基于单片机的门禁控制系统的设计电气工程及其自动化［摘要］：本文介绍了一种用于门禁管理系统的射频读卡器的设计过程，实现卡上信息的识别和读取。
主要完成了硬件的设计调试和部分软件的设计和调试工作。
对于硬件部分，完成读卡器电路的设计和调试工作。
本设计是利用T7122M-I工业级ID读卡模块实现的门禁控制器，主控部分采用AT89C51芯片，控制外围设备，有卡读入时先判断是否为管理卡或者用户卡，针对相应卡蜂鸣器做出相应回应。
此系统具有存储一张管理卡和多张用户卡的功能，同时管理人员还可以通过按键更改管理卡，增加，删除用户卡等操作，门禁刷卡控制刷卡距离约为5-12CM。
［关键词］：AT89C51，门禁系统，读卡模块,智能目录引言 (7)1 课题论述 (7)1.1 课题研究背景 (8)1.2 门禁系统的发展 (8)1.3 门禁系统的可行性分析 (9)1.4 门禁系统的设计要求 (9)1.5 系统设计要求 (10)2 门禁系统的方案论证 (10)2.1 门禁系统的总体方案 (10)2.2 门禁系统的各个方案论证 (11)2.2.1 单片机控制芯片模块 (11)2.2.2 键盘控制模块 (11)3 门禁系统的硬件部分 (12)3.1 主控芯片部分 (12) (13)3.3 蜂鸣器控制部分 (14)3.5 T7122M-I工业读卡模块 (15)4 门禁系统的软、硬件调试 (17)4.1 设计流程图 (20)4.2 硬件调试 (20)4.3 软件调试 (20)4.4 软、硬件设计注意事项 (20)结束语 (20)参考文献 (21)附录1 (23)致谢 (28)引言：门禁系统已成为发达国家和地区最主要的保安系统之一，和传统的保安设备不同，它变被动的监控和报警为主动的控制，起到更高的安全作用。
因此，门禁系统在保安设备领域中独领风骚、据美国权威机构调查统计结果：美国门禁设备销售占整个公共安全行业市场销售额的57.8％，闭路电视监控及其它报警设备销售总额仅占39.2%,另外台湾安全器材市场年度调查报告中，门禁销售增长率为25％，高出其它保安设备增长率十几倍。
安装门禁管理系统是对安全和效率的投资，现在我们推荐采用的门禁系统具有先进的功能，并结合中国的实际情况，具有很好的扩展性，安全性和实用性，能满足复杂的要求和适应未来的发展。
1 课题论述1.1课题研究背景：日益扩大的贫富差距使得发展中国家的犯罪率不断上升，社会各界对安防产品的需求也日益高涨。
作为安防产业中的门禁类产品逐步发展成为智能化项目中常见的子系统之一，并在政府、企业、工厂、石化、汽车、造船、金融、医院、部队等领域中得到了广泛的应用。
相关的统计资料显示，随着智能建筑、厂矿企业、银行等领域的市场需求快速递增，中国的安防门禁系统产品及配套设备市场的产业链实现了年均20%一25%以上的增长;国内门禁品牌企业近千家，70%的门禁厂商分布在珠江三角洲一带，整个产业链市场规模超过180亿人民币;受南北发展差异的影响，在中高端市场上，国外门禁厂商在华北区占有市场份额超过60%以上，在华东区占有55%的市场份额，在华南区占35%的市场份额，在西南占25%的市场份额。
出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。
它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。
适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间,智能化小区，工厂等[1]。
在数字技术网络技术飞速发展的今天门禁技术得到了迅猛的发展。
门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理，它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。
它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。
在该系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出控制，物业消防监控、保安巡检管理、餐饮收费管理等，真正实现区域内一卡智能管理。
1.2门禁系统的发展门禁控制系统自上世纪 80 年代开始产生，由于其技术的实用性很快得到迅速发展，此以前门禁安全管理一直采用机械钥匙方式，但随着经济和社会的日益发展，简单的门禁安全管理已远远不能满足社会的需要，一种简单的电子门禁产品开始出现。
初期的门禁系统仅仅是独立的磁卡系统，可以用编程卡或手持编程器进行设置和管理，后来随着计算机的快速发展，门禁控制系统逐渐开始由计算机来管理和控制，门禁系统也由单个的门禁控制发展到网络的计算机控制，门禁的管理功能也日见增多，系统的安全性日益完善。
今天的线网络门禁系统已经广泛采用计算机中央控制管理，门禁控制器采用智能分布式处理技术，网络通信广泛采用 RS-485/422 总线、 TCP/IP 远程调制解调器等方式，门禁软件的管理功能也更加强大。
注意到随着门禁控制技术的成熟和发展，门禁系统得到空前广泛的应用和普及，作为安全领域 3 大部分之一（门禁、监控、报警）门禁系统并不是孤立的系统，需要不断地发展和提高，满足安全领域多样性的发展需要。
指纹虹膜掌型生物识别门禁系统系统安全性高，但成本高，由于拒识率和存储容量等应用瓶颈问题而没有得到广泛的市场认同。
现在国际最流行最通用的还是非接触 IC 卡门禁系统。
非接触 IC卡由于其较高的安全性，最好的便捷性和性价比成为门禁系统的主流。
1.3门禁系统的可行性分析系统的实用性；门禁系统的功能应符合实际需要, 不能华而不实。
