字母，数字，标记等等效果很好，所达效果为点阵液晶显示模块的专业化水平，只有16针，连接和操作都很方便。字符式点阵是显示的最小单位，在位之间有插入一个点距的间隔，每行间再插间隔，就能分割了字符和行，这样清晰地表现字符、数字标志等单元。HD44780芯片是市面主流的控制液晶芯片，应用在大多数低成本的小型液晶屏幕的可视化设备上，控制原理也是完全相同，这非常便利了基于HD44780写的可视化程序在人们生活中的应用。液晶显示部分选用LCD1602显示屏，该液晶屏可以显示16 2即32个字符，分成2行，每行最多可以显示16个字符。电子市场上大多数的液晶都是基于HD44780液晶芯片控制的。一般字符型LCD分14条引脚或者16条引脚的，多出2个引脚是液晶屏的背光电源VCC(15脚)和背光地线GND(16脚)，16脚的液晶屏的控制原理和14脚液晶屏的控制原理完全相同。表3.1给出各个引脚的定义：

表 3.1 LCD 引脚定义

门禁系统毕业设计

HD44780内置了DDRAM、CGROM和CGRAM，DDRAM的意思是显示数据的RAM，作用是用来存储将要显示的字符代码。一共有80个字节，该地址跟屏幕上的位置的对应关系如3.2表所示：

表3.2屏幕对应位置与DDRAM地址关系

关系，比如想在液晶屏幕第一行最左端第一个位置显示出字母 B ,那么就需要向DDRAM中00H这个地址里写进去 B 的代码就可以了。如何具体的向液晶屏模块中写入字符将由单片机向控制寄存器里写入相应的控制字来完成。这里要说明的一个问题，在文本文件里，一个字符对应用一个字节来表示。一个汉字是占用两个字节，我们在自己电脑上只要打开文本文件就可以看见屏幕上显示对应的字符主要是因为我们的电脑的操作系统中已经固化有字符字模。

下面介绍具体实现对DDRAM的内容和物理地址之间的操作，首先要对HD44780的指令集和如何设置进行说明，针对操作共有11条指令包括清屏指令、光标归位指令、进入模式设置指令、显示开关控制指令、设

门禁系统毕业设计

定显示屏或者光标移动方向指令、功能设定指令、设定CCRAM地址指令、设定DDRAM地址指令、忙信号读取或AC地址指令、数据写入DDRAM或者CGRAM指令以及从CGRAM或DDRAM中读出数据的指

1） 将光标归位，也就是将光标返回到屏幕的最左上端；

2） 将显示器上内容都清除，也就是将DDRAM中的内容都写入为“空”

对应的ASCII码对应

20H；

3） 将地址计数器(AC)的值设置成0；

1） 将光标返回到显示器的最左上端；

2） 将地址计数器(AC)被值设置成0；

3） 保持DDRAM的值不变；

3.进入模式设置指令

个字符之后光标是否移动功能。具体设计情况介绍如下：

门禁系统毕业设计

1/0 ：0=写入新数据之后光标自动左移；1=写入新数据之后光标自动右移；

S ：0=写入新数据之后显示屏不移动；1=写入新数据之后显示屏整体右

移动1个字符；

况如下：

D 0=显示功能打开； 1=显示功能关闭；

C 0=光标显示关闭； 1=光标显示打开；

B 0=光标闪烁； 1=光标不闪烁；

S/C R/L 设定情况

0 0 光标向左移动1格，且AC值减1

1 光标向右移动1格，且AC值加1

1 0 显示器上字符全都向左移1格，光标不移动1 1显示器上字符全都向右移1格，光标不移动

门禁系统毕业设计

设0 0 0 0 1 DL N F X X 40 置

功能介绍：通过对寄存器来设置数据总线的位数、显示的行数以及显示字型。具体设置情况如下：

DL 0=数据总线为4位 1=数据总线为8位

N 0=仅显示1行 1=显示2行

F 0=5 7点阵/每个字符 1=5 10点阵/每个字符

7.设定CGRAM地址指令

1)BF=1表示液晶处于忙的状态，此时无法再去接收来自单片机送过来的数据或者指令。

门禁系统毕业设计

BF=0表示液晶处于空闲状态，此时液晶可以接收来自单片机送过来的数据或者指令。 2)读取地址计数器(AC)的内容。

门禁系统毕业设计

设 1 1 40 读出的数据 置

功能介绍：读取DDRAM或CGRAM中的内容,具体操作情况如下；

读状态 输入：RS=L, R/W=H , E=H 输出： 状态字(DB7~DB0) 写指令 输入：RS=L, R/W=L , E=下降沿脉冲，BD7~DB0=指令 输

出：无

读状态 输入：RS=H, R/W=H , E=H 输出： 数据(DB7~DB0)

写数据 输入：RS=H, R/W=L ,

E=下降沿脉冲，BD7~DB0=数据 输

出：无

本次设计采用的液晶显示部分电路如图3.4所示，由于液晶屏的数据端口接在单片机的P0口，基于P0口是集电极开路的输出结构所以要加上拉电阻由于集电极开路的电路结构只能输出低电平如果不加上拉电阻就不能输出高电平，而液晶屏幕需要有高电平支持，所以在设计电路时加上1K的上拉电阻，其控制引脚分别接在P0.0、P0.1和P0.2脚上

3.3 FM1702高频读卡器模块

图3.5 FM1702SL管脚图

引脚说明如表3.3所示：

门禁系统毕业设计

（1）性能参数如表3.4所示：

表3.4 FM1702SL性能参数

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2of1.html