博鱼中国官网智能门禁系统的设计与实现 毕业论文pdf南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书(论文) 作 者： 院 系： 计算机工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 题 目： 智能门禁系统的设计与实现 指导者： 评阅者： 2013 年 5 月 南 京 毕业设计说明书（论文）中文摘要 智能门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别 技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术， 通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防 范管理的有效措施。本文完整的描述了以 AT89C52 为核心的单片机控制方 案来实现智能门禁系统的设计与实现，通过软件与硬件的结合，在 Protel、 Keil、Protues3 款软件的结合下，使智能门禁系统完成开锁、修改密码、 报警等等一系列的功能。 关键字：智能门禁、AT89C52、Protel、Keil 毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title Intelligent Entrance Guard System Abstract Intelligent entrance guard and safety management system is a new type of modern safety management system, which combines the microcomputer automatic identification technology with the modern safety management practices into an organic whole. It contains lots of new technologies such as the electronic, mechanical, optical, computer technology, communication technology, biotechnology, and so on. It is an effective measures to achieve the goal of implementing safety management at the inward and outward of important departments. This paper describes a control programs of SCM as the core of AT89C52 to achieve the design and implementation of the Intelligent Entrance Guard System, through a combination of software and hardware,and the combine of some softwares as Protel, Keil and Protues, wo can complete a series of functions as opening the lock, changing passwords, alarmming of the Intelligent Entrance Guard System. Keywords: Intelligence, AT89C52 、Protel 、Keil 目录 第一章 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 最新发展2 1.3 课题设计目标4 第二章 开发环境与系统方案论证6 2.1 开发环境6 2.2 主控部分的选择8 2.3 密码输入方式的选择9 第三章 系统总体设计和主要芯片介绍11 3.1 系统总体设计11 3.2 主要芯片介绍11 第四章 系统硬件构成20 4.1 系统整体电路图20 4.2 单片机最小系统原理图 21 4.3 电源输入部分21 4.4 键盘输入部分22 4.5 密码存储部分24 4.6 显示部分26 4.7 报警部分 27 第五章 软件的设计与实现30 5.1 设计原理30 5.2 主程序与分部程序流程图30 5.3 系统使用方法33 5.4 课程设计实物图及调试图33 第六章 结束语32 6.1 毕业设计的难点与创新32 6.2 毕业设计的收获33 致 谢38 i 参考文献39 附录 1：英文技术资料翻译40 附录 2：课程设计核心代码52 ii 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第一章 绪论 本章主要对不断发展的智能门禁系统进行介绍，并对当前各种各样的门 系统进行简单的介绍。 