智能门禁系统的设计与开发

◎徐鹏飞 郭燕

（作者单位：南京科技职业学院）

引言：传统的门禁大多采用人工检测，对于人员的信息检测也只是一带而过，并没有实现严格的管理，并且常常出现人员混杂，职员管理困难等难题。本系统设计了一种智能门禁系统，一方面可限制外来人员的进入，若有非合法人员想要进入指定区域，报警器会提示相关工作人员；同时可对内部员工进行管理，对员工的刷卡时间做记录，从而实现智能化管理。

一、系统总体方案设计

本系统主要设计了一个智能门禁系统，控制核心采用AT89C52 单片机，与射频模块，语音模块，显示模块以及门锁模块结合，实现对用户进出安全的管理。本系统可用读卡器识别非接触式射频卡，射频卡合法时，显示器显示卡号，门锁打开；若不正确，语音模块中蜂鸣器做出报警提示。本系统通过刷门禁卡或者输入密码两种方式可进入指定区域。当进行刷卡时，读卡器识别信息，并将信息传送给单片机，单片机判断是否合法，合法时显示器显示卡号，门锁打开；若非合法门禁卡，蜂鸣器发出语音报警；当没有刷卡时，进门时按下按钮，可进行输入密码，密码正确，显示器显示密码正确，门锁打开；若密码错误，显示器显示密码错误，蜂鸣器发出语音报警。

智能门禁系统的设计原理图如图1 所示。其中显示模块采用LCD12864 显示器，显示卡号和刷卡信息；语音模块采用蜂鸣器根据单片机的对用户合法与否的判定发出语音提示和语音警报；读卡模块采用非接触无线射频识别卡进行信息读取；输入按键模块用于用户密码的输入；门控模块用来控制异步电机驱动门锁的开启。

二、智能门禁系统硬件电路设计

1.语音提示报警电路设计。本系统中的语音模块由蜂鸣器电路和语音放大电路共同构成，在输入密码正确与否或射频卡正确与否时，给出语音提示或语音报警。

（1）蜂鸣器电路。在本系统的语音模块采用蜂鸣器发出语音提示或者报警。蜂鸣器驱动电路一般包括一个三极管，一个蜂鸣器，一个续流二极管，一个滤波电容。在蜂鸣器两端加上直流电压就可以发声，可根据需要选择其外形尺寸，发声方向，工作电压，电流，频率以及驱动方式等。

蜂鸣器实质是一个感性元件，由于其电流不能瞬间改变，所以需有一个续流二极管续流，若无续流二极管，蜂鸣器两端就会产生非常高的电压，这会损坏三极管，并会干扰到其他电路。滤波电容的作用是滤去蜂鸣器电流对其他部分的影响，改善电源的交流阻抗。三级管起到开关作用，工作原理是其基极的高电平使三极管饱和导通，蜂鸣器即可发声，当基极处于低电平时，使三极管关闭，蜂鸣器就会停止发声。图2 为蜂鸣器电路。

图2 蜂鸣器电路

门禁系统中，蜂鸣器电路由三极管放大电路组成，单片机利用P2.2 的状态来控制蜂鸣器的打开和关闭。

①当向P2.2 写入逻辑0 时，P2.2 输入低电平，PNP 导通，蜂鸣器发声。

②当向P2.2 写入逻辑1 时，P2.2 输入高电平，PNP 关闭，蜂鸣器停止发声。

本系统中的语音模块主要为智能门禁系统提供语音提示，使管理更加高效。当读卡器读取射频卡信息后，判断其合法性，当射频卡合法时，蜂鸣器发出语音提示，当射频卡非合法时，蜂鸣器会发出语音报警。若不进行刷卡时，可按下按钮进入密码输入，当密码输入正确时，蜂鸣器发出语音提示，密码输入错误时，蜂鸣器发生语音报警。

（2）模拟语音放大电路。本系统的语音放大电路采用了MC34119 设计电路。MC34119 是一种音频放大集成电路，主电路由两个运算放大器组成。MC34119 能为扬声器提供正负200mA 的输出电流，在输出最大电流时，两个输出端在其电源电压大于5V 时，最低能达到0.4V,在输出电流小于200mA 时，输出端摆动幅度会更大。

MC34119 的1 脚为芯片的关闭控制器，CD 为低电平时，语音放大器就会启动，芯片内置的偏置电路建立好正常的工作电流，为语音放大器电路工作；当1 脚为高电平时，内置的偏置电路关闭，语音放大电路关闭，即可节约电能，也可抑制噪声。MC34119 语音放大电路如图3 所示。本系统应用MC34119 作为语音放大电路，与普通语音放大不同的是无需在输出端和负载之间加入缓冲器。

图3 MC34119 语音放大电路电路

2.电磁锁控制电路。

本系统中的门锁模块主要由电磁锁控制电路和电机组成。电磁锁的工作的原理是利用电流产生磁场。当电流流过钢片时，只需非常小的电流，电磁锁就会产生非常大的磁力，可以牢牢的吸住门板，使门处在一个闭合的状态下。因此，当门禁系统识别到合法用户时，电磁锁的电源就会断开，没有了电流，就没有磁力，因此门就会打开，这也符合了消防要求。电磁锁的性能比较稳定，但电磁锁的磁力会随时间慢慢变弱。

本系统利用电磁锁控制电路控制门锁的开关。当单片机接受到合法用户的信息时，Q2 处于截止状态，Q3 导通，电磁锁端电源断开，电机得电，门打开；在无合法用户进入时，Q2 处于导通状态，Q3 截止，电磁锁端闭合，门为关闭状态。开门的角度由脉冲个数决定，在门打开后，内置弹簧设置，可使门在一定时间内自行关闭。

三、智能门禁系统软件设计

本系统的软件程序设计根据模块编程。分别是语音模块，定义蜂鸣器接口；显示模块，报警指示灯接口，延迟接口，限制条件数据接口；按键模块，密钥接口；门锁模块，电机正反转。

1.密码控制门锁流程。

门禁系统的按键部分是以设置的密码控制门锁的开关，在单片机内部存储密码等有效信息并予以回应，密码正确，门锁控制打开，密码错误，门锁控制不开，并且有语音提示报警，在输入密码后的特定时间段内对LCD 屏进行初始化管理，即可再次输入密码。图4 为密码控制门锁流程图。

2.读卡过程及程序设计。

本系统中读卡器通过RFID 技术对非接触式IC 卡进行信息识别，当EM4100 进入天线监测范围内，读卡器便开始寻卡过程和防冲突程序，验证射频卡合法后便会利用频率信号读取信息。

结论：本系统主要以AT89C52 为控制核心，射频模块由非接触式射频卡和读卡器组成，采用射频识别技术对射频卡的合法性进行判别；语音模块由语音放大电路和蜂鸣器电路组成；显示模块采用高性能的LCD12864 显示器；门锁模块采用异步电动机，通过模拟仿真，所设计系统完整而有效。