基于单片机的智能门禁系统.pdf
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1、“微机原理与接口技术”课程免考课题设计总结报告基于51单片机的智能门禁系统摘要:本文主要介绍了基于51单片机的智能门禁系统的设计,原理和实现过程。该系统融 合了自动照明、语音提示及录音、智能拨号提示、液晶显示、智能密码锁和温度传感器 和查询键盘等接口技术,其智能化的功能,人性化的操作体现了先进的设计理念和学生 对单片机接口和外围设备控制知识的深入理解。该门禁系统会在晚上且有人靠近的时候 自动照明,液晶屏也只会在有人靠近的时候才点亮,充分体现了节能环保的理念。客人 可以通过录音系统留言,主人可以通过输入密码打开门锁,每一步操作都会有相应的液 晶显示或者语音提示,非常人性化。另外还设置了报警功能和
2、温度,时钟显示功能,安 全又舒心。关键词:智能门禁系统,液晶显示,语音提示,红外传感器InteI Iigent Access control systemAbstr ac t:This paper mainly intr oduc es the 51-ser ies mic r oc omputer based on the intelligenc e of the design of the entr anc e guar d system,pr inc iple and r ealization pr oc ess.This system inc or por ates the autom
3、atic lighting,audio and r ec or ding,intelligent dial-up hint,liquid c r ystal display,intelligent loc ks and temper atur e sensor and inquir es the keyboar d inter fac e tec hnology,its intelligent func tion,the oper ation of the human r eflec ts the advanc ed design idea and the students in single
4、 c hip mic r oc omputer inter fac e and per ipher al equipment c ontr ol a better under standing of the knowledge.The entr anc e guar d system in the evening and someone will near automatic lighting,LCD sc r een will only in someone c lose to light up only when,fully embodies the ener gy c onser vat
5、ion and envir onmental pr otec tion c onc ept.Guests c an leave a message by the system,the host c an thr ough the input passwor d unloc k the door,ever y step oper ation will have c or r esponding liquid c r ystal display or voic e pr ompt,ver y human natur e is c hanged.In addition also set the al
6、ar m func tion and temper atur e,the c loc k display func tion,safe and c omfor table.Key wor ds:Intelligent Ac c ess c ontr ol system LCD display voic e pr omptsinfr ar edsensor目录I nt e I I i gent Access cont r o I syst em.11概述.32设计内容与预期目标.32.1设计内容.32.1.1 语音提示及录音模块设计.32.1.2 智能拨号报警设计.32.1.3 自动照明模块设计
