基于MCS-51單片機(jī)的新型門(mén)禁控制器設(shè)計(jì)

摘要：該新型門(mén)禁控制器，在單片機(jī)的控制下，可以實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警和多種開(kāi)門(mén)方式。以51單片機(jī)作為主控元件，通過(guò)擴(kuò)展RC522射頻識(shí)別模塊、 LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊、“一鍵開(kāi)門(mén)”模塊、可實(shí)現(xiàn)刷卡開(kāi)門(mén)、語(yǔ)音開(kāi)門(mén)、”一鍵開(kāi)門(mén)”、”遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)”;使用門(mén)磁傳感器作為防盜報(bào)警模塊的主要元件，配合 GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警。

關(guān)鍵詞：信息處理技術(shù);門(mén)禁控制器;RC522射頻識(shí)別模塊;LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊;GSM模塊

隨著我國(guó)現(xiàn)代化、城市化步伐加快，以及新技術(shù)新材料的不斷出現(xiàn)，防盜門(mén)作為一種新型建筑材料和結(jié)構(gòu)形式，走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。然而現(xiàn)有的防盜門(mén)仍就依靠 傳統(tǒng)鑰匙打開(kāi)門(mén)鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)這一動(dòng)作，不僅開(kāi)門(mén)繁瑣，無(wú)報(bào)警功能，而且門(mén)鎖最核心也最脆弱的位置是鎖芯，利用機(jī)械鑰匙的門(mén)鎖，鎖芯的位置就會(huì)一目了然，這 將會(huì)給不法分子帶來(lái)可乘之機(jī)。

本項(xiàng)目實(shí)施的目的在于，在單片機(jī)的控制下，通過(guò)RF卡或語(yǔ)音識(shí)別或向GSM模塊發(fā)送短信，來(lái)實(shí)現(xiàn)非陌生人開(kāi)門(mén)這一動(dòng)作，通過(guò)對(duì)講機(jī)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)門(mén)內(nèi)主 人與門(mén)外到訪人員的交流，并可一鍵開(kāi)門(mén)，從而打破了只依靠鑰匙開(kāi)門(mén)這一固定模式，在安全方面，由于本門(mén)禁系統(tǒng)的“鑰匙”與門(mén)鎖之間是通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行通信 的，因此可將其隔離開(kāi)，在外面無(wú)法確知鎖的位置，減小了門(mén)鎖被外界暴力破壞的可能性，加之我們有門(mén)磁傳感器來(lái)監(jiān)控門(mén)的開(kāi)合，在非法開(kāi)門(mén)和忘記關(guān)門(mén)時(shí)，通過(guò) 手機(jī)短信的方式通知房主并啟動(dòng)報(bào)警裝置，門(mén)鎖的安全系數(shù)顯著提升，隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重生活質(zhì)量，與財(cái)產(chǎn)安全，本課題實(shí)施的意義在于，通過(guò) 多種自動(dòng)開(kāi)門(mén)方式，在一定程度上解放了人的雙手;通過(guò)擺脫“鑰匙”和“鎖”之間機(jī)械的通訊方式和增加報(bào)警系統(tǒng)提高了門(mén)鎖的安全性能。

1 系統(tǒng)總體介紹

文中設(shè)計(jì)的新型防盜門(mén)，根據(jù)各部分所實(shí)現(xiàn)的功能可以劃分為單片機(jī)模塊，射頻識(shí)別模塊，語(yǔ)音識(shí)別模塊，“一鍵開(kāi)門(mén)”模塊，防盜報(bào)警模塊，GSM模塊，繼電器控制模塊等7大模塊，可以實(shí)現(xiàn)以下幾種開(kāi)門(mén)方式：

1)刷卡開(kāi)門(mén)。RF卡模塊通過(guò)RF卡將信息傳遞給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)判定、識(shí)別后，發(fā)送指令給繼電器控制模塊，命令繼電器模塊驅(qū)動(dòng)與門(mén)鎖實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)這一動(dòng)作。

2)語(yǔ)音識(shí)別開(kāi)門(mén)。首先需記錄下一些人員的聲音特點(diǎn)，并進(jìn)行數(shù)字化處理后保存成庫(kù)，當(dāng)有人來(lái)訪時(shí)，語(yǔ)音識(shí)別模塊來(lái)訪人員的聲音進(jìn)行數(shù)字化處理后與語(yǔ) 音數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息相比對(duì)，并將比對(duì)結(jié)果傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)比對(duì)結(jié)果來(lái)判斷是否下達(dá)開(kāi)門(mén)指令給繼電器控制模塊，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)這一動(dòng)作。

3)一鍵開(kāi)門(mén)。當(dāng)來(lái)訪人員沒(méi)有不能通過(guò)RF卡開(kāi)門(mén)或語(yǔ)音識(shí)別開(kāi)門(mén)時(shí)，還可以通過(guò)對(duì)講機(jī)模塊與主人交流，主人通過(guò)按鍵方式將信息傳送給單片機(jī)，控制單片機(jī)發(fā)送開(kāi)門(mén)指令給繼電器控制模塊，從而實(shí)現(xiàn)“一鍵開(kāi)門(mén)”。

4)遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)。當(dāng)由于特殊原因，以上開(kāi)門(mén)方式的條件無(wú)法滿足時(shí)，例如房主人出差外地，而有人通過(guò)了主人的許可需要進(jìn)入房?jī)?nèi)時(shí)，房主人可以將開(kāi)門(mén)命令以手機(jī)短信的方式發(fā)送給GSM模塊實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)”。