1.1 课题背景 智能门禁系统是最贴近这个科技不断发展的社会的一种安全管理系统，它 将当代的安全管理措施与微机自动识别技术紧密的融合为一体，智能门禁系统 涉及到了计算机的多项技术，生物类技术，光学，通讯技术，机械学等各种当 代流行的高新技术。它是彻底解决一些重要部门出入口实现安全防范管理的最 有效的措施之一。适用各种非常重要的部门，如、机房、军械库、银行、宾馆、 机要室、智能化小区，工厂办公间等等。 在数字技术网络技术快速发展的 今天，门禁系统得到了迅速的发展。门禁系统早已超越了最古老的门道及钥匙 管理，它已经慢慢发展成为一套非常完整的出入管理系统。它在人事考勤管理、 工作环境安全等行政管理工作中发挥着理想的作用。 在门禁系统的基础上增加相应的辅助设备可以进行保安巡检管理、餐饮收 费管理、物业消防监控、电梯控制、车辆进出控制等，真正的实现了区域内一 卡智能管理。 门禁系统又被叫做出入管理控制系统(ACCESS CONTROL SYSTEM) . 它是一 种管理人员出入的智能化管理系统. 简单来说就是：管理什么时间什么人可以 进出那些门，并提供事后的查询工作等等，常见的门禁系统有 :指纹虹膜掌型 生物识别门禁系统， 密码门禁系统 , 非接触卡门禁系统 等，门禁系统在当 代发展迅速，被广泛应用于各种管理控制系统中。 1.2 最新发展 出入口门禁系统简单意义上来说就是对出入口通道进行管理的系统，它是 在传统的门锁基础上逐渐演化而来的。传最原始的机械门锁仅仅是单单的机械 装置，不管它的材料有多么坚固，结构设计有多么合理，人们总是能可以通过 各种方法把它打开。在出入人很多的通道（象酒店客房，办公室）钥匙的管理 非常麻烦，如果钥匙没了或者人员变化都要把锁和钥匙一起替换掉。为了解决 - 1 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 这些问题博鱼体育，就出现了电子密码锁，电子磁卡锁，这两种锁的现世在一定程度上 提高了人们对于出入口通道的管理程度，使通道管理进入了崭新的电子时代， 不过，随着这两种电子锁的不断应用，这两种锁的本身的毛病就逐渐暴露出来， 磁卡锁的毛病是它的信息容易被复制，卡片和读卡机之间的磨损比较大，故障 率很高，安全系数变得很低。密码锁的最重要的问题是密码容易泄露，然而却 又根本无法解决，所以安全系数就变得很低。还有，这个时期的产品因为大多 采用控制部分与读卡部分交接在一起安装在门外，很容易就会被贪婪的人在室 外打开。所以，这个时段的门禁系统还停留在早期科技不发达的阶段，所以， 这个时候的门禁系统往往被人叫做电子锁，应用也不普遍。 随着年代的变更，随着感应卡技术还有生物识别技术等高技术的发展，门 禁系统得到了质的发展，进入了成熟期，因此出现了虹膜门禁系统，面部识别 门禁系统，感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术 的系统，它们在方便性，易管理性还有安全性等方面都各有不一样的特长，门 禁系统的应用领域也越来越宽广。 门禁系统的功能主要概括有以下几点。 1) 管理通道进出的权限 进出通道的权限简单意思就是设置通道的权限，比如说哪些人可以进出， 哪些人不能进出。 进出通道的方式就是对已经获得进出此通道的人进行进出方式的管理，常 见的进出方式一般都有密码输入进出门禁系统、读卡（生物识别）进出门禁系 统还有就是读卡（生物 识别）进出门禁系统这三种方式 进出通道的时间就是操作者或者管理人员设置此系统在什么时间范围内 关闭门禁系统的部分功能，让进出人员可以不需密码而随意进出。 2) 实时监控的功能 门禁系统的管理人员可以通过计算机随时都可以查看每处门禁系统处的 人员的进出情况（同时有照片或者视频来清晰的显示）、每个门禁系统处的状 态（包括门的开与关的状态还有各种非正常性状态的不明报警等等），另外也 可以在紧急状态比如人员大爆发或者发生地震等不安因素下由管理人员在计 算机旁就可以打开或关闭所有的门禁系统。 - 2 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 3) 出入记录还有出入查询的功能 门禁系统可以储存所有人员的进出记录、状态记录等到计算机里面，并且 可以按照不同的查询条件（比如时间等）进行查询，所以如果一个公司或者一 些重要部门要是配备相关的考勤软件的话，完全可实现考勤、门禁一的功 能。 4) 异常报警功能 在不正常的情况下操作者可以实现计算机的报警或门禁系统中的报警器 报警，比如：有不法人员非法侵入或者门禁系统本该关闭但是却没能正常关闭 等。 当然，依据系统的各种不一样的门禁系统还可以实现以下的一些特殊功能： 1、 网络设置管理监控功能：大多数的门禁系统由于操作者在多方面 的考虑因素下，只能使用一台计算机来管理其门禁系统，然而技 术比较发达的系统却可以在网络上随便一个由操作者已经授权的 位置对整个门禁系统进行设置监控查询这样的管理，也可以通过 INTERNET 网上进行异地设置管理监控查询。 2 、 消防报警监控联动功能：当门禁系统附近了出现火警时，门禁系 统可以像有专门人员一样自动的打开所有门禁系统上的电锁，让 里面的人赶紧逃生，而不用再输入密码这样的浪费了时间的事。 