摘 要

家庭使我們?nèi)粘Ｉ钪凶钪匾囊粋€地方，是我們最溫馨的港灣。家庭的安全直接關系到我們生活的幸福感。門禁系統(tǒng)就是我們家庭安全的第一道屏障。隨著生活水平的提高，家庭安全的重要性也得到了前所未有的關注。近幾年電子技術飛速發(fā)展，使得電子門禁系統(tǒng)也得到了前所未有的發(fā)展。智能門禁系統(tǒng)逐漸成為門禁系統(tǒng)中的主要角色?，F(xiàn)如今一些高科技的門禁系統(tǒng)都以問世，比如采用指紋解鎖的門禁系統(tǒng)、采用人臉識別方式進行檢測的門禁系統(tǒng)、采用虹膜識別的門禁系統(tǒng)等等都已經(jīng)有許多成熟的應用。

本次設計的智能門禁系統(tǒng)，采用Arduino單片機為主控核心，利用相關傳感器及相關器件組成檢測與驅動裝置。本次設計的智能門禁采用按鍵與IC卡相結合的輸入方式，使用者可以通過按鍵輸入門禁密碼，或者通過IC卡進入門禁系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)設有LCD液晶顯示器，可以顯示系統(tǒng)時間及當前門禁狀態(tài)，同時系統(tǒng)配備有網(wǎng)絡模塊，通過網(wǎng)線與互聯(lián)網(wǎng)相連接。系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程網(wǎng)頁開關門禁系統(tǒng)。同時使用者可以通過按鍵進行系統(tǒng)設定及密碼修改。

本設計說明書詳細的敘述了從系統(tǒng)方案設計及核心芯片的選型，深入淺出的講解了各部分電路的工作原理。

第一章 緒 論

1.1 引言

1.1.1 研究背景

從古至今，人們習慣用普通的門鎖來保護他們的財產(chǎn)，以及防止非法人員進出房間等私密場所，這種簡單的方法一直延續(xù)了很久。然而普通的門鎖始終離不開鑰匙，而且每把門鎖需要一把與之相對應的鑰匙，需要加鎖的地方也越來越多，導致需要隨聲攜帶很多把鑰匙。

鑰匙多了就不方便于攜帶，并且容易丟失和被盜，安全很差。在科技高速發(fā)展的現(xiàn)在，傳統(tǒng)的門鎖已經(jīng)不能滿足人們對安防的需求，為了從根本上改變這種局面，產(chǎn)生了智能門禁系統(tǒng)，它是在電子、機械、光學、生物識別技術、計算機技術和通信技術等新技術的基礎上開發(fā)出來的，它也是新時代很優(yōu)秀的產(chǎn)物[1]。

在科技飛速發(fā)展的今天，門禁系統(tǒng)已發(fā)展成為一套多功能的現(xiàn)代化管理系統(tǒng)。它對出入口及通道的作用已經(jīng)不再是單純的鑰匙和鎖的管理，能夠幫助內(nèi)部實現(xiàn)有序的管理方式，能夠準確的記錄人員的出入時間、出入情況等，限制人員的出入范圍，也可以很好的拒絕非法人物進入。同時，它也可以有效的防范財產(chǎn)受到非法侵犯。門禁管理系統(tǒng)已經(jīng)成為了安全防范系統(tǒng)中很重要的部分，在當今社會應用廣泛，已經(jīng)在辦公室，賓館，智能大廈，智能小區(qū)等各種大門、通道、房間的管理得到了廣泛應用。

房地產(chǎn)事業(yè)發(fā)展的迅猛，小區(qū)門禁系統(tǒng)也隨之成為小區(qū)住宅樓不可缺少的配套設施，它很好的保護了住戶的人身安全和財產(chǎn)安全。微型計算機和單片機的迅速發(fā)展，它們在各領域的智能化應用為智能門禁系統(tǒng)提供了技術和條件。門禁系統(tǒng)在今后仍會有很好的發(fā)展前景。

1.1.2智能安防系統(tǒng)介紹

以“智能門禁系統(tǒng)設計”的設計的話題，這一個方案以“智能門禁”這一理念，所以在這里有必要對“智能門禁”做一個簡單的介紹?，F(xiàn)在家庭生活質量追求不斷提升。現(xiàn)在技術不斷提升比如：PCB板的精細、無線通信、微電子的發(fā)展。現(xiàn)在的單片機的速度在不斷加速，加上傳感器的精密度不斷提升。這一系列的資源為提升一個智能門禁系統(tǒng)就很容易實現(xiàn)。智能門禁離不開語音的提示的系統(tǒng)，市

