基于地铁机电车间门禁系统设计
摘要：随着城市文明的进步，各种运输工具的不断涌现，特别是小车拥有量的快速攀升，给公路交通造成了巨大压力，我们迫切需要以地铁为首的地下交通工具的发展来缓解这咱压力。城市轨道交通的规划在我们这个国家正如火如荼的进行着。地铁线路是由很多部分组成的，而我在论文中所要研究的只是地铁系统中的一个很小的部分，本文主要研究地铁的门禁部分。地铁的门禁系统包含系统控制器、信息读取器、门禁装置和取卡按钮等主体部分，另外还有软件部分，主要是控制如何工作。本文主要对信息读取器、电动门机构，电机等进行选型。其中最重要的是设计门禁控制器，使它能接收读卡器采集的信息，使电动门打开，遇到不刷卡入通道者报警，与液晶屏连接，显示卡内余额，运用RS485总线与计算机通信，采集这个现场级设备的信息联网。传感器运用到了2CU系列硅光敏二极管、电子倾角传感器，其中2CU系列硅光敏二极管是用来检测有无人员没有刷卡就过通道则刷卡。而电子倾角传感器则是用作后备保护，把门旋转的角度实时传给单片机，当到达设定的角度值时，则使电机断电停止转动。本文使用L298N控制直流电机的运行。本系统采用单片机进行控制，具有结构紧凑可靠，安全方便的特点。
关键词：门禁 ；控制器 ；读卡器 ；直流电机 ；RS485 ；CAN总线。
Design of Metro Access Control System
ABSTRACT：With the progress of urban civilization, the emergence of various means of transportation, especially the rapid increase in the number of cars, has caused great pressure on road traffic. We urgently need the development of underground transportation led by the subway to ease this pressure. Planning for urban rail transit is in full swing in our country. The subway line is made up of many parts, and what I want to study in this paper is only a small part of the subway system. This article mainly studies the entrance control part of the subway. The access control system of the subway includes the main part of the system controller, information reader, access control device, and take out card button, as well as the software part, which mainly controls how to work. This paper mainly selects information reader, electric door mechanism, motor, etc.. The most important of these is to design an access control controller so that it can receive the information collected by the card reader, open the electric door, alert those who do not enter the channel, connect to the LCD screen, display the balance in the card, and use the RS485 bus to communicate with the computer., Gathering information networking for this field-level device. The sensor is used in the 2CU series of Guiguangmin diodes and electronic inclination sensors, of which the 2CU series Guiguangmin diodes are used to detect whether or not people pass through the channel without swiping. The electronic inclination sensor is used as a backup protection. The angle of the door rotation is transmitted to the single chip computer in real time. When the set angle value is reached, the motor power off will stop turning. This paper uses L298N to control the running of DC motor. The system is controlled by single chip microcomputer, which has the characteristics of compact structure, reliability, safety and convenience.
Keywords: Access ; Controller ; Card Reader ; Motor ; RS485 Bus ; CAN Bus ;
目 录
第一章. 绪论 4
1.1当前地铁门禁系统的现状 4
1.1.1国内当前地铁门禁系统的现状 4
1.1.2门禁系统的主要设备配置及其功能 5
1.2研究内容和方法 8
第二章. 系统构建和方案确立 9
