自动化第五届智能控制设计大赛密码门禁系统

自动化第五届智能控制设计大赛

所在单位：华南理工大学

自动化科学与工程学院

参赛队员：黄志华自动化09

陈宏论自动化09

施尚君自动化09

目录

题目设计任务与要求......................................3

摘要.....................................................4

一、方案论证与比较.....................................5

1.1控制器部分...........................................................5

1.2输入部分.............................................................5

1.3显示部分.............................................................5

1.4机械转动部分.........................................................5

二、系统设计与理论分析..................................6

2.1系统总框图...........................................................6

2.2硬件设计.............................................................6

2.2.1键盘输入模块.....................................................6

2.2.2液晶显不模块.....................................................7

2.2.3DS1302时钟计时模块..............................................8

2.2.424C02储存数据模块...............................................8

2.2.5声光报警模块.....................................................9

2.2.6机械转动模块.....................................................9

2.3软件设计..............................................................10

2.3.1主程序流程.......................................................10

2.3.2键盘扫描程序流程..............................................11

2.3.3人员通过程序流程..............................................12

2.3.4修改密码程序流程..............................................13

2.3.5重置自动关闭时间与禁入时段程序流程............................14

2.3.6修改时间程序流程..............................................15

2.3.7查询一周进入人数程序流程......................................15

三、测试、结果及分析...................................16

3.1基本功能部分.......................................................16

3.2扩展功能部分.......................................................16

3.3创新发挥部分.......................................................17

四、总结...............................................17

参考文献.................................................17

附录....................................................18

附1:完整的系统电路原理图....................................................18

附2：完整的系统程序源代码....................................................19

题目设计任务与要求

C题密码门禁系统

一、设计任务

设计一个密码门禁系统。对人流量进行统计，并用密码形式限制使用人员。

二、设计要求

1.基本要求：

1）要求使用者在入口处通过键盘输入密码，当密码正确时，允许通过；

2）当密码正确允许人员通过时，开始计时；当超过设定时间，门禁自动

再次关闭，禁止通行，需要重新输入密码；

3）能对一天内通过门禁的人数及时间进行统计并显示。

2.扩展要求：

1）使用非实体按键（如触摸屏和光感按键）进行输入；

2）当输入密码错误次数超过3次时，声光报警；

3）门禁自动关闭时间可修改；

4）其他创新。

三、说明

门禁形式如图所示，为转盘加4个把手。要求参赛队自行制作，实现门禁

关闭时一，转盘锁死；开启时可被每个通行人员推行转动90度角，并记录

人数。锁死部分，如果机械部分不知道怎么实现，可以用LED模拟显示（灯

亮，锁死），但相应的分值会有所下降。

十

门禁俯视图

摘要

在现代社会中，许多智能建筑中采用了以电子技术，传感器技术和计算机技

术为基础的安全防范技术，并将其构成一个系统。密码门禁控制系统是对人员进

出通道的控制。通常在大楼的入口处，金库门，档案室门，电梯等处安装出入控

制装置，如密码键盘。对于固定的人员使用预先设定准予一定的权限，临时进出

人员现场操作给予临时进入权限，保证对进入各个区域的人员进行各种方式的进

出权限管理，以限制人员随意进出。设置门禁系统后，当人员想要进入，必须输

入正确的密码，控制器识别有效后才被允许通过，以达到安全防范的目的。本门

禁系统模型以AT89s52单片机为控制核心，成熟、可靠；4X4矩阵键盘为输入

模块，用以输入密码和控制命令；1602液晶显示屏为显示模块，信息直观，清

晰，简要；配置声光报警，机械转动模拟模块，接近现实生活，形象、实用；在

加上DS1302和24C02芯片,增加时钟实时显示，储存数据和防止掉电功能，使

整个系统更为完善。该系统在无人监视的情况下根据控制系统的实时响应情况，

控制是否允许人员通过，整个系统严密，可靠，具有一定的实用性和安全性。

关键词：AT89S52,密码门禁、1602液晶显示、DS1302、24co2、直流电机

Abstract

Inthemodernsociety,manyintelligentbuildingsemploysecurityand

alarmingtechniquesbasedonelectronictechnique,transducertechnology

andcomputertechnology,makingupasystem.Password-protectedentrance

controlsystemcontrolspeople'sentering.Usuallyinthebuilding's

entrancegate,exchequersentrance,recordoffice'sgate,elevator,

wewillinstallimportsandexportscontroldevice,likepasswordkeyboard.