一般与监控联动通常是指监控系统自动将有人刷卡时，不管是有 效还是无效录下，当时的情况，另外，同时系统也也将门禁系统 出现报警时的所有情况包括图片、声音以致录像等都可以录下来 以供查阅。 5）逻辑开门功能： 概括来说，就是一个门禁系统需要好几个人同时刷卡或者同时按下指纹或 者每个人都只有部分按键密码并依顺序按下，才能打开门禁系统的电锁。 可以说，门禁系统的功能非常重要，尤其是现实社会中，更是被应用于方 方面面。如果在公司在公司门口安装了门禁系统的话，可以很好的阻止其他公 司的推销人员的到来，免去了公司的秩序被打扰的麻烦,另外，安装门禁系统 可以使得社会的闲杂人等进入公司的破坏,这样，既可以很好的保障公司的财 - 3 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 务、机密等等被盗窃，更可以进一步的提高了公司的形象，而且管理层可以通 过门禁系统来知道公司人员的出勤情况，进而更好的做好考情工作。省去了以 往的佩戴工作证的麻烦。如果在公司的重要领域比如经理办公室、研发部门、 会计部门等安装门禁系统，可以极大的提高保密性和安全性。而一般的小区， 都是安装了各种防盗门、栅栏门等等，这样根本防不住如今的小偷等的危害， 被盗事件屡见不鲜，而如果在小区安装门禁系统，可以极大的保障小区的安全 性，也省去了小区的业务主管不断的增添保安来保护小区人员的人身和财产的 安全，毕竟再认真的保安也会有疏漏的地方，更不用说小区的业务主管还要支 付保安的食宿工资等方面。因此，在小区安装门禁系统是势在必行的举措，如 此，不仅可以提高小区物业的档次还有促于楼盘的销售，毕竟设备越现代化越 能得到大众的青睐。门禁系统还可以应用在医院的急诊室里面，防止患者家属 因心情的激动而擅闯急诊室，在政府大楼中应用的话，可以更好保证政府人员 的工作安全问题。还有，很多的移动、电信还有供电局等都有一些属于自己的 基站，而且不少都是一直无人值守的，如果在这些地方安装了门禁系统，可以 很好的保障这些几站不受非法人员的破坏、偷窃的问题，主站方面还可以通过 远程网络监控来操作与检查。当代的电梯也可以安装门禁系统，比如在一座大 楼中，有那么一两层是重要人员才能进去的，只有在电梯内输入正确的密码才 可以成功到达，否则外来人员根本没有这个权限，这极大的保障了安全问题。 随着社会的进不，国民的收入越来越多，全球化进一步发展，科技更是不断进 步，安防行业的领域不断被扩大了。作为监控系统.门禁系统和安防系统，其 中都离不开报警系统，也可以说它是这些系统最重要的一个模块。对于监控和 报警，这两种人们早就明白，但这对于现代进不的社会已经有点不适应了。而 门禁系统则不一样，它从根本上杜绝了这些问题，所以比起上述两种有着无与 伦比的好处。 1.3 课题设计目标 设计本课题时构思的方案：本设计采用以 AT89C2052 为核心的单片机控 制方案来实现智能门禁系统的设计与实现，其主要内容如下： 1、密码的显示 ：为了防止密码被他人得知，液晶显示屏显示时，并不会 - 4 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 直接显示操作者在按键上按下的具体数字，而是以一个操作者选定的字母符号 来暗示操作者是否有按键被按下，并在系统的报警模块会发出 “滴 ”的一声提 示有按键按下。当操作者按下矩阵按键时，液晶显示屏会显示出字符 “* ”， 如果没有按键被按下，则液晶显示屏不会显示字符。如此，既可以很好的提醒 了操作者，又保护了系统的密码，这是本设计可靠性优点之一。 2 、密码的变更 ：当操作者觉得之前的密码不好记忆或者察觉密码被别人 得知时，可以重新设置理想的 8 位密码，密码通过矩阵按键输入，当按下变更 密码的功能键时，操作者需要先输入两遍之前的密码，当密码正确后，操作者 可以重新输入一个新的密码，最并在操作者记好后按下确认键，重复 2 次后即 变更了新的密码。 3 、系统的开锁 ：当操作者输入正确的密码后，再按下确认键，系统便会 自动开锁。然而，操作者输入密码时应该注意，数字与数字之间的间隔时间为 30 秒，例如密码为，当键入第一个数字 8 后应在 30 秒内键输入第二 个数字 7 ，不然的话之前的操作就会被视为无效。如果输入完密码后不按确认 键时系统将会在规定的时间内清理操作者已经输入数字，并且液晶显示屏会重 新显示无数字状态。 4 、报警系统 ：当操作者输入的密码错误时，门禁系统便会发出报警信号， 由蜂鸣器发出报警声 “嘀嘀嘀”。当连续三次显示密码错误后，那么系统将在 很长一段时间内持续报警。这时，操作者必须按下复位按键才可停止。这是保 障系统的安全而设计的一个重要措施。 5、时间锁定系统：如果操作者需要设定系统在固定的时间段内不需要密 码，即在人流量较大、安全情况下等，操作者可以让门禁系统在规定的时间内 门禁关闭，所有人可以自由出入，然而当不在规定的时间时，系统将自动恢复 智能门禁系统的所有功能。 