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本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題　　目 基于PLC的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 姓　　名 唐斌梅 學(xué)號(hào) 201212701054 二級(jí)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 ?！　I(yè) 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 季致和 職稱 教授 齊魯理工學(xué)院教務(wù)處制 目錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 Abstract 1 Key words 1 引言 3 1 概述 3 1.1 門禁系統(tǒng)的發(fā)展 3 1.2 門禁系統(tǒng)的功能 4 1.3 門禁系統(tǒng)的分類 4 2 門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與總體分析 5 2.1 門禁系統(tǒng)的構(gòu)成 5 2.2 門禁系統(tǒng)工作過(guò)程的硬件實(shí)現(xiàn)框圖 5 2.3 門禁系統(tǒng)工作的軟件流程圖 6 3 門禁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 3.1 IC卡的讀寫 6 3.1.1 IC卡的種類和特點(diǎn) 6 3.1.2 讀卡器 7 3.2 電控鎖 8 3.3 傳感器 8 3.4 門禁控制器 9 3.4.1 門禁控制器的功能 9 3.4.2 門禁控制器的總體設(shè)計(jì) 9 3.4.3 PLC的選擇 10 3.4.4 PLC的I/O端口分配 11 3.4.5 門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)圖 12 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 12 4.1 程序梯形圖 12 4.2 軟件調(diào)試 15 5 總結(jié) 16 致謝 17 參考文獻(xiàn)： 18 基于PLC的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生 唐斌梅 指導(dǎo)教師 季致和 摘要：門禁系統(tǒng)就是對(duì)各種通道權(quán)限的管理。隨著人們生活水平的不斷提升，安全也成為了大眾關(guān)注的焦點(diǎn)，所以有了門禁系統(tǒng)的產(chǎn)生。近幾年，門禁系統(tǒng)飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了指紋識(shí)別、無(wú)線識(shí)別、生物識(shí)別等高端技術(shù)。本設(shè)計(jì)由IC卡、讀卡器、施耐德可編程控制器、電控鎖和傳感器這些硬件設(shè)備構(gòu)成。用戶進(jìn)出系統(tǒng)需按等級(jí)加以區(qū)分，故軟件設(shè)計(jì)時(shí)將進(jìn)出方式分為三個(gè)等級(jí)：IC卡，IC卡+密碼，IC卡+密碼+鑰匙。本設(shè)計(jì)還增加了紅外報(bào)警功能和消防功能。主要實(shí)現(xiàn)的是進(jìn)出通道權(quán)限、進(jìn)出通道方式和異常報(bào)警這些功能。 關(guān)鍵詞：PLC IC卡 傳感器 Design of Access System Based on PLC Student majoring in automation 　Binmei Tang Tutor Zhihe Ji Abstract：Access control system is to manage the various channels of authority. As peoples living standards rising, security has become the focus of public attention, it has generated access control system. In recent years, the rapid development of access control systems, the emergence of fingerprint identification, RFID, biometrics and other high-end technology. The design consists of an IC card reader, Schneider programmable controllers, electric locks and sensors these hardware devices. User access to the system level basis having to partition out of the way so the software is divided into three levels design: IC card, IC card with a password, IC card with a password plus key. This design also adds an infrared alarm and fire-fighting capabilities.. The main access routes to achieve the permissions, access channel mode and alarm function abnormalities. Key words：PLC;IC card;sensor 引言 為了跟上信息時(shí)代的腳步，維護(hù)社會(huì)財(cái)產(chǎn)的安全，滿足用戶對(duì)于安全的不同需求，門禁系統(tǒng)便產(chǎn)生了。門禁系統(tǒng)不僅給管理人員提供了更加安全便捷的管理模式，也給使用者帶來(lái)了更便捷體驗(yàn)。