如果片面追求系统的超前性, 势必造成投资过大,离实际需要偏离太远。
因此, 系统的实用性是首先应遵循的第一原则。
同时，系统的前端产品和系统软件均有良好的可学习性和可操作性。
特别是可操作性（便捷性）,使具备电脑初级操作水平的管理人员，通过简单的培训就能掌握系统的操作要领，达到能完成值班任务的操作水平。
系统的稳定性；由于门禁系统是一项不间断长期工作的系统，并且和我们的正常生活和工作息息相关，所以系统的稳定性显得尤为重要。
要求该产品系统要有五年以上市场的成功应用经验，拥有相应的客户群和客户服务体系。
系统的安全性；门禁系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时, 还应符合中国或国际有关的安全标准, 并可在非理想环境下有效工作。
强大的实时监控功能和联动报警功能，充分保证使用者环境的安全性。
系统的可扩展性；门禁系统的技术不断向前发展, 用户需求也在发生变化, 因此门禁系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要, 亦即: 可灵活增减或更新各个子系统, 满足不同时期的需要, 保持长时间领先地位, 成为智能建筑的典范。
系统设计时，对需要实现的功能进行了合理配置，并且这种配置是可以改变的，甚至在工程完成后，这种配置的改变也是可能的和方便的。
系统软件根据开发商符合不同历史时期市场的需求进行相应的升级和完善，并为相应的应用客户进行软件升级。
同时，可以扩展为考勤系统、会议签到系统、巡逻管理系统，就餐管理系统等一卡通工程。
系统的易维护性；门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。
系统的运转真正做到开电即可工作, 插上就能运行的程度。
而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具。
从计算机的配置到系统的配置，前端设备的配置都充分仔细地考虑了系统可靠性。
并实施了相应的认证。
我们在做到系统故障率最低的同时，也考虑到即使因为意想不到的原因而发生问题时，保证数据的方便保存和快速恢复，并且保证紧急时能迅速地打开通道。
整个系统的维护是在线式的，不会因为部分设备的维护，而停止所有设备的正常运作。
系统的先进性；在保证稳定性实用性和便捷性的前提下，门禁产品应该具备一定的先进性，以保证在今后的数年内不会被淘汰，并且可以满足门禁使用中的要求和需求[2]。
1.4 门禁系统的设计要求出入口门禁控制系统采取以感应卡来取代钥匙开门的方式。
使用者用一张卡可以打开多把门锁，对门锁的开启也可以有一定的时间限制。
如果卡丢失了，不必更换门锁，只需将其从控制主机中注销。
对何人何时何地惊醒详细跟踪，以实现中心对出入口德24小时控制、监视、及管理。
系统将ID卡技术，计算机控制技术与电子门锁有机结合，用ID卡替代钥匙，配合计算机实现智能化门禁控制和管理，有效的解决了传统门锁的使用繁琐和无法信息记录等不足，利用数据控制区采集的数据实现数字化管理科为内部人力资源的有效管理等带来意想不到的效果[3]。
电子钥匙：授权后的ID卡即可当做电子钥匙，将此电子钥匙感应前一晃，控制器对该卡进行身份验证，验证合法后即控制电子门锁自动打开。
开门权限：按门设置：可以根据持卡人身份权限设定有效开门区域（控制器号码）。
系统可没有最高权限卡，该卡可以打开系统辖区内所有电子门锁。
自动报警：非法使用卡或强行打开门锁等非正常情况下系统会将自动发出报警信号，系统将自动记录非常状况的时间，门号、状态等详细信息，确保门锁安全和时候查证。
1.5 系统设计要求（1）读卡功能（2）添加管理卡功能（3）增加、删除用户卡功能（4）更改管理卡（5）清除所有用户卡（6）键盘控制管理卡操作（7）蜂鸣器实现刷卡、按键提示2 门禁系统的方案论证2.1 门禁系统的总体方案本系统由51系列单片机AT89C51、按键、蜂鸣器、T7122M-I读卡等模块构成。
实现了存储一张管理卡和多张用户卡的功能：同时管理人员还可以通过按键更改管理卡，增加用户卡，删除用户卡，清空所有用户卡等，因为门禁刷卡控制刷卡距离随着补偿电容的改变而改变（补偿电容大约300PF），所以最大的刷卡距离约为5-12CM：对于非管理卡或用户卡，本门禁控制器不与响应：每个按键控制器都有相应的提示音进行操作。
正常使用时，用户持卡靠近读卡天线，门禁控制器读入卡号，并与存储在内部的卡号比较，如果有相同的卡号，说明此卡合法，门禁机响以长音，提示成功，如果读卡失败，而不响应[4]。
总体系统结构图如图1。
图1门禁系统总体结构框图2.2 门禁系统的各个方案论证2.2.1单片机控制芯片模块方案一：PIC16C84单片机芯片。
它是8位CMOS EEPROM 微控制器。
它有高性能的类似于RISC的指令，共有35条单字节的指令，所有的指令除程序分支指令需要两个指令周期外，都只需要一个指令周期。
程序指令的宽度为14位，在芯片内有1K *14的EEPROM程序存储器。
方案二：AT89C51芯片。
它是一种低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。
易失性存储与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得AT89C51为嵌入式控制应用系统提高灵活、超有效的解决方案[5]。
基于以上所述，根据系统需要及所学知识本论文选方案二。
2.2.2键盘控制模块方案一：独立式键盘，如图2。
它是利用单片机I/O口读取的点评高低来判断是否有键按下，这种方式的缺点是占用的I/O口数较多。
