基于单片机设计的门禁系统

1、基于单片机设计的门禁系统 邮件群发 摘要：设计要求：基于单片机，具有通话、振铃、摘机、通话、开锁功能，还要有键盘和显示电路设计思路：1、系统用到AD、UART、PWM、SPI，考虑成品的体积，采用arduino nano 2、语音采样使用驻极体麦克风，经200倍前置放大，再进行8位AD采样，采样率8kHz，可达到 音质，满足需求 3、门禁系统通信的特点是多对一，距离10100m，通信速率要满足语音通信、控制信号传输，因此采用485通信，通信速率512Kbps 4、语音播放使用8位PWM，功放芯片采用常见的LM386 5、显示屏采用Nokia5110，SPI通信 6、键盘采用10位ADC键盘，1

2、6个按键 7、开锁电路使用继电器实现 硬件设计 1、Arduino Nano 主控直接采用arduino nano，由于485通信和下载程序共用0、1脚，因此要通过拨码开关切换0、1脚功能 2、电源电路 整个系统使用外部12v电源供电，用于驱动继电器和LM386,12v电源通过LM2940得到5v电源，Nokia5110显示屏需要3.3v供电，直接采用nano上的3.3v电源 3、ADC键盘电路 由于arduino接口较少，直接采用ADC键盘，一次挂载20个按键没有问题，每个分压电阻使用1k，线性度非常不错。 4、485通信电路 使用了两片MAX485组成了全双工通信，实际测试，10m网线，2

3、Mbps，完全不丢包，另外测试过2m，2Mbps的串口通信，也是完全不丢包 5、麦克风采样电路 语音采样，使用普通驻极体麦克风，经过LM358的200倍放大后，送入ADC 6、功放电路 功放直接采用常见的LM386典型电路，PWM信号经过积分电路，再送入LM386，为了提高音量，使用12v供电，实测效果不错，5v供电时，噪音非常大，稍微一大声就失真 7、开锁电路 开锁功能可以通过电磁锁实现，这里只用了继电器并留出了接线口，继电器电流也不小，保险起见使用了一个9014扩流，并反向并联一个二极管吸收反向电流 画好原理图之后就是排版画pcb了： 检查无误后开始做板子，既然要语音通信，那肯定是至少要做

4、两个啦： 然后再焊接调试： 虽然做板前仔细检查了很多遍，但还是出了几个bug，还好是小问题，两根飞线解决 程序设计 整个系统包括了以下几个程序文件： EG_V0_3: 主程序，包括了功能定义、ADC初始化、定时器初始化、键盘输入处理、显示界面、数据通信处理、中断采样 ADC_KEY:按键识别，主要是建立10位ADC值和每个按键的映射关系，参考了马潮老师的状态机程序 CRC8：CRC校验程序，为了保证通信的正确性，必须使用数据校验，crc8非常有效，不过实际测试，没有crc校验的情况下好像数据几乎没有传输错误？ Nokia5110:显示屏驱动程序，直接使用论坛里的代码，具体哪个帖子忘了。 rs4

5、85：包括485初始化、定时器1初始化、485通信协议、通信处理等 ringtone：实现呼叫、接听、振铃功能 程序设计思路 本系统的核心就是语言采样播放+485通信协议，由于处理的数据量比较大，所以很多地方没有用到arduino提供的方法，比如analogread、analogwrite、serial等 语音采样与播放： 人说话的频率为300HZ3KHZ，根据采样定理，采样频率应该大于6KHZ，在这里取7.8KHZ（atmega直接分频可得到），为了减少开发难度，没有使用音频压缩。Timer2开启溢出中断，中断频率7.8KHZ，语音采样、键盘值采样、PWM更新都放在这里，同时使用Timer2

6、的OCR2B作为PWM输出。ADC工作在自动连续转换模式下，ADC工作频率为76.9KHZ，测试过更高的频率，200KHZ以上的采样速度，误差非常大，容易导致按键误判和语音噪音。 485通信： 采用了两片485芯片，一片工作在接收，一片工作在发送，语音采样的数据量为8bit*8KHZ=64Kbps，由于需要同时传输地址、语音数据、控制命令、校验码，一次传输数据量为36字节，因此波特率至少为192Kbps，保险起见，本系统采用了512KHZ。 由于需要传输多种数据，所以必须要使用一种通信协议，基于485的通信协议为： 1、主机以广播的方式向所有从机发送一个地址数据，寻找此地址的从机，该从机收到后

7、发送应答命令，之后建立通信，从机与从机不能进行通信 2、从机不能主动发起对话，只能等待主机发送数据 3、一个帧结构如下： （1）FUNCTION_VOICE，语音数据，CRC校验,3个字节 （2）FUNCTION_COMMAND,COMMAND_XXX,CRC校验,36个字节 其中COMMAND_XXX包括开门、通话、地址校验等命令，具体请看代码 每发完一帧必须空闲一段时间，作为一个帧的结束标志，因此采用Timer1作为定时器，每接收到一个字符就重新计时，如果计时超过设定的空闲时间，则认为当前已接收到一帧，立即对该帧进行处理。需要注意的是，单片机需要一定的时间进行协议的解析和数据处理，如果空闲

8、时间太短，则当期帧数据还没处理完就来了下一帧数据，肯定会出现混乱，如果空闲时间太长，又会降低通信速率，因此需要取一个合适的空闲值，经过测试，协议解析的时间为72us，因此数据接收+空闲时间应该大于72us，才能保证通信正常。 ADC键盘： 10位ad对16个按键进行采样，因此电压与每个按键具有线性比例关系，1024/(16+1)=60.2，实际值是59，再通过映射关系将0-1024值转换成按键值，公式： key=key_table(16-(val)/59)/4(16-(val)/59)%4; 16个按键中，y代表yes，n代表n a-d代表四个功能：通话，开门，设定地址，预留 结果 经过不断的

9、测试与完善，在12v供电情况下，语音通信清晰，声音洪亮，基本无噪音，可改变从机地址，范围为001999，其他功能也基本实现了，如开门、交互界面等等 门禁系统实物图.jpg 858.7 KB 成品图片 下载次数:13 门禁系统（图1）.jpg 367.1 KB 文章插图 下载次数:15 门禁系统（图2）.jpg 505.5 KB 文章插图 下载次数:4 门禁系统（图3）.jpg 337.8 KB 文章插图 下载次数:1 门禁系统（图4）.jpg 523.4 KB 文章插图 下载次数:1 门禁系统（图5）.jpg 496.8 KB 文章插图 下载次数:1 门禁系统PCB图.jpg 868.6 KB 文章插图 下载次数:6 门禁系统硬件设计（图1）.jpg 238.4 KB 文章插图 下载次数:6 门禁系统硬件设计（图2）.jpg 218.2 KB 文章插图 下载次数:4 门禁系统硬件设计（图3）.jpg 118.4 KB 文章插图 下载次数:2 门禁系统硬件设计（图4）.jpg 241.3 KB 文章插图 下载次数:2 门禁系统硬件设计（图5）.jpg 193.1 KB 文章插图 下载次数:2 门禁系统硬件设计（图6）.jpg 124.6