為此，本文研究一種基于PLC技術(shù)的門禁系統(tǒng)。適用范圍為：智能辦公樓、政府辦公機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、智能小區(qū)、供電局變電站和電信基站。門禁系統(tǒng)在近幾年來(lái)都有著突飛猛進(jìn)的變化，出現(xiàn)了智能卡識(shí)別、生物識(shí)別、無(wú)線門禁等一系列高端技術(shù)，在便捷性和安全性方面也有了很大的突破。本次設(shè)計(jì)主要是基于PLC可編程控制器的一種設(shè)計(jì)，利用讀卡器、控制器、傳感器、電磁鎖、識(shí)別卡等其他設(shè)備構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)別區(qū)分功能，報(bào)警功能，消防功能等[1]。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程是先軟件測(cè)試，軟件測(cè)試合格后再進(jìn)行硬件與軟件結(jié)合調(diào)試，如果時(shí)序方面沒(méi)有問(wèn)題控制器就能正常工作，即可以實(shí)現(xiàn)門禁控制器的各項(xiàng)功能。門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完成有利于提高社會(huì)的安全性和便捷性。 1 概述 本文研究一種基于PLC技術(shù)的門禁系統(tǒng)。適用范圍為：智能辦公樓、政府辦公機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、智能小區(qū)、供電局變電站和電信基站。門禁控制系統(tǒng)的基本系統(tǒng)組成：卡+密碼+鑰匙+讀卡器+控制器+電控鎖+傳感器開(kāi)關(guān)門機(jī)構(gòu)；在這個(gè)基礎(chǔ)之上又添加了防盜報(bào)警系統(tǒng)，運(yùn)用各種方法使其成為一個(gè)封閉的安全環(huán)境。通過(guò)不同的編程，進(jìn)出人員根據(jù)身份級(jí)別的不同，使用不同的開(kāi)門方式，例如：卡，卡+密碼，卡+密碼+鑰匙方式中的一種或幾種。主要實(shí)現(xiàn)的是進(jìn)出通道權(quán)限、進(jìn)出通道方式和異常報(bào)警這些功能。 1.1 門禁系統(tǒng)的發(fā)展 門禁系統(tǒng)在市場(chǎng)上發(fā)展很快，出現(xiàn)了很多新技術(shù)，例如人體特征識(shí)別（生物識(shí)別），手機(jī)一卡通，無(wú)線控制門禁之類的，它們各有所長(zhǎng)，安全性和便捷性也有了非常大的提高，并且出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域，可以算得上是無(wú)處不在，這也標(biāo)志著門禁系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。門禁系統(tǒng)近幾年開(kāi)發(fā)的新技術(shù)： （1）手機(jī)一卡通發(fā)展蓬勃 最先崛起的是手機(jī)一卡通這種新技術(shù)，歷時(shí)一年多的發(fā)展，手機(jī)一卡通在門禁領(lǐng)域也稱得上是家喻戶曉，至此人們的需求也更加多樣化。 （2）生物識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅猛 生物識(shí)別技術(shù)是繼手機(jī)一卡通之后又一新的時(shí)代，經(jīng)過(guò)手機(jī)一卡通之后，人們將最新的科技與需求相結(jié)合便產(chǎn)生了生物識(shí)別技術(shù)。生物識(shí)別技術(shù)顧名思義就是生物體特征的識(shí)別，例如人臉識(shí)別，指紋識(shí)別，掌紋識(shí)別之類的，這項(xiàng)技術(shù)將門禁帶入更高一層領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。 （3）無(wú)線門禁技術(shù)日漸成熟 無(wú)線門禁系統(tǒng)的問(wèn)世超越了人們對(duì)門禁的認(rèn)識(shí)，以前人們普遍認(rèn)為必須有實(shí)物接觸才能實(shí)現(xiàn)開(kāi)門，無(wú)線門禁利用了當(dāng)今最智能化的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)藍(lán)牙、GPS、FSK等方式傳輸，更加提高了門禁系統(tǒng)的安全性，這也是現(xiàn)在做的最為成熟的一種門禁系統(tǒng)。 以上三種門禁可以說(shuō)是代表了門禁發(fā)展的過(guò)程，將門禁系統(tǒng)又一個(gè)少見(jiàn)的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展壯大為無(wú)所不在的必備工具，這也意味著好的科技產(chǎn)品終究會(huì)被大眾認(rèn)可，這也激勵(lì)著人們不斷的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新[2]。 圖1.１ 門禁系統(tǒng)圖 1.2 門禁系統(tǒng)的功能 （1）由于不同用戶加密程度不同，為此按用戶等級(jí)將開(kāi)門方式分了以下幾種： 級(jí)別一：級(jí)別1IC卡號(hào)+密碼+鑰匙=開(kāi)門一次（10s后自動(dòng)關(guān)閉） 級(jí)別二：級(jí)別2IC卡號(hào)+密碼=開(kāi)門一次（10s后自動(dòng)關(guān)閉） 級(jí)別三：級(jí)別3IC卡號(hào)=開(kāi)門一次（10s后自動(dòng)關(guān)閉） （2）門窗、消防和報(bào)警這些狀態(tài)在總控室有指示燈提示。 （3）當(dāng)有人非法闖入門禁系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)能立刻報(bào)警，并且只有當(dāng)總控室工作人員按下解除報(bào)警按鈕時(shí)報(bào)警才能停止。 （4）當(dāng)系統(tǒng)有消防事宜發(fā)生時(shí)，處于中央控制室中控制人擁有打開(kāi)所有門窗且進(jìn)行系統(tǒng)報(bào)警的權(quán)利。 1.3 門禁系統(tǒng)的分類 門禁系統(tǒng)的分類按進(jìn)出識(shí)別方式可分為以下三大類： 1．密碼識(shí)別：通過(guò)判斷輸入密碼的有效性來(lái)判斷該用戶的進(jìn)出權(quán)限。 密碼鍵盤有兩種：一種是普通型，另一種是亂序型。 （1）普通型： 優(yōu)點(diǎn)：成本低，操作方便，無(wú)須攜帶卡片。 缺點(diǎn)：最多只能同時(shí)存儲(chǔ)三組密碼，保密性低；不能存儲(chǔ)進(jìn)出記錄，只能單向操作。 （2）亂序型： 優(yōu)點(diǎn)：安全性好，操作簡(jiǎn)單，使用方便易懂。 缺點(diǎn)：保密性能低，無(wú)法存儲(chǔ)進(jìn)出記錄；單向操作；價(jià)錢昂貴。 2．卡片識(shí)別：通過(guò)讀取卡片信息來(lái)判別進(jìn)出方式權(quán)限，卡片有普通讀卡器和射頻卡[3]。 （1）磁卡： 優(yōu)點(diǎn)：一人一卡，安全性能一般；可以聯(lián)機(jī)，有進(jìn)出記錄；成本較低。 缺點(diǎn)：卡片和設(shè)備會(huì)出現(xiàn)磨損，使用有效時(shí)間較短；不容易實(shí)現(xiàn)雙向控制；而且卡片可以復(fù)制?？ㄆ畔⒂挚赡軙?huì)出現(xiàn)消磁，而使卡片無(wú)效。 （2）射頻卡： 優(yōu)點(diǎn)：卡片和設(shè)備不需要接觸，更加便捷；壽命較長(zhǎng)，最少可以使用5年以上；保密性好，雙向控制聯(lián)機(jī)查詢進(jìn)出記錄；安全性好，無(wú)需擔(dān)心被拷貝。 缺點(diǎn)：成本偏高。 3．生物識(shí)別：進(jìn)出方式權(quán)限通過(guò)檢測(cè)人體生物體征來(lái)判別。例如指紋、人臉識(shí)別等。 優(yōu)點(diǎn)：從識(shí)別角度來(lái)說(shuō)安全性能相當(dāng)好；不需要攜帶卡片。 缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，對(duì)識(shí)別者和識(shí)別者周圍環(huán)境要求較高，導(dǎo)致識(shí)別效果不好，例如識(shí)別者的面部變化會(huì)導(dǎo)致識(shí)別失敗。 人們對(duì)生物識(shí)別門禁有一些誤區(qū)，都認(rèn)為門禁中最安全的是生物識(shí)別門禁，其實(shí)不然，門禁系統(tǒng)的安全性能包括通訊系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和識(shí)別系統(tǒng)這些系統(tǒng)的安全，所以不能僅有識(shí)別性高就說(shuō)這類系統(tǒng)安全性能高，幾大系統(tǒng)其中一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)都存在安全隱患[4]。 2 門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與總體分析 2.1 門禁系統(tǒng)的構(gòu)成 門禁系統(tǒng)的基本構(gòu)成：由識(shí)別卡、讀卡器、控制器、電控鎖和傳感器等組成。 （1）讀卡器：主要用于讀取IC卡里的信息。根據(jù)卡的種類不同，讀卡器也分多種類型，例如在一些高級(jí)場(chǎng)所和機(jī)要處的出入口，可以用生物識(shí)別來(lái)作為終極識(shí)別裝置，這是將來(lái)的發(fā)展方向。 （2）控制器：主要用于判別信息的有效性并發(fā)出指令。控制器是整個(gè)門禁系統(tǒng)的核心，它由一臺(tái)微處理機(jī)和一些外圍電路構(gòu)成。由控制器來(lái)判斷某卡的信息是否正確，以及該卡的級(jí)別，信息正確后電控鎖即可打開(kāi)[5]。 （3）電控鎖：主要負(fù)責(zé)門的開(kāi)關(guān)。電控鎖根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)的合不同，分為電插鎖，陰極鎖，磁力鎖等幾大類型。 （4）識(shí)別卡：主要用于存儲(chǔ)用戶信息。識(shí)別卡的種類有兩種，非接觸卡和接觸卡。非接觸卡有加密卡、存儲(chǔ)卡和CPU卡，接觸卡有記憶卡，CPU卡，超級(jí)智能卡。現(xiàn)在用得最多的是IC卡和CPU卡。 （5）傳感器：主要用于檢測(cè)非用戶進(jìn)入。傳感器感應(yīng)被測(cè)量，將其信息轉(zhuǎn)換成別的形式輸出，例如電信號(hào)，這樣可以實(shí)現(xiàn)信息的顯示、處理功能。 2.2 門禁系統(tǒng)工作過(guò)程的硬件實(shí)現(xiàn)框圖 門禁系統(tǒng)的工作過(guò)程是：持卡人通過(guò)刷卡，設(shè)備上的讀卡器將卡里存儲(chǔ)的信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)信號(hào)，并轉(zhuǎn)遞給門禁控制器，門禁控制器作為系統(tǒng)的中心，將信號(hào)做出判斷分析，之后將其傳遞給各個(gè)系統(tǒng)，再由各系統(tǒng)做出相應(yīng)的動(dòng)作。 硬件框圖如圖2.1。 IC卡 讀卡器 PLC 紅外探測(cè)器 報(bào)警系統(tǒng) 顯示系統(tǒng) 門開(kāi)關(guān)系統(tǒng) 窗震動(dòng)系統(tǒng) 圖2.1 門禁系統(tǒng)硬件框圖 2.3 門禁系統(tǒng)工作的軟件流程圖 根據(jù)具體要求加上實(shí)物的查看，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的是： （1）開(kāi)始時(shí)檢查門窗是否打開(kāi)，若打開(kāi)則關(guān)閉門窗，關(guān)閉門窗燈亮，關(guān)上后燈滅。 （2）按下消防按鈕時(shí)實(shí)現(xiàn)消防與報(bào)警燈全亮，門窗打開(kāi)，按下報(bào)警解除按鈕時(shí)門窗全部關(guān)閉。 （3）實(shí)現(xiàn)3種不同權(quán)限IC卡以不同方式的開(kāi)門。 （4）若強(qiáng)制開(kāi)門，則視為非法入侵，則報(bào)警燈亮，解除后全滅。 （5）門正常打開(kāi)并且完全打開(kāi)后定時(shí)10s門自動(dòng)關(guān)閉。 N Y Y Y Y Y Y Y N N N N N N 開(kāi)始 門窗位于關(guān)閉狀態(tài)？ 消防信號(hào)=0？ 報(bào)警信號(hào)=0？ ID信號(hào)等級(jí)1=1？ 鑰匙信號(hào)=1？ 開(kāi)門，10S后關(guān)門 初始復(fù)位門窗 消防指示燈點(diǎn)亮，門窗開(kāi)，報(bào)警！ 報(bào)警燈點(diǎn)亮，報(bào)警！ ID信號(hào)等級(jí)1=2？ ID信號(hào)等級(jí)1=3？ 密碼信號(hào)=1？ Y 開(kāi)始 圖2.2 程序流程圖 3 門禁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 IC卡的讀寫 3.1.1 IC卡的種類和特點(diǎn) IC卡的分類： （1）存儲(chǔ)卡：IC卡內(nèi)部采用的是可編程可擦除的EEPROM[6]。這類IC卡是同步通信的方式，為非主動(dòng)型IC卡，不僅使用方便，而且價(jià)格相對(duì)實(shí)惠，市場(chǎng)上大多采用這類IC卡。但是也有不足之處，它的保密性不如其他IC卡，所以只用于簡(jiǎn)單的信息存放。 （2）邏輯加密卡：這類IC卡不僅有之都存儲(chǔ)功能，而且還擁有邏輯加密功能，此卡不能輕易打開(kāi)，必須要輸入密碼才行。如果有非法盜用者想通過(guò)多次輸入密碼獲取該信息，此IC卡將會(huì)自動(dòng)封存此段信息。所以相對(duì)來(lái)說(shuō)此類卡安全性能較高，價(jià)格也不貴。 （3）CPU卡：CPU卡內(nèi)部包含了三個(gè)主要的單元，即輸入輸出單元、存儲(chǔ)單元和微處理單元。CPU卡和邏輯加密卡一樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有非法行為時(shí)，將自動(dòng)鎖死該單元，不讓非法者有可乘之機(jī)。這類卡是安全性能最高的卡，所以占據(jù)了大部分的市場(chǎng)，也是將來(lái)IC卡市場(chǎng)的主導(dǎo)[7]。 IC卡的特點(diǎn)： IC卡即為智能卡。它和其他磁卡不同之處為，卡片內(nèi)有一塊刻有存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的微型集成芯片，優(yōu)點(diǎn)是安全保密性強(qiáng)、信息容量大、使用壽命長(zhǎng)，結(jié)算和受理速度快。 3.1.2 讀卡器 讀卡器顧名思義這是一種讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備，但其不單單可以支持?jǐn)?shù)據(jù)的讀取同樣支持?jǐn)?shù)據(jù)的寫入。其初期的設(shè)計(jì)思路主要是為了彌補(bǔ)數(shù)碼相機(jī)數(shù)據(jù)輸出的缺陷而產(chǎn)生的。由于早期USB接口并不普及，因此數(shù)碼相機(jī)的輸出口都是同電腦的串口連接的，由于串口的數(shù)據(jù)傳輸速度很低，如果把這些數(shù)據(jù)拷貝到硬盤上，那就要花費(fèi)大量的等待時(shí)間了，因此，讀卡器就應(yīng)運(yùn)而生了。 （1）讀卡器的構(gòu)成： 標(biāo)簽：標(biāo)簽是目標(biāo)對(duì)象唯一識(shí)別的智能編碼，由多種元件組成，存在于物體表面。 閱讀器：閱讀器分為兩種，一種是固定不動(dòng)的，一種是手控的，同樣存在于物體表面[8]。 天線：是一種傳遞信號(hào)的設(shè)備。 讀卡器由鍵盤、單片機(jī)、監(jiān)控電路等部分組成。將信息芯片封裝在IC卡中，將該卡插入IC卡讀寫器的卡座中，讀卡器便能對(duì)它進(jìn)行讀取。IC卡座有多個(gè)引腳，當(dāng)IC卡插入時(shí)，芯片與里面引腳相連。另外讀卡器有兩個(gè)端口與簧片連接，這樣簧片和端口就相當(dāng)于一個(gè)常閉的開(kāi)關(guān)。當(dāng)卡插入時(shí)，簧片被頂開(kāi)；當(dāng)卡未插入時(shí)，簧片閉合[9]。 （2）讀卡器的工作過(guò)程： D1 讀卡器作為一個(gè)中間傳媒工具，將IC卡里的信息讀取出來(lái)傳遞給接收器再由接收器傳遞給微機(jī)處理器，由微機(jī)處理器判斷卡信息的有效性，再將判斷結(jié)果通過(guò)通信接口反饋給控制裝置，使控制裝置做出相應(yīng)動(dòng)作。 門 禁 控 制 器 地址轉(zhuǎn)換 讀 卡 器 D0 D0 12V GND BEEPER 圖3.1 門禁控制器和讀卡器的連接 開(kāi)始 N Y 開(kāi)始 是否有 上電、復(fù)位 讀取IC卡上數(shù)據(jù) 完成？ 開(kāi)始讀時(shí)鐘芯片命令字 讀數(shù)據(jù)到指定地址。完成？ 開(kāi)始進(jìn)行密碼數(shù)據(jù)比較 合法？ 發(fā)信號(hào)，允許開(kāi)門 警告程序 下電 N N Y Y 圖3.2 IC卡與讀卡器信息交換原理圖 3.2 電控鎖 電控鎖是由電磁鐵和一些機(jī)械裝置開(kāi)關(guān)構(gòu)成，并無(wú)復(fù)雜的程序，只是通過(guò)一些簡(jiǎn)單的指令控制磁鐵動(dòng)作。當(dāng)控制失效時(shí)，需先測(cè)量經(jīng)過(guò)電磁鐵的電壓，并且關(guān)閉磁門，觀察通過(guò)的電壓是否產(chǎn)生變化，如果變化產(chǎn)生而磁鐵不動(dòng)作，則說(shuō)明磁鐵控制出現(xiàn)問(wèn)題，可以更換相應(yīng)部件。電控鎖也有軟件部分，軟件部分與控制中心連接，它的作用是記錄信息。一般控制輸出電壓由繼電器控制輸出。