第二章 开发环境与主要技术 2.1 开发平台 本课程设计的开发平台为： - 5 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 操作系统：Microsoft Windows XP 程序语言：C 制 图 ：Protel 99 SE 程序编程：Keil uVision3 仿 真：Protues 关于本系统的开发环境安装配置过程比较简单，在此不再赘述。下面介绍 下本系统设计的三款软件。 2.1.1 Protel 99 SE 在上世纪 80 年代末，美国实力公司向世界推销了一款极具跨时代的 CAD 软件，它的名字就是 Protel 99 SE。当代社会，电子行业尤其是那些需要做出 模型、实物的产品类的公司，或多或少的都需要用到 CAD 软件，它是电子技术 人员必不可少的一项专业技能，而 Protel 则在众多的 EDA 软件中脱颖而出。 当这款软件出世后，全世界都在争相使用，在中国也是被广泛推广，许多大公 司还有大学都在学习和使用它，更不用说不少大公司在招收人员时都要新进的 人员会很好的使用这款软件。 下图为 Protel 软件的部分截图： 图 2-1 Protel 软件的部分截图 2.1.2 Keil uVision3 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软 件开发系统。Keil 提供了包括连接器、库管理、C 编译器、宏汇编和一个功能 强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分 - 6 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 组合在一起。运行 Keil 软件需要 WIN2000、WINXP、WIN98、NT 等操作系统。 如果电子技术员想用 C 语言编程，那么 Keil 几乎就是电子技术员的首选，即 使技术员不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便且简单的集成环境、强大 的软件仿真调试工具也会让电子技术员事半功倍。下图为 Keil 软件的部分截 图： 图 2-2 Keil 软件的部分截图 2.1.3 Protues 在上世纪 90 年代后期，英国的 Labcenter electronics 公司隆重推出了 它的新产品，它就是领军 EDA 各种软件的 Protues。Protues 这款软件具有其 他种类的 EDA 软件的通用的功能，比如仿真等，还有一些特别之处，因为它可 以仿真各种系统的外围的器件，更是包括单片机，所以，综合这些特点， Protues 是当今社会实用性和功能性方面最好的 EDA 软件。在现实社会中， Protues 软件广泛的应用于大学的电子类学院的课程教程，具有科研产品的一 些大型电子公司博鱼(中国)官方网站-BOYU SPORTS，还有一些对单片机有着浓厚兴趣的电子爱好者。由于 Protues 软件在原理图的布局，仿真的代码的调试还有其他外围器件的仿真做 到了非常好的协调，以至于它在当今科技不断发展的潮流中立于不败之地。下 图为 Rrotues 软件的部分截图： 图 2-3 Protues 软件的部分截图 - 7 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 2.2 主控部分的选择 2.2.1 采用数字电路控制 如果采用数字电路来控制本次设计的主控部分，虽然表面上设计将更加简 单，成本也将降低，但是考虑到这是门禁系统，其控制方面的灵活性、准确性、 实用性方面将大打折扣，毕竟数字电路是用双 JK 触发器构成，密码是保存在 JK 触发器里面的，输入密码时，系统判断输入的密码与以双 JK 触发器构成的数 字逻辑电路做比较来实现门禁系统的开启与关闭。 2.2.2 采用以单片机为核心的控制 单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机 存储器和只读存储器及其引脚资源，外接液晶显示，键盘输入等实现数据的处 理传输和显示功能，基本上可以实现本次设计的预期目标，因此，考虑到安全、 实用性等方面，本次设计最好选用单片机来作为系统的核心部件。 2.3 密码输入方式的选择 2.3.1 指纹输入识别 指纹识别技术主体涉及到了四个功能：保存数据、数据比对、读取指纹图 像、提取特征。通过读取指纹的设备读取到指纹的图像，然后要对读取到 的图像进行第一步的处理，使院士图像更加清晰明了，然后再通过辨识指纹的 软件建立指纹的特征数据。软件会从指纹上找到被称为节点 （minutiae ）的 数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种 以上的唯一性特征。一般每个人的手指上平均具有 70 个节点，所以这种方法 将要产生接近 490 个数据。这些数据，一般被叫做模板。通过计算机比较模糊 的方法，把两个指纹的模板进行对比，从而计算出它们的相似程度，最终得到 两个指纹的匹配结果，从而判断输入结果的是否正确。