當(dāng)來(lái)訪客人使用非以上方式開(kāi)門(mén)時(shí)，防盜報(bào)警模塊被觸發(fā)，蜂鳴器響，GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信給主人。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該模塊做為整個(gè)系統(tǒng)的主控單元，控制協(xié)調(diào)各模塊的工作，采用89C51作為單片機(jī)模塊的核心芯片，該芯片為8位的CPU，以12M晶振做時(shí)鐘，具有32根 I/O線，兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，全雙工串行口。該芯片體積小，運(yùn)行速度高，可靠性好，功耗低，性價(jià)比高，開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)單，功能實(shí)現(xiàn)容易。

最小系統(tǒng)包括電源電路、晶振電路、復(fù)位電路能部分.其硬件設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2 射頻識(shí)別模塊

該模塊的主要功能為識(shí)別RF卡，并將卡片相關(guān)信息發(fā)送給單片機(jī)模塊，由單片機(jī)判別該卡是否合法以及是否發(fā)出開(kāi)門(mén)指令。

該模塊采用MF RC522作為RF卡模塊的核心芯片。RC522是應(yīng)用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成度讀寫(xiě)卡芯片，其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫(xiě)器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無(wú)需其它的電路。接收 器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)，三次互相認(rèn)證安全可靠。其硬件設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

2.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊

該模塊的主要功能為識(shí)別、解析來(lái)訪者的聲音信息，并將該信息發(fā)送給單片機(jī)模塊，由單片機(jī)根據(jù)該聲音信息判別是否發(fā)出開(kāi)門(mén)指令。

該模塊采用LD3320作為語(yǔ)音識(shí)別模塊的核心芯片。該芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉(zhuǎn)換器，麥克風(fēng)接口，聲音輸出接口 等。本芯片不需要外接任何的輔助芯片，直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中即可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別，人機(jī)對(duì)話等功能。支持并行和串行接口，串行方式可以簡(jiǎn)化與其他模塊的連 接。其硬件設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

2.4 “一鍵開(kāi)門(mén)”模塊

該模塊主要通過(guò)獨(dú)立按鍵控制門(mén)鎖，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)模塊發(fā)出開(kāi)門(mén)指令。

另外，該模塊配置有對(duì)講機(jī)模塊，用以實(shí)現(xiàn)屋內(nèi)人員同來(lái)訪者的溝通。采用SDA1845作為對(duì)講機(jī)模塊的核心芯片。其內(nèi)置高速微控制器、高性能射頻收發(fā)芯片及射頻功放，并提供標(biāo)準(zhǔn)RS232串口。其硬件設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

2.5 防盜報(bào)警模塊

該模塊的主要實(shí)現(xiàn)兩種情況下的報(bào)警：

1)當(dāng)門(mén)打開(kāi)后由于各種原因未能正常關(guān)閉時(shí)向單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，單片機(jī)收到信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理。

2)來(lái)訪者未通過(guò)合法方式開(kāi)門(mén)時(shí)，如破門(mén)而入，向單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，單片機(jī)收到報(bào)警信號(hào)后，通過(guò)GSM模塊向主人發(fā)送短信通知，并啟動(dòng)聲光報(bào)警器。

該模塊采用門(mén)磁傳感器作為主體元件。當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，門(mén)磁傳感器輸出高電平;當(dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí)，門(mén)磁傳感器輸出低電平。其硬件設(shè)計(jì)圖如圖6所示。

2.6 GSM模塊

該模塊的主要實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)模塊發(fā)出短信報(bào)警指令時(shí)向指定手機(jī)號(hào)發(fā)送報(bào)警短信。該模塊采用TC35作為GSM報(bào)警模塊的主體。TC35接口方式支持串 口R232和TTL自適應(yīng)，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸，利用AT指令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，支持 TEXT和PDU格式的SMS。其硬件設(shè)計(jì)圖如圖7所示。

2.7 繼電器控制模塊

該模塊的主要功能為實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)鎖的控制。當(dāng)單片機(jī)模塊發(fā)出開(kāi)門(mén)指令時(shí)，該模塊打開(kāi)門(mén)鎖;當(dāng)單片機(jī)模塊發(fā)出關(guān)門(mén)指令時(shí)，該模塊關(guān)閉門(mén)鎖。

該模塊采用信號(hào)繼電器作為該模塊的主體。信號(hào)繼電器用于接通和斷開(kāi)電路，用以發(fā)布控制命令和反映設(shè)備狀態(tài)，以構(gòu)成自動(dòng)控制電路。

3 軟件設(shè)計(jì)

程序采用C編程語(yǔ)言，在Keil4環(huán)境下編譯、調(diào)試通過(guò)，采用了中斷、數(shù)字濾波等技術(shù)，其主流程圖如圖8所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中給出了門(mén)禁控制器的軟、硬件設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)給出了各種開(kāi)門(mén)方式的實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)GSM發(fā)送報(bào)警信息。由于國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警系統(tǒng)還不是很普遍，智能家居逐漸會(huì)走向普通家庭，所以新型的智能防盜門(mén)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)具有很好的發(fā)展前景。因此，本項(xiàng)目具有一定的實(shí)際應(yīng)用的意義。