Settledpeoplehaverighttoenterthesystem,toensurethatsystemcan

managethepeoplewhomayentereveryareaandforbidotherunrelated

peopleenteringthearea.Aftersettingupthissystem,whenpeoplewant

toturnintothearea,hehastoinputtherightpassword,thenthesystem

willcheckthedatainputted.Ifthepasswordisright,thesystemwill

allowthepersontoenter.Itcanmaketheareaprotectedsafer.Our

password-protectedentrancecontrolsystemmodel'scoreisAT89S52,

it'smatureanddependable.4*4matrixkeyboardistheinputtedmodule,

itletthesystemcanbeinputteddataandcommand.1602LCDdisplaythe

informationwhichisvisibleandclear.Withtheadditionofaudibleand

visualalarmandmachinescrollingmodule,thewholesystemapproachesto

areal-lifeapplication,beingmorevisualandpractical.IncludingDS1302

and24C02chips,systemcandisplaythetimeandsavethadataavoidthe

powerdown.Itseemsthatthesystemismoreperfect.Withoutany

workers,thesystemcanworkwell,itispracticalandsafe.

Keywords：AT89S52,Password-protectedentrance,1602LCD,DS1302,24C02,

Continuouscurrentdynamo

一、方法论证与比较

1.1控制器部分

方案一：采用AT89s52单片机作为主控芯片。优点：AT89s52作为一种比较成熟的单片

机型号，广范应用于各领域，技术比较熟练，价格相对便宜，适合单片机初学者使用。缺点：

其内部集成资源偏少，功能不够强大，中断源和定时器较少。

方案二：采用Amegal6单片机作为主控芯片。优点：AVR是51的升级版。Amegal6单片

机功能强、速度快，内部集成了较多的中断源和定时器资源及EEPROM的优点。缺点：

价格较AT89S52单片机高，不易为单片机初学者使用。

本小组成员对这两种较为熟悉的单片机进行比较，考虑到我们皆是单片机的初学者，尚

未深入接触AVR,而51单片机已有一定的基础，我们相信，适当使用51单片机，还是可以

很好地实现本题目要求的功能并加以扩展。经过考虑，我们选用AT89S52单片机作为主控芯

片。

1.2输入部分

方案-：采用4X4矩阵键盘输入。优点:制作简单，成本低，在各类单片机实验板上皆

能见其身影，也为广大单片机爱好者所熟悉。键盘扫描程序编码已较为成熟，方便为51单

片机控制。缺点:较为落后，操作较为繁琐。

方案二：采用触摸屏输入。优点：美观轻巧，操作简便，输入人性化，较为先进。缺点：

成本较高，需要更高的配置才能驱动使用，不易为初学者使用。

本小组成员也曾在触摸屏方面花了很大精神，经过学习，还是不能掌握其制作使用的方

法，考虑到参赛时间有限，而我们对4X4矩阵键盘已十分熟悉，也能借此输入模块增加更

多功能，使作品更加完善。故经过比较，我们选用4X4矩阵键盘作为输入部分。

1.3显示部分

方案一：采用数码管显示。优点：显示清晰，适合在白天等强光下显示，热阻低，可靠

性高，成本低。缺点：较耗电，只能显示简单的字符，显示的内容较小。

方案二：采用1602液晶显示。优点：可显示的内容较多，很轻松地就能罗列一大堆；

体积小，总量轻，画面不闪烁，可视范围大，无辐射，，省电节能，眼睛不易疲劳等。缺点：

使用有温度范围限制，且是反光式的，在外界光线很明亮的情况下很容易看不清楚，成本较

高。

因本系统要求显示的内容较多，且我们对液晶显示编程已较为熟悉，经过比较，我们选

用1602液晶显示器显示。

1.4机械转动部分

方案一:采用直流电机转动。优点：驱动电流较小，价格便宜，反应灵敏，效果明显。

缺点：转动角度不够精确，会有一点误差。

方案二：采用LED模拟显示。优点：制作简单。缺点：不够形象。

经过我组成员的努力，终于把机械部分形象地表现出来，故不须用LED模拟显示，可用

直流电机制作模型，效果直观形象。

二、系统设计与理论分析

2.1系统总框图

图2-1系统主控芯片板总框图

本密码门禁系统以AT89S52为核心，配以4X4矩阵键盘、DS1302时钟芯片、24co2芯

片、1602液晶显示和声光报警模块，很好地完成了题目设计要求，并加以扩展。总框图如

图2-1所示。

2.2硬件设计

2.2.1键盘输入模块

4X4矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组

成的键盘，这8条线连接52单片机的P3口。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按

键，这样的4X4个按键就组成一个矩阵键盘。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机

系统中I/O口的利用率。实物按键编号如图2-2-1(a)所示,4X4矩阵键盘连接如图2-2-1(b)

所示。

0①'2)(I/

4)567)

8)19)A)(B)

