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门禁系统作为安防产业中的首要环节，安全稳定的运行对于确保工作环境的安全起着至关重要的作用，本设计以AT89S52单片机作为微控制器，对读卡模块、语音模块、显示模块、电机模块、计时模块进行设计，最后用组态王进行运行模拟，对小区需要进行实现的需求来对比，通过模拟验证了本设计门禁系统的可行性。 我国经济的增长带动了安防产业市场的发展，人们对于安全问题也更加重视。科学技术发展的同时，门禁系统作为安防产业中首要环节，已成为多数智能化项目中最常见的安防子系统之一。门禁系统不仅是普通的门道和钥匙管理，经过一段时间的发展，目前门禁系统已经在出入口管理权限上有一套完整的机制。小区作为许多居民的生活环境，人员出入的筛选成为了保障居民安全的一个关键点。为了居民的安全，门禁系统尤为重要，本设计是一款具有安全性、即时性、智能性的门禁系统，最大程度上保障小区
里居民的权益。
1 总体方案设计
小区正门每天有大量的人出入，需要避免小区住户以外的人进入，保障小区住户的安全，同时也要防止小区住户忘记带门禁卡而无法进入小区。小区侧门离正门不远，仅需保证杜绝没有门禁卡的人进入小区，门禁也无需设计太长，需要比正门的长度短。总的来说，小区门禁的需求就是设计完善的可管理小区出入口进出权限的门禁设备即门禁系统，在设备的实用性上还要再附带一点美观性，因此，设计方案为：在正门设立一个智能摆闸和三个三辊闸，旁边建立一个保安值班室，侧门设计两个三辊闸。智能摆闸、三辊闸都具备识别门禁卡功能，智能摆闸还可由保安值班室操控开关，如图1
所示：
图1 设计方案图
2 系统硬件设计
系统共分为五大模块，单片机AT89S52作为系统的主控板，接收读卡器发送过来的数据，然后传递开闸信号控制语音板电路、方向指示电路、电机驱动电路和计数电路的启动。三辊闸分为主机和副机部分，智能摆闸的电路部分也与三辊闸具有相同的组成，同样由语音板电路、方向指示电路、电机驱动电路和技术电路组成，系统原理框图如图2 所示：
图2 系统原理框图
2.1 语音版电路设计
语音板与单片机AT89S52相连接，IN2和IN3接口代表两段播放的语音电路，一段语音用来欢迎业主回来，一段语音用来说明卡片是否有效，主控板通过AC1和AC2接口来控制语音板的工作与关闭，通过三极管放大电流使蜂鸣器发出响声。当AC2=0时，进向语音板内部的PNP三极管关闭，蜂鸣器停止工作。当AC2=1时，PNP 三极管导通，蜂鸣器开始工作。主控板只需要AC2输出0或者1开关控制蜂鸣器即可，其电路如图3
所示：
图3 语音板电路
小区门禁系统设计广东白云学院 刘 康 叶智坚
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2.2 方向指示电路设计
方向指示电路采用点阵式LED 显示，此显示功能强大，红叉形为禁行标志，绿箭头为通行标志，其电路如图4
所示：
图4 方向指示板电路
2.3 计数电路设计
此电路把一个行人进出行为转化为电信号并且加以判断是进入还是出去，电路如图5
所示：
图5 计数器电路
正常状态下，发光二极管发光使VT 导通，输出端电压为低电位。当有人进或出会使传感器遮挡住二极管的发光，此时VT 截止。2.4 电机驱动电路设计
电机驱动模块接收主控板传递的信号来进行动作，为了让电机能正常运行，用一个15V_5A 的开关电源为其供电。电机驱动板上
设计的3个限位开关用来保证电机把闸门运行到指定位置就停止运行，有两个开门限位开关是由于两个方向都有行人通行，闸门需要往通行的人的对立方向打开，避免造成事故，电路如图6
所示：
图6 电机驱动电路
3 系统仿真
为了验证设计的合理性，本设计采用组态王软件进行模拟仿真。本设计方案通过在小区门口设置多个三辊闸，联动智能摆闸构成了一套完整的小区门禁系统。在三辊闸方面，如果遇到有人用蛮力强行通行，在三辊闸上方的声光报警器就会启动，既警告了强行通行的人也给附近值班人员提一个醒，保障好小区内部的安全。在智能摆闸方面，值班人员不用走过去设备处刷卡给忘记带卡的住户通行，可以坐在原地操控闸门的状态，更快速便捷的操控智能摆闸。3.1 三辊闸通行方式仿真
分别对三锟闸的三种通行方式：单边通行，双边通行，非法通行分别进行了模拟。
（1
）单边通行
图7 三辊闸单边通行画面
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当人成功刷卡，方向指示器显示出可前进方向，电机松开离合器，闸杆允许转动一次。当人成功通过后，计数器+1，反馈给电机重新紧缩离合器等待下次读卡器给予主控板开闸信号。
（2
）
双边通行
图8 三辊闸双边通行画面
当两边有人都需要通过时，先刷卡的优先通过，即使另一边也刷卡了也无法通行，方向指示器会显示“X ”。
（3
）非法通行
图9 三辊闸非法通行画面
如果不刷卡强行转动闸杆，报警器会启动发出声音和光，一方
面警示行人不允许通过，另一方面引起值班人员的注意，电机不会运转，离合器没有松开行人就无法强行通过。3.2 智能摆闸通行方式仿真
用指示灯代表读卡器的刷卡情况，成功刷卡会显示红灯。用开关按钮来代表控制器，绿灯为关闭，红灯为打开，刷卡成功界面如图10
所示：
图10 智能摆闸通行画面
当行人刷卡成功后，电机转动使闸门打开，计时器开始计时，当计时达到10s 后，电机再次转动使闸门关闭。如果行人没有刷卡，值班人员按下控制器，闸门一样会打开，但这时计时器不会启动，只有当值班人员再次按下控制器，闸门才会关闭。
本文所设计的门禁系统，采用AT89S52单片机作为控制中心，再通过需要实现报警、自动开关门、显示允许或禁止通行等的需求来分别进行语音板、方向指示板、电机驱动模块的电路设计，并通过组态软件模拟仿真了各种通行状态。该系统可以有效应对多种通行情况和能稳定控制出入口的权限，且能够实现远距离控制，可以满足小区门禁需求。
课题：广东省普通高校青年创新人才项目（2019KQNCX225）。
作者简介：刘康（1987—），河南商丘人，硕士研究生，现任
职于广东白云学院。