2.1系统的总体设计思路 9
2.2控制器功能概述 10
第三章 系统硬件电路设计 10
3.1报警电路的设计及其特性 11
3.1.1传感器的选型 11
3.1.2此传感器组成电路的设计 12
3.2反馈电路的设计及其特性 14
3.2.1传感器的选型及原理 14
3.2.2电子角度传感器组成的反馈电路的设计 16
3.3读卡器对信息的采集 17
3.3.1读卡器的选型 17
3.3.3读卡器工作原理 21
3.4显示电路的设计及其特性 21
3.4.1液晶物理特性 21
3.4.2液晶显示器的选型及特性 22
3.4.3显示电路的设计 23
3.5通信模块的设计 23
3.5.1RS485串口 23
3.5.2RS485 24
3.5.3RS485与计算机的通信 28
第四章 单片机 28
4.1单片机的选型和特性 28
4.2驱动系统 33
4.2.1步进电机的驱动 33
4.2.3L298N芯片 34
第五章 电动门的机构设计 36
5.1电动门的选型及特性 36
5.2电机的选型及安装 38
第六章 供电系统方案 41
6.1电源方案设计 41
6.2参数的确定 42
第七章 结论与展望 42
7.1结论 42
7.2展望 43
参考文献 44
致谢 46
一、绪论
1.1当前地铁门禁系统的现状
1.1.1国内当前地铁门禁系统的现状
随着我国的道路拥挤情况不断加剧，迫切需要以地铁为代表的地下交通工具的发展。
根据国家批准的15个城市的城市轨道交通网络规划，中国22个主要大城市都在运输地铁线路，并且还计划和设计了几个城市的地铁项目。首都北京，沿海城市：广州市和上海市这几个城市的运行轨道线路长度均已达到150KM以上。在发展地铁项目的同时，对门禁系统的自动化要求也在加强，因为现代化的设备，不可能门禁由人工来完成。
由于地铁安全中有许多访问控制点，因此站级访问控制系统管理工作站和中央访问控制系统被授权管理工作站和控制中心的工作站。可以在站和中央级工作站备份和同步访问控制数据，以实现数据安全性。同时，门禁系统能够满足“一个中心，多个分控”的系统结构。门禁系统运行距离远，规模大，系统稳定性高，设计合理。
门禁和安全综合管理系统按照集中管理和定点操作控制的原则在地铁交通管理部门建立中央控制中心。在省会城市建立控管枢纽，在运行点设立控制站点，由以太网实现系统连接，由中央控制部门进行监管，下级控制枢纽进行控制，由现场站点进行实际运营。
1.1.2门禁系统的主要设备配置及其功能
对我国这样一个人口众多的大国来说，地铁等大型交通系统必须作到绝对的安全、稳定，可靠。由于对门禁系统的操作要求很高。
由于地铁的门禁系统由中央集中监管，地铁运行管理中心和现场进行实际管控和运行，所以必须做到自动化控制和联网化监管。
地铁访问控制主要由硬件和软件组成。数据存储器，输入/输出接口部分，操作按钮，输出执行电机等;软件是进行逻辑运算和数据读取及控制执行部分，由程序工作人员进行编写和写入，主要进行逻辑运算和执行控制等功能。
系统处理级别进一步分为操作管理中心中央处理访问级别和站点处理访问级别。中央处理门禁层级是门禁信息的综合处理中心，以车站处理门禁层级进行控制运行、网络数据的采集和管理操作维修信息的采集和管理以及保存，最后是对下级设备进行授权和控制执行等工作；车站处理门禁层级是对地铁站点本站级别进行数据的采集、运算、执行和监管，对设备的运行状态和故障来显示和报警等。
地铁门禁系统是基于各种操作平台建立的，目前主要依靠Windows XP操作系统。今后随着控制系统平台的发展和我国综合国边的增强，一定会有我们自己的操作系统和控制平台，目前，中国在高速铁路和地铁开发能力方面一直走在世界前列。
下面对几个主要硬件进行阐述：
（1）门禁控制器：即地铁门禁系统的运算控制中心，主要对采集来的请求信号和输出系统的输出反馈信号利用控制程序进行分析处理，控制执行器件按照程序设定好的执行步骤进行有秩序的动作，完成特定功能。门禁执行机构：包含拦阻器、旋转驱动器和动力电机部分，由电机执行正反转来实现门禁的开和关等动作。
（2）门禁读卡器：主要对乘客的乘车区域系统进行读取，读入信息后通过系统判别乘客有无超过其所购买的乘车区域，超过则门打不开，需要补票，如没超过乘车区域，出站门可以顺利打开出站，读卡器主要采用磁性卡片来记录信息。
1.2铁路门禁系统的研究方法和研究内容
第一：介绍部分介绍了我国铁路出入控制系统的现状及其组成和功能，以便详细了解地铁出入控制系统的主要设备。通过对这些设备的介绍，能使用户或工作人员能更加容易理解铁路门禁系统的工作过程和注意事项，能更好的使用和维护铁路门禁系统。
第二：介绍铁路门禁系统的系统组成框图和简要介绍该系统的设计思路和设计方法，最后阐述其工作原理能及实际工作过程。
第三：着重铁路门禁系统的硬件组成以及相应控制电路的设计，工作原理的介绍，文中主要介绍单片机电路及输入输出电路以及系统通讯功能的设计和实现。
第四：设计和分析铁路门禁系统软件，并设计和分析其控制功能。
第五：主要讨论了系统的抗干扰技术，并阐述了硬件的抗干扰措施及其控制原理图。
第六：对地铁门禁方面系统硬件的设计，软件的设计，抗干扰线路的设计进行总结分析，得出结论及取得的成果。
我这次做的毕业设计是地铁门禁系统的四个主要部分之一。刷卡读取器、控制按钮等组成。
刷卡读取器是将卡上的信息读入，再进行分析比对，正确的则输入单片机进行处理，输出控制：门阀打开，电机动作，门打开，如信息不正确，进行报警，并且门不能打开。我将采用现成的设备。
门锁是地铁门禁系统的保护装置，根据使用环境和条件的不同，我们有以下几种类型可供选择:
门禁电磁驱动锁:是利用线圈中流过电流产生磁场，克服复位动作弹簧阻力，来工作的，其实就是通上电时开锁，失电时锁住。
这次我将使用分体式电动门。
其中，我这次关注的重点是访问控制部分，我将重点设计这部分，主要负责读取卡片信息并进行比较。通过门禁锁和三相异步电动机等执行机构对门禁的门进行开和关控制，实现装信息正确的放行，通过以太网进行错误的警报处理和系统更新。
信息阅读器采用RFID射频发射和接收模式，用户只需将卡放入读卡器附近区域即可感知读卡。在系统中，可以根据需要定义区域控制门。
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