©®®®

图2-2-1(a)按键编号图

ko

一「

、

2工

连接图

阵键盘

X4矩

)4

-1(b

图2-2

模块

晶显示

.2液

2.2

)接

背光

脚(带

16引

准的

用标

D采

602LC

器，1

显示

液晶

符型

行的字

6X2

晶是1

2液

160

,

压电路

调整偏

，3接

正极

电源

，2接

接地

脚1

中弓I

，其

口连接

I/O

机的

单片

与52

直接

口，

。

所示

-2-2

如图2

连接

电路

口，

据接

令数

为命

，其余

正负极

背光源

别接

16分

15和

D

GN

图

连接

液晶

602

-21

图2-2

2.2.3DS1302时钟计时模块

美国Dallas公司推出的低功耗时钟芯片DS1302,可以对年、月、日、周、时、分秒进

行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义

的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据时间的同时记录。DS1302与CPU的连接需

要三条线，即SCLK(7)、10(6)、CE(5)。图2-2-3示出DS1302与89s52的连接图，其

中，时钟的显示用LCD。

图2-2-3DS1302时钟芯片连接图

2.2.424co2防掉电模块

串行E2PR0M是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方

便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应

用。24co2具有防掉电和存储数据的功能，满足我们的创新要求，其电路连接如图2-2-4

所示。

图2-2-424C02连接图

2.2.5声光报警模块

声光报警模块我组使用发光二极管和蜂鸣器实现，当外部输入错误超过3次，单片机对

其作出反应，发生相应电位的变化，使LED闪烁同时蜂鸣器发声。该模块还设置两个开关，

当两个开关闭合时，该模块才起作用，工作人员可根据需要进行相应的操作，这样更具人性

2.2.6机械转动模块

机械转动模块我们用直流电机实现，模拟人员通过，驱动直流电机转动的电路我们用若

干个三极管和电阻构成，整个连接电路图如图2-2-6所示。

图2-2-6直流电机连接图

2.3软件设计

2.3.1主程序流程

本系统的程序由主程序和若干个子程序组成，子程序负责实现各种功能，在主程序中调

用子程序，进行总调度。主程序初始化后，液晶显示时间，等待外部输入，进入相应的功能

区，从而实现本题设计要求的功能。主程序流程图如图2-37所示。

图2-3-1主程序流程图

2.3.2键盘扫描程序流程

键盘扫描程序实现数字区按键的数据输入，在此基础上，可进行输入密码、修改密码、

修改时间等等操作，是本系统必不可少的一部分。本程序流程图入图2.3.2所示。

图2-3-2键盘扫描程序流程图

2.3.3人员通过程序流程

人员通过程序是实现本题目主要功能的关键部分，通过对键盘输入的密码进行判断，决

定是否允许人员通过，并具有计时，自动关闭，对人数进行统计，显示时间，声光报警等功

能。本程序流程图如图2-3-2所示。

图2-3-3人员通过程序流程图

2.3.4修改密码程序流程

修改密码程序是我组增加的新功能，本小组设计的门禁系统其中一个亮点是具有双重密

码：浮密码和根密码。通过输入正确的根密码，可以修改旧的浮密码和根密码。根密码在实

现其他创新功能中起主导作用，这些功能使整个系统更满足现实生活需要，更智能化，人性

化。该程序流程图如图2-3-3所示。

图2-3-4修改密码程序流程图

2.3.5重置自动关闭时间与禁入时段程序流程

门禁自动关闭时间可修改是本题目的扩展要求，本程序满足这要求之外，还外加修改禁

入时段的创新功能。禁入时间段是指在一天中有一段时间（该时段为系统内部关闭的时段，

如某公司深夜关闭的时段）是禁止任何人进入的，防止有人暴力破解密码，该设计使系统更

具严密性和安全性。该程序流程图如图2-3-4所示。

图2-3-5重置自动关闭时间与禁入时段程序流程图

2.3.6修改显示时间程序流程

本系统采用了DS1302时钟芯片，进行高精度的计时，通过输入正确的根密码便可修改

显示时间，其中包括年、月、日、周、时、分、秒，完善了系统显示时间的功能。修改时间

程序流程图如图2-3-5所示。

图2-3-6修改时间程序流程图

2.3.7查询一周进入人数程序流程

本程序可实现查询上一周进入人数的功能，按下相应功能键，输入正确的密码，便可显

示前7天的进入人数，方便查询、统计。该程序流程图如图2-3-7所示。

图2-3-7查询一周进入人数程序流程图

三、测试、结果及分析

3.1基本功能部分

我组进行实物操作测试，得测试结果及分析如下:

