智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

◎徐鵬飛 郭燕

（作者單位：南京科技職業(yè)學(xué)院）

引言：傳統(tǒng)的門禁大多采用人工檢測，對(duì)于人員的信息檢測也只是一帶而過，并沒有實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的管理，并且常常出現(xiàn)人員混雜，職員管理困難等難題。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種智能門禁系統(tǒng)，一方面可限制外來人員的進(jìn)入，若有非合法人員想要進(jìn)入指定區(qū)域，報(bào)警器會(huì)提示相關(guān)工作人員；同時(shí)可對(duì)內(nèi)部員工進(jìn)行管理，對(duì)員工的刷卡時(shí)間做記錄，從而實(shí)現(xiàn)智能化管理。

一、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)了一個(gè)智能門禁系統(tǒng)，控制核心采用AT89C52 單片機(jī)，與射頻模塊，語音模塊，顯示模塊以及門鎖模塊結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)出安全的管理。本系統(tǒng)可用讀卡器識(shí)別非接觸式射頻卡，射頻卡合法時(shí)，顯示器顯示卡號(hào)，門鎖打開；若不正確，語音模塊中蜂鳴器做出報(bào)警提示。本系統(tǒng)通過刷門禁卡或者輸入密碼兩種方式可進(jìn)入指定區(qū)域。當(dāng)進(jìn)行刷卡時(shí)，讀卡器識(shí)別信息，并將信息傳送給單片機(jī)，單片機(jī)判斷是否合法，合法時(shí)顯示器顯示卡號(hào)，門鎖打開；若非合法門禁卡，蜂鳴器發(fā)出語音報(bào)警；當(dāng)沒有刷卡時(shí)，進(jìn)門時(shí)按下按鈕，可進(jìn)行輸入密碼，密碼正確，顯示器顯示密碼正確，門鎖打開；若密碼錯(cuò)誤，顯示器顯示密碼錯(cuò)誤，蜂鳴器發(fā)出語音報(bào)警。

智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖如圖1 所示。其中顯示模塊采用LCD12864 顯示器，顯示卡號(hào)和刷卡信息；語音模塊采用蜂鳴器根據(jù)單片機(jī)的對(duì)用戶合法與否的判定發(fā)出語音提示和語音警報(bào)；讀卡模塊采用非接觸無線射頻識(shí)別卡進(jìn)行信息讀??；輸入按鍵模塊用于用戶密碼的輸入；門控模塊用來控制異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)門鎖的開啟。

二、智能門禁系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

1.語音提示報(bào)警電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中的語音模塊由蜂鳴器電路和語音放大電路共同構(gòu)成，在輸入密碼正確與否或射頻卡正確與否時(shí)，給出語音提示或語音報(bào)警。

（1）蜂鳴器電路。在本系統(tǒng)的語音模塊采用蜂鳴器發(fā)出語音提示或者報(bào)警。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般包括一個(gè)三極管，一個(gè)蜂鳴器，一個(gè)續(xù)流二極管，一個(gè)濾波電容。在蜂鳴器兩端加上直流電壓就可以發(fā)聲，可根據(jù)需要選擇其外形尺寸，發(fā)聲方向，工作電壓，電流，頻率以及驅(qū)動(dòng)方式等。

蜂鳴器實(shí)質(zhì)是一個(gè)感性元件，由于其電流不能瞬間改變，所以需有一個(gè)續(xù)流二極管續(xù)流，若無續(xù)流二極管，蜂鳴器兩端就會(huì)產(chǎn)生非常高的電壓，這會(huì)損壞三極管，并會(huì)干擾到其他電路。濾波電容的作用是濾去蜂鳴器電流對(duì)其他部分的影響，改善電源的交流阻抗。三級(jí)管起到開關(guān)作用，工作原理是其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，蜂鳴器即可發(fā)聲，當(dāng)基極處于低電平時(shí)，使三極管關(guān)閉，蜂鳴器就會(huì)停止發(fā)聲。圖2 為蜂鳴器電路。

圖2 蜂鳴器電路

門禁系統(tǒng)中，蜂鳴器電路由三極管放大電路組成，單片機(jī)利用P2.2 的狀態(tài)來控制蜂鳴器的打開和關(guān)閉。

①當(dāng)向P2.2 寫入邏輯0 時(shí)，P2.2 輸入低電平，PNP 導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲。

②當(dāng)向P2.2 寫入邏輯1 時(shí)，P2.2 輸入高電平，PNP 關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。