7、.42.1.4 液晶显示设计.42.1.5 智能密码锁设计.42.1.6 温度传感器设计.42.2预期目标.42.2.1 功能.42.2.2 优点(特色与创新).53总体结构设计.64硬件设计.84.1语音模块.84.1.1 录音.94.1.2 放音.104.2 液晶模块.114.3 传感器模块:.124.4 键盘模块.144.5 其它.155软件设计.156结果与讨论.546.1功能完成情况:.546.2遇到的困难和解决办法:.557体会与建议.59正文内容:1概述随着社会经济的发展和科学的进步,家居门禁系统设计的人性化、个性化、趣味化、实现多功能已经成为家具门禁设计的一个值得研究拓展和有市
8、场价值的方向。另一方 面,随着人们生活水平的提高,人们开始追求更加健康、和谐的生活环境,如何使家居 生活更加安全舒适也是引起人们困扰的一个问题。针对上述情况,本项目以51单片机为核心结合新型传感器、集成电路,以模块化、积木式的原则设计了多功能智能交 互式家居门禁系统,能满足人们对高品质家居环境的要求设计内容与预期目标2设计内容与预期目标2.1 设计内容多功能智能家居门禁系统把自动照明、语音提示及录音、液晶显示、智能密码锁和 温度传感器,报警模块通过51单片机连接在一起,构成一个智能化、多功能的家庭实 用型门禁系统。2.1.1 语音提示及录音模块设计语音提示:采用ISD1720芯片的SPI模式,
9、通过程序分别录入3段代表不同状态的 话,并记录每一段语音的起始地址。正常工作时,单片机根据各个传感器和内部定时的 状态,操作ISD1720出不同的声音段播放。比如密码错误时,就调用录有“密码错误,请重新输入”这一片段的始末地址,然后放音。留言功能:采用ISD1720芯片的直接按键模式,启用放音模式用后的其他语音地址 留给来访者按键录音,单片机采用自动加一方式,由于受实验模块的影响最多可有15s 左右留言。2.1.2 智能拨号报警设计工作前,将所需拨的号码设置并存放在智能拨号提示器内的数据存储器中。工作时 本机直接接在电话线上,系统处于低功耗的睡眠工作状态,一旦触发开关有动作(比如 输入密码3次
10、错误),提示器便立即被唤醒,进人拨号工作状态,把预先设置好的号码 从电话线上拨发出去,从而实现向远离现场的主人提示。在本实验中,暂时先采用用蜂 鸣器模拟报警的方式,即若密码输入错误达到三次,51单片机即驱动蜂鸣器发出报警 声,只有在输入正确的密码后,才能解除报警。2.1.3 自动照明模块设计采用红外感应技术,在1 m内感应人体发出的红外线,以开关量形式输出信号,单 片机检测到有人后,根据低光照传感器的信号判断走廊是否需要照明装置。2.1.4液晶显示设计液晶显示模块是本系统主要的人际交互平台。红外传感器探测到有人靠近时才会点 亮液晶屏,先是显示一幅家的图案,然后进入正常工作状态,它能根据温度传感
11、器采集 的数据分别显示温度。另外,当有人使用门禁系统后,能够给出相应的提示,如“请输 入密码”,“密码错误,请重新输入”等。2.1.5智能密码锁设计将输入的密码和存储的参数进行比对,如果完全一致,则驱动步进电机打开门锁,并通告语音和液晶提示“密码正确,欢迎光临”,如果有留言,此时液晶屏上面还会提 醒有多少段留言;如果不一致,则语音提示和液晶均提示“密码错误,请重新输入”。2.1.6温度传感器设计传感器采集环境的温度,并将相应的数据通过单片机处理后送到液晶显示屏显示。2.2 预期目标2.2.1 功能本项目实现的功能如下:1有人靠近时,红外传感器发出信号,使液晶屏点亮,液晶屏显示欢迎词及实时温度。
12、2晚上且有人靠近时,红外传感器也光敏电路工作,启动照明装置。3主人通过输入密码,打开门锁,并且可以通过液晶屏获知是否有留言,有几段留言。其中打开门锁,用驱动步进电机模拟。4客人如果按门铃无人接听,达到3次液晶屏上会提示“主人暂不在家,欢迎使用留言 功能”,即可以按录音键,使用留言功能。主人叵I家后可以收听留言。5输入密码时,液晶屏给出相应操作提示,密码错误时提醒重新输入。同时一,也会给出 相应的语音提示。6密码输入3次错误,启动报警装置。其中打开报警装置用驱动蜂鸣器模拟,输入正确 密码可以解除报警。2.2.2优点(特色与创新)通过我们的努力与优化,该系统应具有以下优点:1操作上:设置合理,简洁
13、易用,注意交互除了最基本的通过输入密码开关门以为,还配备了留言,温度显示等人性化功能与报警 等安全措施,具有较高的合理性与实用性。2提示方式上:设置合理,LCD液晶显示为主,语音提示为辅,安排得当每一步操作都有相应的LCD液晶显示的提示,在面对某些相对较为重要的提示时,采 取语音与液晶共同提示,从而使交互性更强。同时,语音提示的音量可以调整到最适合 用户的大小,更体现出人性化。3在系统内部功能上:以单片机为核心,和用户输入,显示输出等模块紧密结合 多功能智能家居门禁系统把自动照明、语音提示及录音、智能拨号提示、液晶显示、智 能密码锁和温度传感器通过51单片机连接在一起,构成一个智能化、多功能的