首先看繼電器是否有吸合聲，如沒(méi)有，可測(cè)量繼電器控制接口各部分電壓和驅(qū)動(dòng)器件是否損壞，如完好，可進(jìn)一步測(cè)量有關(guān)集成電路的工作電壓，復(fù)位端口及時(shí)鐘振蕩部分，如無(wú)問(wèn)題，一般為軟件故障，這只能和開(kāi)發(fā)商聯(lián)系[10]。 3.3 傳感器 主要用于檢測(cè)非用戶進(jìn)入。傳感器感應(yīng)被測(cè)量，將其信息轉(zhuǎn)換成別的形式輸出，例如電信號(hào)，這樣可以實(shí)現(xiàn)信息的顯示、處理功能。 本設(shè)計(jì)的紅外探測(cè)裝置采用的是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)用場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗的轉(zhuǎn)換。因?yàn)檩斎胄盘?hào)不能直接識(shí)別，是電荷信號(hào)，所以要利用電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的添加也是為了實(shí)現(xiàn)阻抗的轉(zhuǎn)換。熱釋電紅外傳感器由三部分構(gòu)成，即干涉濾光片、傳感探測(cè)元件和場(chǎng)效應(yīng)管。利用此傳感器時(shí)，需將該材料做成一定厚度的薄片。選擇此傳感器是因?yàn)楸旧聿话l(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉[11]。 圖3.3 電控鎖和傳感器 3.4 門禁控制器 3.4.1 門禁控制器的功能 （1）門禁控制器的復(fù)位 門禁系統(tǒng)的復(fù)位方式有三種：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位和系統(tǒng)遙控復(fù)位。 （2）持卡人及門的管理 門禁控制器可以完成對(duì)識(shí)別卡的分類，監(jiān)視識(shí)別卡狀態(tài)，持卡人的管理，對(duì)持卡人劃分級(jí)別，檢測(cè)門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制碼的屬性和出入門方式。 （3）事件管理 事件分為讀卡引發(fā)的事件和非讀卡引發(fā)的事件兩種。 （4）系統(tǒng)通信 門禁控制器的通信方式是通過(guò)RS232/RS485總線方式由上位機(jī)控制以太網(wǎng)加載。 （5）電源管理 電源連續(xù)工作是門禁控制出入口最大的特點(diǎn)，所以門禁控制器具有自動(dòng)充電功能和備用電池。 （6）指示和提示 門禁控制器將系統(tǒng)的所有狀態(tài)和讀卡器的反饋結(jié)果做出提示。 3.4.2 門禁控制器的總體設(shè)計(jì) 門禁控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，每一個(gè)子程序都擁有不同的ID號(hào)。在門禁系統(tǒng)開(kāi)始工作前，控制器通過(guò)信道各子系統(tǒng)傳輸相關(guān)信息，包括所有設(shè)備的控制連接情況，使用人信息，允許時(shí)間，通行方式等?？刂浦行碾S時(shí)處于待命狀態(tài)，待有人刷卡時(shí)，讀卡器獲取卡里的信息，將此信息通過(guò)信道傳遞給控制中心，控制中心根據(jù)儲(chǔ)存的信息判斷卡的有效性，再將結(jié)果傳遞給相應(yīng)的子系統(tǒng)，再由子系統(tǒng)做出相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)記錄此次事件。 報(bào)警系統(tǒng) 顯示系統(tǒng) 門開(kāi)關(guān)系統(tǒng) 窗震動(dòng)系統(tǒng) PLC CPU IBA AC-08控制器 紅外探測(cè)裝置 圖3.4 門禁控制器的框架圖 3.4.3 PLC的選擇 PLC即為可編程控制器（Programmable Logical Controller）。它是一個(gè)集數(shù)字電子科技和微處理器為核心的一個(gè)裝置，用于工業(yè)和生活個(gè)類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有可編程存儲(chǔ)器構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)多種算法，例如邏輯運(yùn)算，算數(shù)運(yùn)算，順序運(yùn)算等，這些都是由內(nèi)部一個(gè)個(gè)指令完成，這些指令通過(guò)輸出口龍之各類系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程。PLC是繼電控制器和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的一項(xiàng)產(chǎn)物，完美的結(jié)合了微處理器與繼電控制器的優(yōu)點(diǎn)[12]，使電氣維修人員的作業(yè)更加便捷，但是也存在一些缺點(diǎn)，例如運(yùn)用不普遍，功耗高，觸點(diǎn)復(fù)雜等，它的程序編制用的是繼電器梯形圖和PLC專用程序而非計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，所以指令更加簡(jiǎn)單易懂，運(yùn)用也方便快捷。用戶買到PLC后可按照說(shuō)明書使用PLC編程靈活的改變其中一些功能，使其設(shè)計(jì)更加人性化，所以選用PLC使門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加便捷易懂。 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)： PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。 