本系統(tǒng)中的語音模塊主要為智能門禁系統(tǒng)提供語音提示，使管理更加高效。當(dāng)讀卡器讀取射頻卡信息后，判斷其合法性，當(dāng)射頻卡合法時(shí)，蜂鳴器發(fā)出語音提示，當(dāng)射頻卡非合法時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出語音報(bào)警。若不進(jìn)行刷卡時(shí)，可按下按鈕進(jìn)入密碼輸入，當(dāng)密碼輸入正確時(shí)，蜂鳴器發(fā)出語音提示，密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，蜂鳴器發(fā)生語音報(bào)警。

（2）模擬語音放大電路。本系統(tǒng)的語音放大電路采用了MC34119 設(shè)計(jì)電路。MC34119 是一種音頻放大集成電路，主電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成。MC34119 能為揚(yáng)聲器提供正負(fù)200mA 的輸出電流，在輸出最大電流時(shí)，兩個(gè)輸出端在其電源電壓大于5V 時(shí)，最低能達(dá)到0.4V,在輸出電流小于200mA 時(shí)，輸出端擺動(dòng)幅度會(huì)更大。

MC34119 的1 腳為芯片的關(guān)閉控制器，CD 為低電平時(shí)，語音放大器就會(huì)啟動(dòng)，芯片內(nèi)置的偏置電路建立好正常的工作電流，為語音放大器電路工作；當(dāng)1 腳為高電平時(shí)，內(nèi)置的偏置電路關(guān)閉，語音放大電路關(guān)閉，即可節(jié)約電能，也可抑制噪聲。MC34119 語音放大電路如圖3 所示。本系統(tǒng)應(yīng)用MC34119 作為語音放大電路，與普通語音放大不同的是無需在輸出端和負(fù)載之間加入緩沖器。

圖3 MC34119 語音放大電路電路

2.電磁鎖控制電路。

本系統(tǒng)中的門鎖模塊主要由電磁鎖控制電路和電機(jī)組成。電磁鎖的工作的原理是利用電流產(chǎn)生磁場。當(dāng)電流流過鋼片時(shí)，只需非常小的電流，電磁鎖就會(huì)產(chǎn)生非常大的磁力，可以牢牢的吸住門板，使門處在一個(gè)閉合的狀態(tài)下。因此，當(dāng)門禁系統(tǒng)識(shí)別到合法用戶時(shí)，電磁鎖的電源就會(huì)斷開，沒有了電流，就沒有磁力，因此門就會(huì)打開，這也符合了消防要求。電磁鎖的性能比較穩(wěn)定，但電磁鎖的磁力會(huì)隨時(shí)間慢慢變?nèi)酢?/p>

本系統(tǒng)利用電磁鎖控制電路控制門鎖的開關(guān)。當(dāng)單片機(jī)接受到合法用戶的信息時(shí)，Q2 處于截止?fàn)顟B(tài)，Q3 導(dǎo)通，電磁鎖端電源斷開，電機(jī)得電，門打開；在無合法用戶進(jìn)入時(shí)，Q2 處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q3 截止，電磁鎖端閉合，門為關(guān)閉狀態(tài)。開門的角度由脈沖個(gè)數(shù)決定，在門打開后，內(nèi)置彈簧設(shè)置，可使門在一定時(shí)間內(nèi)自行關(guān)閉。

三、智能門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)根據(jù)模塊編程。分別是語音模塊，定義蜂鳴器接口；顯示模塊，報(bào)警指示燈接口，延遲接口，限制條件數(shù)據(jù)接口；按鍵模塊，密鑰接口；門鎖模塊，電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

1.密碼控制門鎖流程。

門禁系統(tǒng)的按鍵部分是以設(shè)置的密碼控制門鎖的開關(guān)，在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)密碼等有效信息并予以回應(yīng)，密碼正確，門鎖控制打開，密碼錯(cuò)誤，門鎖控制不開，并且有語音提示報(bào)警，在輸入密碼后的特定時(shí)間段內(nèi)對(duì)LCD 屏進(jìn)行初始化管理，即可再次輸入密碼。圖4 為密碼控制門鎖流程圖。

2.讀卡過程及程序設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)中讀卡器通過RFID 技術(shù)對(duì)非接觸式IC 卡進(jìn)行信息識(shí)別，當(dāng)EM4100 進(jìn)入天線監(jiān)測范圍內(nèi)，讀卡器便開始尋卡過程和防沖突程序，驗(yàn)證射頻卡合法后便會(huì)利用頻率信號(hào)讀取信息。

結(jié)論：本系統(tǒng)主要以AT89C52 為控制核心，射頻模塊由非接觸式射頻卡和讀卡器組成，采用射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)射頻卡的合法性進(jìn)行判別；語音模塊由語音放大電路和蜂鳴器電路組成；顯示模塊采用高性能的LCD12864 顯示器；門鎖模塊采用異步電動(dòng)機(jī)，通過模擬仿真，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)完整而有效。