14、家庭实 用型门禁系统。4在器件选用上:充分利用老师配给的试验箱,能用已有器件模拟的尽量模拟 这样做一方面可以和课程要求紧密结合,温习了很多课程要求做的实验,比如查询时键 盘,DS18B20传感器温度控制实验等;另一方面,也相应降低了对新的一些器件的实 验要求,节约了人力物力,保证了项目在短时间内的可实现性。另外,我们选择用驱动 步进电机模拟开锁,驱动蜂鸣器模拟报警,用加热电阻的方式来模拟温度变化,虽然只 是一个简单的步进电机或者蜂鸣器,但确实使我们的系统拥有了更加丰富的自山度。5环保性:我们的项目充分体现了节能环保性比如只在有人靠近需要操作时液晶屏才会点亮。作为一名工科的学生和日后的科技工作
15、者,无论我们做什么项目,我们都要吧节能环保考虑在内。也许只是我们在设计上,不 经意的一笔,却能在节能环保上面带来巨大的收益。6美观性:多次修改,充分保证美观性开机画面,提示图案,都是我们修改多次后的产物,非常美观动人,生动幽默,吸引人 的注意。语言也十分简洁合理,处处体现着一种美。3总体结构设计主程序逻辑控制:总体硬件关系图:我们设计的智能门禁系统,具体来说是以51单片机为核心将几个模块的功能紧密,人性化地结合在一起,并实现语音,液晶等多方面的交互功能。在具体的实践过程中,我们充分利用试验箱的模块,例如键盘模块,语音模块,显 示模块,温度模块均是宜接利用实验箱已有模块完成的,而报警模块和开锁模
16、块也是利 用实验箱中的蜂鸣器和步进电机分别模拟的。在项目完成过程中,我们先是学习课本中的基础知识,然后把每一模块的功能单独 实现,这样有多个好处,一是循序渐进,成功实现的可能性较大,而是可以测试试验箱 的模块是否可用,如果是坏的,应该更加更换,这样如果最后把这些模块组合到一起时,万一功能无法正常实现,我们也可以把调试的重心放在软件程序上,不用怀疑硬件模块 是否可用,从而浪费大量的时间。液晶模块是我们这一项目的主体模块,我们首先实现的是液晶的显示功能:开机时 显示一幅家的图案,然后跳转到欢迎界面(待机界面)。第二步实现的是温度在液晶上 的显示功能,即在欢迎界面中显示实时温度,其中我们用加热电阻的
17、方式来模拟温度的 变化。第三步实现的是键盘模块与显示模块的结合,输入正确密码即可用驱动步进电机。第四步实现的语言模块即报警模块的功能,即在密码输入错误时能够调用相应的语言片 段,超过三次密码错误时能够驱动蜂鸣器报警。第五步实现的是其他功能的实现,比如 照明模块等。总之,我们是按先主后次,先急后缓的顺序来展开项目的,取得了较为良好的效果。4硬件设计4.1语音模块密码正褊:密码正 确,欢迎回家,按留言键:主人暂不 在家,欢迎留言。:语音芯片选择:ISD1720Vc c D1ISD170028V$SDTed227INT/RDYRESETMISO26FWD425ERASEMOSI524reTSCLK6
18、23PLAYss722*FTVSSA821Vc CA RoseAnalnMIC+9201019VOLMIC-11AGCVS3P21217AUD/AUXSP-1316V$spiVccp1415Sp+实验箱模块:一 A Ncoo q3多 一k k p;a;e 。4.1.1录音录音功能采用:独立按键工作模式。这儿的录音指实现留言功能,包括留言和听取留言,以及相关的功能设置。ISD1720的独立按键工作模式录放电路非常简单,而且功能强大。不仅有录、放功能,还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。录音操作:录音:按下REC键,/REC管脚电平变低后开始录音,直到松开
19、按键使电平拉高或者芯 片录满时结束。录音结束后,录音指针自动移向下一个有效,而放音指针则指向刚刚录 完的那段语音。听取留言,即放音操作:放音操作有两种模式,分别是边沿触发和电平触发,都由/PLAY管脚触发。A)边沿触发模式:点按一下PLAY键,/PLAY管脚电平变低便开始播放当前段的语音,并在遇到EOM标志 后自动停止。放音结束后,播放指针停留在刚播放的语音起始地址处,再次点按放音键 会重新播放刚才的语音。在放音期间,LED灯会闪烁直到放音结束时熄灭。如果在放音 期间点按放音键会停止放音。B)电平放音模式:如果一直按住PLAY键,使/PLAY管脚电平持续为低,那么会将芯片内所有语音信息播 放出