輸入模塊 輸出模塊 可編程控制器 CPU 模塊 按鈕 接觸器 選擇開(kāi)關(guān) 電磁網(wǎng) 限位開(kāi)關(guān) 指示燈 電源 電源 編程裝置 圖3.5 PLC組成原理示意圖 （1）CPU模塊 CPU是可編程控制器的核心又叫中央處理單元，主要構(gòu)成是微機(jī)處理器和存儲(chǔ)器。CPU模塊利用輸入輸出接口、程序、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，再將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存 放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。 （2）I/O模塊 I/O模塊是系統(tǒng)與外部設(shè)備連接的橋梁，它的端口分配直接決定該系統(tǒng)的功能。輸入魔款的作用是接受采集信號(hào)，輸入信號(hào)一般有兩種，一種是開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，例如限位開(kāi)關(guān)、按鈕、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等；另一種是模擬輸入信號(hào)，例如熱電偶、發(fā)電機(jī)、變送器、電位器等。可編程控制器通過(guò)輸出模塊控制電磁閥、調(diào)節(jié)閥、接觸器、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等[13]。 （3）電源 可編程控制器通常用220V交流電源的內(nèi)部直流穩(wěn)壓電源作為模塊內(nèi)的直流電壓組件。 （4）編程器 PLC的外部編程設(shè)備是編程器，PLC的工作情況可通過(guò)編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示來(lái)完成。也可以通過(guò)專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來(lái)，并利用編程軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。 （5）輸入/輸出擴(kuò)展單元 I/O擴(kuò)展接口同擴(kuò)展外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元相連，同時(shí)與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。 （6）外部設(shè)備接口 此接口可將外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)來(lái)完成系統(tǒng)中相應(yīng)的操作。本設(shè)計(jì)選用施耐德公司TWDLCAA40DRF 型號(hào)的主機(jī)。輸入點(diǎn)數(shù)為24，輸出點(diǎn)數(shù)為16。 3.4.4 PLC的I/O端口分配 I/O端口是外部系統(tǒng)與CPU連接的橋梁，有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，根據(jù)門禁系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，繪制出了本設(shè)計(jì)的I/O端口分配表 表3.1 I/O端口分配 I0.0 IC1 IC卡信號(hào)1 I0.1 IC2 IC卡信號(hào)2 I0.2 密碼A 用戶密碼信號(hào)A I0.3 密碼B 用戶密碼信號(hào)B I0.4 密碼C 用戶密碼信號(hào)C I0.5 密碼D 用戶密碼信號(hào)D I0.6 門開(kāi) 門開(kāi)限位信號(hào) I0.7 門關(guān) 門關(guān)限位信號(hào) I1.0 窗開(kāi) 窗開(kāi)限位信號(hào) I1.1 窗關(guān) 窗關(guān)限位信號(hào) I1.2 報(bào)警 紅外對(duì)射機(jī)構(gòu)報(bào)警信號(hào) I1.3 解除報(bào)警 中央控制室人員手動(dòng)解除報(bào)警 I1.4 鑰匙 用戶鑰匙信號(hào) I1.5 消防 中央控制室人員控制進(jìn)入“消防狀態(tài)” Q0.2 開(kāi)門 系統(tǒng)開(kāi)門輸出 Q0.3 關(guān)門 系統(tǒng)關(guān)門輸出 Q0.4 開(kāi)窗 系統(tǒng)開(kāi)窗輸出 Q0.5 關(guān)窗 系統(tǒng)關(guān)窗輸出 Q0.6 報(bào)警 系統(tǒng)報(bào)警輸出 Q0.7 消防指示 系統(tǒng)進(jìn)入消防狀態(tài)時(shí)，消防燈點(diǎn)亮 3.4.5 門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)圖 根據(jù)I/O端口分配表連接系統(tǒng)電路圖3.6。 I0.0 可 Q0.0 I0.1 編 Q0.1 I0.2 程 I0.3 控 Q0.2 I0.4 制 Q0.3 I0.5 器 I0.6 Q0.4 I0.7 Q0.5 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 COM 24V 開(kāi)門 ID1 關(guān)門 ID2 開(kāi)窗 密碼A 密碼B 關(guān)窗 密碼C 密碼D 門開(kāi) 報(bào)警 門關(guān) 消防 窗開(kāi) 窗關(guān) 報(bào)警 解除 鑰匙 消防 圖3.6 系統(tǒng)電路原理圖 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是施耐德公司的TWDLCAA40DRF系列的可編程控制器。選用施耐德公司的控制器是因?yàn)榇蠖嚅T禁系統(tǒng)都采用的是施耐德公司的可編程控制器，再加之此系列控制器編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易懂，且電路連接沒(méi)有那么復(fù)雜，它匯集了施耐德可編程控制器的所有功能。