而作为一个普遍的门 - 8 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 系统，考虑到本方案软硬件有点复杂，而且成本也高，所以我不选择指纹输入 这个方案。 2.3.2 矩阵键盘输入识别 这个方案是由 16 位按键组成的矩阵键盘，每条行线和列线都对应着一条 I/O 口线，每个按键都设在了行线和列线的交叉点，每当操作者按下按钮时， 就会有一条行线与一条列线相接触，系统只要辨认出接触的是哪两条线，即哪 两个 I/O 口线，就可以确定哪一个键被操作者按下。行线被制成上拉口线，刚 开始时被置为高电位，列线是悬空的，初始置低电位。通过不断读行线口线， 或者中断方式触发键位扫描。当系统发现有按键被按下时，将列线逐一置低， 而其他列线则置高，读行线口线。当某条列线置低时，其对应的行线也会被拉 低，这样便确定了这两条线的交点处的按钮被按下。每个按键都可通过操作者 的程序来给它相应的功能，从而完成密码识别。这个方案比较上面的方案简单， 所以我选择了这个方案。 2.3.3 红外遥控识别 专用的红外编码芯片种类各种各样，红外编码芯片一般集载波震荡、编码、 发射于一体，它有很强大的抗干扰能力，使用很方便，而且外围电路比较简单， 另外价格也比较低，所以一般的遥控器上大多使用了这种专用芯片，大大的节 约了成本。但是，专用芯片也有很大的弊端，专用芯片的内部编码及技术数据 早已经公开化，这将会产生很大的安全漏洞。 第三章 系统总体设计和主要芯片介绍 3.1 系统总体设计 本次毕业设计主要由 AT89C52 单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储 等部分组成。矩阵键盘作为门禁系统的密码输入模块，用于输入数字密码和实 - 9 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 现清除已有操作（输入了错误密码并且尚未按下确认键）、修改密码等功能。 当操作者在按键上输入密码后，系统通过各种连接将按键与 AT89C52 和 AT24C02，经过系统的运行，将输入的密码与存储在 AT24C02 存储器中保存的 密码对比，来判断密码是否正确，并通过液晶显示屏 LED 清晰的向操作者展示， 并进行进一步操作，通过报警功能模块来给操作者以听觉验证。系统整体框图 如图 3.1 所示。 电源电路 显示电路 AT24C02 密码保 护 AT89C52 报警电路 键盘输入电路 图 3-1 系统结构框图 各模块功能如下： 1．矩阵键盘输入模块：此模块包括 2 个部分，一个是密码输入按键，一 个是几个功能按键，两个部分分开和合作来用于完成门禁系统的输入、修改、 确定、取消的等功能。 2 ．显示模块：通过液晶显示屏以完成操作者对系统现在的状态显示还有 操作的提示功能。 3 ．报警电路：通过蜂鸣器和其他的器件组成的模块来完成密码错误、3 次错误还有单个按下按钮的提示音的警报和提示功能。 4 ．密码存储模块：通过 AT24C02 存储器来完成系统的突然断电或者线路 故障时的存储功能，如此，修改还有保存过的密码在断电后仍能保存，而不需 要重新和初始化那样的状态。 5 ．电源模块：本设计通过 USB 线来对门禁系统的电路提供稳定的+5V 的 直流电压。 本次课程设计锁需要的元器件清单如下： 1、9X15cm 面包板 1 片 - 10 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 2、51 单片机+IC 座 1 套 （AT24C02+IC 座） 1 套 3、LED1602 液晶显示屏 1 个 4、开关按键 18 只 5、12M 的晶振 1 只 6、33P 瓷片电容 2 只 8、DC 电源座 1 只 9、4.7K、电阻 5 只 10、5V 的 6 引脚的继电器 1 只 11、发光二极管 红 1 只 12、精密的可调节电位器 1 只 13、单排座 1 条 14、单排针 1 条 15、若干 导线、USB 电源线 只 19、10u 电 解电容 1 只 20、 蜂鸣器 1 只 21 、4.7K 的 排阻 1 只 本次课程 设计的电路 焊接图如下： - 11 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 图 3-2 电路焊接图 3.2 主要芯片介绍 3.2.1 AT89C52 AT89C52 是美国公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256bytes 的随机存取 数据存储器（RAM），AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O） 端口，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行 通信口，2 个读写口线 使用的内核是最经典的 MCS-51 的，并对其做 出了很大的改进，所以使得这种芯片比其他芯片多出了许许多多的功能。在 AT89C52 芯片中，由于它的 CPU 打到了 8 位，并且可以在系统中编程 flash， 所以这种芯片为众多的嵌入式的应用系统提供了许多便利，比如超高的灵敏 度，最有效的解决方法等等。 