基于AT89S52的智能家居門禁系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：隨著人們生活的快節(jié)奏化發(fā)展，人們對家居門禁的安全性要求越來越高。本文采用AT89S52單片機為核心，以嵌入式Linux系統(tǒng)為開發(fā)平臺，采用博創(chuàng)科技公司的UP-TECHPXA270A作為主控制端，采用西門子公司TC35i系列的GSM模塊作為無線傳輸端設(shè)計了一款靈活、便捷、成本低廉的智能門禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以在控制終端進行監(jiān)控，同時又能實時進行手機短信的信息提示，對當(dāng)今人們就安全性方面的考慮很全面，是一款值得推廣的系統(tǒng)。

隨著社會經(jīng)濟、生活水平的發(fā)展，及電子芯片的高度集成化和生物識別技術(shù)的發(fā)展，智能化程度大大提高，人們對家居的安全性、舒適度的要求越來越高。原來的電子磁卡鎖，電子密碼鎖等電子門禁系統(tǒng)等已不能很好地滿足人們對安全、便捷、人性化的需求。而目前市場上大多數(shù)的門禁系統(tǒng)都采用有線的方式，有線通信具有安全、穩(wěn)定性好、易于實現(xiàn)等優(yōu)點：但同時有線通信方式安裝成本高、靈活性差、施工難度大、無法移動、變更余地小、維護費用高、覆蓋面積小、擴展困難等缺陷。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)進入了一個新的天地。采用無線的傳輸方式，能夠克服上述缺陷。因此開發(fā)一款靈活、便捷、成本低廉的智能門禁系統(tǒng)就顯得很有應(yīng)用價值。本文以AT89S52為核心結(jié)合控制電路，采用無線傳輸?shù)姆绞皆O(shè)計一款智能化的智能家居門禁系統(tǒng)。

1 智能家居門禁系統(tǒng)平臺的搭建

1.1 嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)平臺的構(gòu)建

系統(tǒng)采用博創(chuàng)科技公司推出的高端嵌入式教學(xué)科研平臺UP-TECHPXA270A作為主控制端，UP-TECHPXA270A基于Intel Xscale架構(gòu)的嵌入式微處理器，最高主頻可達(dá)624 MHz，穩(wěn)定運行在520 MHz，采用13x13 mm VFBGA封裝，加入Wireless MMX技術(shù)，主頻內(nèi)部集成iwmmx指令，加速處理器對多媒體數(shù)據(jù)的處理速度。該平臺主要是面向計算機、軟件專業(yè)的高端平臺，可運行Linux 2.4.x和Linux 2.6.x內(nèi)核，支持QT /E、miniGUI等嵌入式圖形界面，提供完整的驅(qū)動和應(yīng)用程序，UP-TECHPXA270A開發(fā)板提供了豐富的gpio口，可以達(dá)到對智能門禁系統(tǒng)的模擬控制。同時采用便于軟件安裝升級的Linux系統(tǒng)，建立基本開發(fā)環(huán)境。

1.2 門禁系統(tǒng)中單片機的選擇

本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，其CPU采用與MCS-51兼容的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。AT89S52是一款帶有8 kB可在線編程Flash存儲器的低功耗、高性能8位CMOS微控制器。它采用Atmel的高密非易失存儲制造技術(shù)并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集和引腳結(jié)構(gòu)相兼容。AT89S52還提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8 KB的Flash存儲器、256字節(jié)RAM、32根I/O引線、看門狗定時器、兩個數(shù)據(jù)指針、3個16位定時器/計數(shù)器、一個六向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、一個全雙工通訊端口、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。上述這些功能可很好地滿足系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計要求。

1.3 GSM模塊

采用西門子公司TC35i系列GSM模塊，TC35i模塊是一款支持中文短信息的工業(yè)級的新版GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流3.3～4.8 V，休眠狀態(tài)電流消耗為3.5 mA，空閑狀態(tài)為25 mA，發(fā)射狀態(tài)為300 mA(平均)，峰值為2.5 A;可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2 W和1 W，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3 V/1.8 V，TC35i通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300 b/s～115 kb/s，自動波特率為1.2～115 kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Shoa Message Selvice，短消息)，可通過AT命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。

當(dāng)門禁系統(tǒng)密碼不正確，或鍵盤連續(xù)輸入出錯超過上限時，門禁系統(tǒng)會發(fā)出信號送至控制器，同時通過GSM模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到報警和預(yù)警的功能。

2 門禁系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天門禁技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。

本門禁系統(tǒng)主要由單片機來控制，采用AT89S52系列芯片由單片機系統(tǒng)、矩陣鍵盤、報警電路、LED指示燈顯示、主控制端PXA270、GSM模塊、電源以及其他周邊設(shè)備組成。

2.1 門禁系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)(如圖1所示的總體設(shè)計圖)以單片機作為門禁終端，并配合顯示屏進行密碼輸入與修改。如果密碼錯誤，則會給主控模塊發(fā)送消息，彈出對話框，同時通過GSM模塊給主人發(fā)送短信，進行預(yù)警或報警。

2.2 門禁系統(tǒng)的平臺搭建

本系統(tǒng)開發(fā)在linux系統(tǒng)環(huán)境下，是在win7系統(tǒng)上安裝VMware7.0，分出大約20 G硬盤空間，512 M內(nèi)存。Linux系統(tǒng)選用Fedora12;安裝VMware的時候注意選擇磁盤路徑，F(xiàn)dora12選擇默認(rèn)安裝。

Fedora12漢化說明：

系統(tǒng)語言配置文件/etc/sysconfig/i18n

系統(tǒng)用戶有自己的語言配置

如果想使每個系統(tǒng)用戶有各自不同的語言環(huán)境;可以在當(dāng)前用戶目錄下建一個.i18n的文件;比如想讓fedora，這個用戶登錄中文桌面環(huán)境，只要在fedora這個用戶下建一個i18n的文件即可，內(nèi)容如下：

LANG=“zh CN.UTF-8”

SYSFONT=“latarcvrheb-sun16”

SUPPORTED=“zh CN.UTF-8：zh CN：zh”

退出保存;然后運行重啟，第二次登錄桌面環(huán)境就能看到中文了。

2.3 門禁系統(tǒng)電路設(shè)計

系統(tǒng)能完成開鎖、修改密碼、當(dāng)操作錯誤的次數(shù)大于系統(tǒng)設(shè)置的極限時，系統(tǒng)在報警的同時還會鎖定系統(tǒng)以加強密碼鎖的安全性，系統(tǒng)還具有結(jié)電和掉電保護等功能。門禁系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示，其中各功能模塊的電路如圖3所示。

2.4 GSM模塊電路設(shè)計

該模塊采用TC35模塊，其有40個引腳，通過一個ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)連接器引出。如下圖4所示GSM模塊電路圖，這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。當(dāng)輸入的門禁系統(tǒng)密碼不正確，或鍵盤連續(xù)輸入出錯超過上限時，門禁系統(tǒng)會發(fā)通過GSM模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到報警和預(yù)警的功能。