要求实现功能测试结果

要求使用者在入口处通过键盘输入密按下功能键c键，在数字键区输入正确浮

码，当密码正确时，允许通过密码，门禁打开，允许人员通过

当密码正确允许人员通过时，开始计已经实现

时：当超过设定时间，门禁自动再次关

闭，禁止通行，需要重新输入密码

能对一天内通过门禁的人数及时间进实现了，人数及时间实时在液晶上显示

行统计并显示

3.2扩展功能部分

要求实现功能是否实现及描述

使用非实体按键（如触摸屏和光采用4X4矩阵键盘

感按键）进行输入；

当输入密码错误次数超过3次时，已经实现

声光报警：

门禁自动关闭时间可修改已经实现

3.3创新发挥部分

功能描述

双重密码安全设计（密码门禁系统具有双重密码：浮密码和根密码。只有通过输

可以修改）入正确的根密码，才可以修改旧的浮密码和根密码或者

修改门禁系统各种设计参数。浮密码只能用来开启门禁。

实时时间显示并且时间按下功能键E键，输入正确的根密码，修改时间。

可修改

密码，门禁设置数据永久当前密码，数据写入存储器保存，具有防掉电功能。

保存

门禁设有禁止进入时段在禁止进入时间段内，系统关闭，不允许人员进入，输

功能（禁入时段可以修入根密码，可以修改时间段。

改）

查询过去一周每天通过按F键，输入根密码，可查询过去一周通过门禁人数。

门禁人数

四、总结

在历时接近一个月的智控竞赛中，我组成员全身心投入，编程、仿真、画板、制板、买

元件、焊接、调试、修改、攻关、完善……我们分工合作，互相协调，一起学习，共同进步。

当中我们遇到不少难题，如制板过程中，很多不懂得地方，向师兄请教，我们多番调整，终

于制出•块令人满意的实验板；调试过程，问题众生，我们一起摸索，逐解决；而机械转

动的实现，几经波折，最后终于用直流电机实现其功能；还有扩展要求的触摸屏和光感按键

模块，也是困难重重，我们不断查阅资料，不断尝试，却因时间有限，只能把这部分搁置，

而在我们熟悉的4X4矩阵键盘中增加不少创新功能，使系统更加完善。我们在这次比赛中

学习到了书本学不到的知识，我们团队合作，共同讨论，想方设法解决问题，其中也有很多

动手实践环节，我们收获颇丰。期间我们也得到了很多热心的师兄的帮助，在此表示感谢！

我们用心参赛，用心成长，最后感谢自动化学院为我们提供了一个这么好的机会去学习，实

践和提升自己！

参考文献

[1]徐玮，徐富军，沈建良.C51单片机高效入门.第1版.北京：机械工业出版社，2007

[2]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计.第1版.北京：人民邮电出版社，2005

[3]戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.第1版.北京：电子工业出版

社，2006

[4]戴仙金.51单片机及其C语言程序开发实例.第1版.北京：清华大学出版社，2008

[5]郭天祥.51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略.第1版.北京：电子工

业出版社，2010

附录

附1、完整的系统电路原理图

附2、完整的系统程序源代码

/*参赛名称：华南理工大学第五届智能控制设计大赛*/

/*参赛题目：密码门禁系统*/

/*队伍成员：黄志华、陈宏论、施尚君*/

/*编写时间：2010年5月1日*/

/"ProgramSize:data=105.0xdata=0code=2756*/

#include<reg52.h>//52单片机头文件

#include<define.h>

#include<lcdl602.h>

#include<24c02.h>

#include<check_in.h>

#include<reset.h>

#include<clock.h>

voidinit()

(

sda=l;〃总线初始化

delayl();

scl=l;

delayl();

TM0D=0x01;

EA=1;

ETO=1;

TRO=0;

rw=0;

lcden=0;〃液晶使能位初始化

write_com(0x38);〃显示指令

write_com(0x0c);〃光标消失

write_com(0x06);〃输入字符光标移位

display_down();〃外循环底显示

for(i=0;i<6;i++)

f1oatpassword[i]=read_add(i);

for(i=0;i<6;i++)

rootpassword[i]=read_add(8+i);

for(i=0;i<7;i++)

day_visitors[i]=read_add(i+16);

for(i=0;i<5;i++)

autoban[i]=read_add(i+30);

autoclose=20*autoban[0];

voidmain()〃主函数

init();〃系统初始化

while(l)〃系统的外循环(终极循环)

(

while(nunK10||num>15)〃当没有功能键被按下时，进入此循环

(

read1302();〃从时钟芯片读出实时时间数据

if(shi==autoban[l]&&fen=autoban[2])〃门禁禁止使用开始条件

allow=0;

if(shi=auto_ban[3]&&fen==a