場上的語音的芯片特別是語音的解碼部分的性能的提升。小區(qū)實現(xiàn)一個智能門禁系統(tǒng)就能很簡單了，人們的生活環(huán)境不斷提升。智能門禁的特點，它是融合了PCB板的精細、無線通信、網(wǎng)絡的通信等等。小區(qū)用了智能門禁的手段來管理控制出入來往的客人，比如，通過指紋識別、無線傳送、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別控制，通過這一類的傳感器的控制，并將它們?nèi)岷驮谝粋€系統(tǒng)中。另一方面，一般高級一點的智能門禁系統(tǒng)，都是實現(xiàn)多塊單片機的通信，用到無線的通信是比較方便。這樣會系統(tǒng)的效率提高一個檔次。

1.1.3智能門禁系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對門禁系統(tǒng)的研究已經(jīng)從認知教育和試用進入到了研發(fā)階段，但在門禁系統(tǒng)的設計與研發(fā)過程中還有一些不足之處，其表現(xiàn)為：

(1)對國外已有的系統(tǒng)進行仿造；

(2)采用國外現(xiàn)有的集成模塊，如門禁控制器，讀寫器，天線模板等；

(3)產(chǎn)品形式缺乏多樣化、投入資金消耗量大。

在技術方面，中國當前也有很多企業(yè)仿制國外的門禁系統(tǒng)，目前的做法有兩種，一是采購外國商家的系統(tǒng)零部件，例如門控器，讀寫器等，再對這些芯片進行二次軟硬件的設計。此系列系統(tǒng)的性能較好，能夠滿足那些對安全有嚴格要求的場所，但是價格昂貴。二是，在購買核心芯片之外，對國外其他部件的優(yōu)質產(chǎn)品進行研制。

此方式容易變通，可以隨時滿足客戶對門禁系統(tǒng)的合理性要求，且價格比較便宜。從內(nèi)部系統(tǒng)結構出發(fā)可看出，國內(nèi)的門禁系統(tǒng)多數(shù)以控制器為核心研制的，門控器部分由國外廠家開發(fā)。就是門禁控制器要接收讀卡器的信號，再根據(jù)信號來決定是否開門。國內(nèi)在目前先進的智能系統(tǒng)的研發(fā)處于滯后狀態(tài)，不過相信在未來我國一定能夠研發(fā)出完全屬于自己的智能系統(tǒng)。

1.1.4 研究意義

門禁系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)中的安全系統(tǒng)，是一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)。小區(qū)建筑物內(nèi)的重要管理區(qū)、存放貴重物的倉庫、控制中心等重要位置的通道口的安全防護都非常重要，這就必然需要研究一套相應的防護措施即：智能門禁系統(tǒng)，他可以識別人員身份，控制人員進出，門禁系統(tǒng)是保障小區(qū)住戶的人身財產(chǎn)安全的重要工具。同時還可以通過小區(qū)門禁系統(tǒng)的設計，熟悉掌握單片機的特點、編程技巧以及其應用，在設計過程加深對其他相關課程內(nèi)容的學習、理解和掌握。

（1）小區(qū)門禁系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)中常見的設施，能夠對智能住宅的重要通道進行管理，保障住戶的人身及財產(chǎn)安全，減少或防止非法行為的發(fā)生。

（2）小區(qū)門禁系統(tǒng)可以對住戶及訪客的出入情況進行常規(guī)統(tǒng)計管理，并記錄檔案為突發(fā)事件提供相關資料，便于以后的查閱。

（3）該設計可以為住戶和訪客提供了便捷有效的出入方式，方便了人們間的交往，實現(xiàn)了社會的融洽相處。

第二章 系統(tǒng)總體方案設計

2.1系統(tǒng)設計預實現(xiàn)功能

（1）使用按鍵輸入密碼的方式進行解鎖；

（2）使用IC卡的方式進行解鎖；

（3）采用遠程網(wǎng)頁控制的方式進行解鎖；

（4）使用LCD進行系統(tǒng)時間的顯示。

2.2系統(tǒng)總體方案框圖

圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖

如上圖所示本次設計的智能門禁系統(tǒng)主要由控制器、非接觸式讀卡器、按鍵、顯示器、網(wǎng)絡模塊等電路組成。其中非接觸讀卡器主要用來實現(xiàn)IC卡刷卡進入門禁系統(tǒng)，按鍵輸入電路用來實現(xiàn)手動輸入密碼進入門禁，顯示器用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)等參數(shù)，網(wǎng)絡模塊用來實現(xiàn)PC端網(wǎng)頁控制。系統(tǒng)的硬件電路介紹及選型在第三章進行介紹。