20、来,并且循环播放直到松开按键将/PLAY管脚电平拉高。在放音期间LED闪烁。当 放音停止,播放指针会停留在当前停止的语音段起始位置。快进操作:点按一下FWD按钮将/FWD端拉低,会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下 一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音处时,再次快进,指针会返回到第一段语 音。当下降沿来到/FWD端时,快进操作还要决定于芯片当时的状态:A)如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置不在最后一段,那么指针会前进一段,到达下一段语音处。B)如果芯片在掉电状态并且当前播放指针的位置在最后一段,那么指针会返回到第一 段语音处。C)如果芯片正在播放一段语音(非最后一段),那么此
21、时放音停止,播放指针前进到 下一段,紧接着播放新的语音。D)如果芯片正在播放最一段语音,那么此时,放音停止,播放指针返回到第一段语音,紧接着播放第一段语音。擦除操作:擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式,区别如下:A)单个擦除:只有第一段或最后一段语音可以被单个擦除。点按一下ERASE健将/ERASE管脚拉低,这时具体的擦除情况要看播放指针的状态:如果芯片空闲并且播放指针指向第一段语音,则会删除第一段语音,播放指针指向新 的第一段语音(执行擦除操作前的第二段)如果芯片空闲并且播放指针指向最后一段语音,则会删除最后一段语音,播放指针指 向新的最后一段语音(执行擦除操作前的倒数第二段)如果芯
22、片空闲并且播放指针指向没有指向第一或最后一段语音,则不会删除任何语音,播放指针也不会被收变 如果芯片当前正在播放第一段或最后一段语音,点按下ERASE键会删除当前语音。B)全体擦除:当按下ERASE键将/ERASE管脚电平拉低超过2.5秒钟,会触发全体擦除操作,删除全 部语音信息。复位操作:如果用RESET控制此管脚,建议/RESET管脚与 之间连接一个0.1 口 F电容。当/RESET被 触发,芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。音量操作:点按一下VOL键将/VOL管脚拉低会收变音量大小。每按一下,音量会减小一档,再到达 最小档后再按的话,会增加音量直到最大档,如此循环。
23、总共有8个音量档供用户选择,每一档会收变4dB。复位操作会将音量档放在默认位置,即最大音量。4.1.2放音放音功能采用:SPI串行工作模式。此处的放音包括两部分,一部分是事先把需要的语 音部分录入,另一部分是在相应的需要放音的时候放音。只需要SCLKMOSI SSMOSO四个接口,在遵循SPI协议的前提下即可实现非常强大的 功能。主控单片机主要通过四线(SCLK,MOST,MISO,/SS)SPI协议对ISD1700进行串 行通信。ISD1700作为从机,几乎所有的操作都可以通过这个SPI协议来完成。为了兼容 独立按键模式,一些SPI命令:PLAY,REC,ERASE,FWD,RESET和GL
24、OBAJERASE的运行 类似于相应的独立按键模式的操作。另外,SET_PLAY,SET_REC,SET_ERASE命令允许用 户指定录音、放音和擦除的开始和结束地址。M外,还有一些命令可以访问APC寄存器,用来设置芯片模拟输入的方式。SPI协议:ISD1700系列的SPI串行接口操作遵照以下协议:1.一个SPI处理开始于/SS管脚的下降沿。2.在一个完整的SPI指令传输周期,/SS管脚必须保持低电平。3.数据在SCLK的上升沿锁存在芯片的MOSI管脚,在SCLK的下降沿从MISO管脚输出,并 且首先移出低位。4.SPI指令操作码包括命令字节,数据字节和地址字节,这决定于1700的指令类5.当
25、命令字及地址数据输入到MOSI管脚时,同时状态寄存器和当前行地址信息从MISO 管脚移出。6.一个SPI处理在/SS变高后启动。7.在完成一个SPI命令的操作后,会启动一个中断信息,并且持续完成通信协议后,只有用set _play指令加上语言的地址即可播放,se t-r e cor d指令即 可实现录音。非常方便,适用于较为复杂的情况下。具体见软件部分。4.2液晶模块设备:128X64点阵型液晶显示屏ooooooooe o1本实验箱采用内置控制器、不带字库的图形点阵液晶显示模块,点阵数为128X64。它主要由行驱动器/列驱动器及128X64全点阵液晶显示器组成,可完成图形显示也可以显示8X4个
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