根據(jù)門禁系統(tǒng)控制要求、硬件設(shè)計(jì)的情況和I/O端口的分配進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)，該編程必須符合門禁系統(tǒng)所要求是實(shí)現(xiàn)的所有功能。在軟件設(shè)計(jì)中，首先需要按照控制系統(tǒng)的功能要求畫出系統(tǒng)流程框架圖，按照不同的功能要求編寫出不同的的功能模塊，編寫好程序編譯正確后可以復(fù)制到仿真程序中進(jìn)行調(diào)試。 4.1 程序梯形圖 對(duì)于密碼的設(shè)置可以參考8421BCD碼，這里默認(rèn)的4位密碼是1234，利用4個(gè)PLC元件表示1，以此類推，此程序按要求實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）由于不同用戶加密程度不同，為此按用戶等級(jí)將開(kāi)門方式分了以下幾種： 級(jí)別一：級(jí)別1IC卡號(hào)+密碼+鑰匙=開(kāi)門一次（10s后自動(dòng)關(guān)閉） 級(jí)別二：級(jí)別2IC卡號(hào)+密碼=開(kāi)門一次（10s后自動(dòng)關(guān)閉） 級(jí)別三：級(jí)別3IC卡號(hào)=開(kāi)門一次（10s后自動(dòng)關(guān)閉） （2）門窗、消防和報(bào)警這些狀態(tài)在總控室有指示燈提示。 （3）當(dāng)有人非法闖入門禁系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)能立刻報(bào)警，并且只有當(dāng)總控室工作人員按下解除報(bào)警按鈕時(shí)報(bào)警才能停止。 （4）當(dāng)系統(tǒng)有消防事宜發(fā)生時(shí)，處于中央控制室中控制人擁有打開(kāi)所有門窗且進(jìn)行系統(tǒng)報(bào)警的權(quán)利。 對(duì)應(yīng)取消按鈕。 對(duì)應(yīng)確認(rèn)按鈕。 密碼第一位為1，取消按鈕串聯(lián)方便再次輸入密碼同時(shí)對(duì)第一位密碼輸入作保持。 密碼的第2，3，4位，分別如同第1位設(shè)計(jì)且必須是前一位的密碼正確（開(kāi)關(guān)閉合）時(shí)輸入下一位有效且對(duì)每一位輸入的密碼作保持此為密碼輸入模塊。 刷卡輸入信號(hào)為11則為最高權(quán)限ID卡，作此時(shí)的關(guān)門延時(shí)并對(duì)刷卡信號(hào)給予保持。 密碼確認(rèn)輸入，智能4位密碼都輸入正確之后并按下了確認(rèn)按鈕才會(huì)有密碼輸入正確的信號(hào)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到，開(kāi)門信號(hào)停止。 系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)掃描，檢查門是否處于開(kāi)狀態(tài)，若開(kāi)則使其關(guān)閉，門在正常打開(kāi)的情況下不掃描。 系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行窗戶的掃描，同門掃描一樣。消防燈點(diǎn)亮的時(shí)候不做掃描，定時(shí)時(shí)間到則關(guān)閉窗戶，限位信號(hào)同時(shí)也會(huì)斷掉，門窗等閉合。 當(dāng)有消防事件產(chǎn)生，按下消防按鈕，門窗全部打開(kāi)，消防報(bào)警燈亮，只有當(dāng)工作人員手動(dòng)解除報(bào)警后，同時(shí)門窗關(guān)閉窗開(kāi)限位信號(hào)自身斷掉，開(kāi)窗燈閉。 當(dāng)門非法打開(kāi)時(shí)，即手動(dòng)將門打開(kāi)時(shí)，報(bào)警燈亮，控制中心的報(bào)警解除后燈滅。 當(dāng)門窗全部打開(kāi)時(shí)開(kāi)始定時(shí)，一段時(shí)間后關(guān)門窗。（10S） 以上四段程序?qū)崿F(xiàn)3種方式開(kāi)門。且分別進(jìn)行保持。開(kāi)門完全后，開(kāi)門燈滅。 4.2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試： （1）按照端口分配表連接PLC與門禁實(shí)物模型。 （2）打開(kāi)PLC電源開(kāi)關(guān)，把示例程序下載到PLC中，PLC模式選擇開(kāi)關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。 （3）當(dāng)密碼輸入后點(diǎn)擊確定按鈕3S以上，若讀卡器發(fā)出嘀的一聲，這時(shí)可停止按鈕，將三張不同級(jí)別的IC卡放在讀卡器附近，和以上情況一樣則可確定卡片的級(jí)別。 （4）對(duì)比這三種不同級(jí)別卡片的開(kāi)門方式有何不同，又有何相同：①刷最低級(jí)別卡、輸入密碼、鑰匙開(kāi)門；②刷中間級(jí)別卡、輸入用戶密碼；③刷最高級(jí)別卡。 注意：門每次開(kāi)，10S后自動(dòng)關(guān)閉。實(shí)例程序中將用戶密碼設(shè)置為“1234+確定”。 （5）試著創(chuàng)新編譯控制程序，達(dá)到和例舉程序不一樣的控制效果。 設(shè)計(jì)和調(diào)試中遇到的問(wèn)題： （1）級(jí)別2中程序中用I0.1觸點(diǎn)時(shí)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)I0.1的狀態(tài)保持，不能實(shí)現(xiàn)要求的功能，因此在梯形圖中添加了I0.1的保持程序。I0.0用同樣的方式修改。 （2）I0.0和I0.1的保持程序中需要添加一個(gè)I0.6的常閉觸點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)保持功能的有效解除。 （3）開(kāi)門，關(guān)門，開(kāi)窗，關(guān)窗程序中需要添加一個(gè)限位開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)這樣才能實(shí)現(xiàn)門窗的及時(shí)停止。 （4）密碼確認(rèn)程序中需要添加保持功能，而取消模塊不需要添加保持。 5 總結(jié) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)志著大學(xué)生涯的結(jié)束，感謝我的母校，給我們提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、優(yōu)良的師資力量和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓我們得到不斷地豐富與提高。大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)匯集在這一設(shè)計(jì)上。門禁系統(tǒng)在生活中很常見(jiàn)，也很重要，給我們的生活帶來(lái)了方便。 為了跟上信息時(shí)代的腳步，維護(hù)社會(huì)財(cái)產(chǎn)的安全，滿足用戶對(duì)于安全的不同需求，門禁系統(tǒng)便產(chǎn)生了。門禁系統(tǒng)不僅給管理人員提供了更加安全便捷的管理模式，也給使用者帶來(lái)了更便捷體驗(yàn)。為此，本文研究一種基于PLC技術(shù)的門禁系統(tǒng)。適用范圍為：智能辦公樓、政府辦公機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、智能小區(qū)、供電局變電站和電信基站。門禁系統(tǒng)在近幾年來(lái)都有著突飛猛進(jìn)的變化，出現(xiàn)了智能卡識(shí)別、生物識(shí)別、無(wú)線門禁等一系列高端技術(shù)，在便捷性和安全性方面也有了很大的突破。本次設(shè)計(jì)利用利用可編程控制器PLC和各硬件設(shè)備組成的門禁系統(tǒng)，通過(guò)各類系統(tǒng)控制器和傳感器相連接實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)功能。系統(tǒng)由IC卡、讀卡器、施耐德可編程控制器、電控鎖和傳感器這些硬件設(shè)備構(gòu)成。用戶進(jìn)出系統(tǒng)需按等級(jí)加以分區(qū)，故軟件設(shè)計(jì)時(shí)將進(jìn)出方式分為三個(gè)等級(jí)：IC卡，IC卡+密碼，IC卡+密碼+鑰匙。本設(shè)計(jì)還增加了紅外報(bào)警功能和消防功能。主要實(shí)現(xiàn)的是進(jìn)出通道權(quán)限、進(jìn)出通道方式和異常報(bào)警這些功能。要求實(shí)現(xiàn)對(duì)通道權(quán)限的管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，出入記錄的查詢功能，異常報(bào)警功能。設(shè)計(jì)的過(guò)程通過(guò)軟件仿真得到了結(jié)果，這些在正文中都有所體現(xiàn)。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程是先軟件測(cè)試，軟件測(cè)試合格后再進(jìn)行硬件與軟件結(jié)合調(diào)試，如果時(shí)序方面沒(méi)有問(wèn)題控制器就能正常工作，即可以實(shí)現(xiàn)門禁控制器的各項(xiàng)功能。在20次的實(shí)驗(yàn)中無(wú)一次讀卡錯(cuò)誤和無(wú)一次漏報(bào)警，且連續(xù)工作24小時(shí)無(wú)異常，說(shuō)明本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的目的。 設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多的問(wèn)題，由于專業(yè)的知識(shí)我沒(méi)有做到全面的掌握，所以論文還有很多不足，有之前學(xué)到過(guò)而忘記的知識(shí)，又有從未接觸過(guò)的領(lǐng)域，但是這些問(wèn)題都在不斷地學(xué)習(xí)查詢和老師的悉心指導(dǎo)下一一克服。雖然設(shè)計(jì)的過(guò)程比較艱辛，但結(jié)果總是讓人喜悅的，這給我以后的生活造成了巨大的影響，以后遇到再大的困難只要努力堅(jiān)持，刻苦專研就一定有所收獲。 致謝 非常感謝校方各位領(lǐng)導(dǎo)和老師們給我這次鍛煉的機(jī)會(huì)，協(xié)助我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)鍛煉了我吃苦耐勞的能力，本身專業(yè)基礎(chǔ)不是很扎實(shí)，很感謝老師的多次指點(diǎn)讓我茅塞頓開(kāi)，也多虧有了學(xué)校諸多實(shí)驗(yàn)儀器的支持這次設(shè)計(jì)才得以完成。在此期間學(xué)校多次召開(kāi)講座指導(dǎo)我們?nèi)绾尾樵冑Y料，如何完成設(shè)計(jì)，讓我們從完全不懂到得心應(yīng)手。這次的設(shè)計(jì)是我人生中的一大成就，以前從未想過(guò)自己也能設(shè)計(jì)某種東西，簡(jiǎn)直是天方夜譚，可如今實(shí)現(xiàn)了，證明了沒(méi)有想不到，只有做不到，努力還是會(huì)有收獲的。老師的淵博知識(shí)和諄諄教誨讓我感動(dòng)，在這里我由衷的感謝各位老師的指導(dǎo)，在今后的工作生活中也要力爭(zhēng)以老師們?yōu)榘駱?，做一個(gè)有能力的人。 參考文獻(xiàn)： [1] 邱勇進(jìn)，孫維強(qiáng)等編著．常用家電維修實(shí)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：15-17． [2] 吳微．單片機(jī)原理及制作[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，1991：201-203． [3] Lynne E Parker. 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