第三章 系統(tǒng)電路設計

本章節(jié)主要對系統(tǒng)的各模塊電路進行介紹，主要包括電路的設計及選型依據(jù)等進行介紹。

3.1 系統(tǒng)主控制器選擇

本次設計的智能門禁系統(tǒng)中，主控制器是最為關鍵的部分，它用于控制各個傳感器及驅動裝置，負責協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)。所以主控制器設計的好壞直接關系到系統(tǒng)設計的成功與否。通常在進行智能門禁系統(tǒng)中比較常用的控制器有嵌入式處理器、Arduino、DSP等?，F(xiàn)對以上三種控制器進行介紹：

3.1.1嵌入式處理器

嵌入式處理器種類繁多，現(xiàn)以一種比較常用的芯片STM32F103為代表做簡介的介紹。STM32是意法公司推出的基于ARM內(nèi)核的嵌入式微處理器系列，，其下其主要包括基本系列增強型系列、USB基本型系列、互補型系列。其中STM32F103是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的嵌入式微處理器。其最高系統(tǒng)主頻為72Mhz，屬于一歀中低檔的工業(yè)嵌入式處理器。

改處理器擁有豐富的片上外設。包括定時器、高精度ADC、工業(yè)CAN總線、SPI、I2C、USB及高速UART等外設，STM32F103系列處理器擁有者強大的電源管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)低功耗的系統(tǒng)控制而且在部分產(chǎn)品上面具有硬件以太網(wǎng)模塊，可以很方便的實現(xiàn)以太網(wǎng)控制。

同時其片上還有硬件的乘法器除法器，可以提示運算速度。這些出色的特點使得STM32F103系列在工業(yè)控制、智能電源、電機控制、醫(yī)療儀器設備等領域有著出色的表現(xiàn)及應用。目前很多門禁控制系統(tǒng)中采用這種處理器作為核心控制器。可以很方便的實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設計。而且目前關于STM32F系列處理器的應用設計也是比較多的，所以進行系統(tǒng)的設計的時候有許多成熟的設計可供參考。

3.1.2 Arduino控制器

Arduino是最近幾年才發(fā)展起來的一種硬件開源控制平臺。其內(nèi)部核心也是單片機，主要是ATMEGA公司生產(chǎn)的單片機。它構建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。主要包含兩個主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是Arduino IDE，你的計算機中的程序開發(fā)環(huán)境。你只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會告訴Arduino電路板要做些什么了。

Arduino可以通過不同類型的傳感器來感知外界環(huán)境，再通過對燈光和馬達等其他裝置的控制反饋到環(huán)境，進而對環(huán)境產(chǎn)生影響。板子上的微控制器利用Arduino平臺的編程語言來編寫程序，再轉譯成二進制的文件，燒錄到微控制器中。通過利用基于 Wiring的Arduino編程語言和基于 Processing的Arduino開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)的對Arduino的編程。

基于Arduino的項目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信 (比如 Flash,Processing, MaxMSP)來實現(xiàn)。

Arduino平臺的主要特點是：

（1）跨平臺：Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OS X、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運行，而其他的大多數(shù)控制器只能在Windows上開發(fā)。

（2）簡單清晰：processing IDE是Arduino IDE開發(fā)的基礎，初學者更容易掌握學習，同時有足夠的靈活性。Arduino語言是基于wiring語言而開發(fā)，是對 avr-gcc庫的二次封裝，對于單片機基礎、編程基礎的功底要求不高，通過簡單的學習之后，就可以快速的進行開發(fā)。

（3）開放性：Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件都是開源的，只要不違反開源協(xié)議就可以對原始設計及相應代碼作出修改。

（4）發(fā)展迅速：Arduino不僅僅是全球最流行的開源硬件，也是一個優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺，更是硬件開發(fā)的趨勢。Arduino的開發(fā)方式非常的簡單，這也促使開發(fā)者更加注重創(chuàng)意和實現(xiàn)，保質保量的完成項目開發(fā)，不僅極大節(jié)約了學習耗費的成本，而且縮短了開發(fā)的周期。

審核編輯：劉清