主要功能特性： ·兼容 MCS51 指令系统。 ·8k可反复擦写 (1000次)Flash ROM，32 个双向 I/O 口，256x8bit 内部 RAM，时钟频率 0-24MHz，可编程 UART 串行通道。 ·3个 16 位可编程定时/计数器中断，2 个外部中断源，2 个串行中断，2 个读写中断口线 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） AT89C52 的引脚排列图如下图 3.2： 图 3-3 AT89C52 的引脚排列 引脚功能如下： ·VCC ：电源电压 ·GND：地 ·P0口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复 用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对 端口 P0 写 “1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存 储器时，这组口线 位）和数据总线复用，在访问期间激活 内部上拉电阻。 ·P1口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级 可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写 “1”，通过内部 的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部 存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I ）。 IL ·P2口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲 - 13 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写 “1”，通过 内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为 内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I ）。在 IL 访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX＠RI 指令）时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 ·P3口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓 冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入 “1”时， 它们被内部上位电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用 上拉电阻输出电流（I ）。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途 IL 是它的第二功能，如下表 3.1 所示： 表 3-1 P3 口的第二功能 - 14 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 端 口 引 第二功能 脚 P3.0 RXD （串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 INT0 （外中断0） P3.3 INT1 （外中断1） P3.4 T0 （定时/计数器 0） P3.5 T1 （定时/计数器 1） P3.6 WR （外部数据存储器写选 通） P3.7 RD （外部数据存储器读选 通） ·RST：复位输入 。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高 电平将使单片复位。 ·ALE/PROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允 许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频 率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注 意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 ·EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H －FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被 编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端），CPU 则 - 15 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程 允许电源 VPP，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。 ·XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 ·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 3.2.2 存储模块 AT24C02 AT24C02 是美国 Atmel 公司生产的一款低功耗 CMOS 型 EPROM，它的内部含 有 256×8 位存储空间，它的特点有许多，比如写入速度快 (小于 10ms)、工作 电压宽(2.5～5.5 V)、抗干扰能力强、擦写次数多 (大于 10000 次)、体积小、 数据不易丢失等。而且他是采用了 IC 总线式进行数据读写的串行器件，占用 的资源及其少和 I/O 线，而且这种模块是支持在线编程的，所以当它进行数据 实时的存取十分快捷。AT24C02 中带有的片内地址寄存器，每写入或读出一个 数据字节后，该地址寄存器自动加 1，以实现对下一个存储单元的读写。所有 字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达 8 个 字节的数据。 I2C 总线是一种用于 IC 器件之间连接的二线制总线。他通过 SDA(串行数据线)及 SCL(串行时钟线)两根线在 连到总线上的器件之间传送 信息，并根据地址识别每个器件。AT24C02 正是运用了 IC 规程，使用主/从机 双向通信，主机 (通常为单片机)和从机 (AT24C02)均可工作于接收器和发送器 状态。主机产生串行时钟信号 (通过 SCL 引脚)并发出控制字，控制总线的传送 方向，并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从机，接收到一个字节后必 须发出一个确认信号 ACK 。AT24C02 的控制字由 8 位二进制数构成，在开始信 号发出以后，主机便会发出控制字，以选择从机并控制总线传送的方向。 管脚描述： SCL 为串行时钟：串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收 的时钟这是一个输入管脚。 SDL 为串行数据/地址：双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接 收 SDL ，是一个开漏输出管脚可与开漏输出或集电极开路输出进行线 为器件地址输入端：当使用 24C02 时最大可级联 8 个器件，如 - 16 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 果只有一个 24C02 被总线寻址，这三个地址输入脚 A0 、A1 、A2 可悬空或连 接到 Vss 。 WP 为写保护：如果 WP 管脚连接到 Vcc 所有的内容都被写保护只能读 当 WP, 管脚连接到 Vss 或悬空,允许器件进行正常的读/ 写操作[12] 。管脚图 如图 3.3 所示。 图 3-4 AT24C02 引脚图 3.2.3 显示电路（LED1602） LCD1602:所谓的 1602 即是 16 字符*2 行的字符型 LCD 显示器，它由 32 个 字符点阵块组成，每个字符点阵块由 5×7 或 5×10 个点阵组成，可以显示 ASCII 码表中的所有可视的字符。它内置了字符产生器 ROM(CGROM)、字符产生 器 RAM(CGRAM)和显示数据 RAM （DDRAM ）。CGROM 中内置了 192 个常用字符的字 模，CGRAM 包含 8 个字节的 RAM，可存放操作者自定义的字符，DDRAM 就是用 来寄存待显示的字符代码。 1602 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多 优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用 1602 引脚及其具体功能如下表： 表 3-2 1602 引脚及功能 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 电源正极 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Data I/O - 17 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 4 RS 数据/命令选择端（H/L ） 12 D5 Data I/O 5 R/W 读/写选择端 (H/L) 13 D6 Data I/O 6 E 使能信号 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正极 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源负极 LCD1602 基本操作时序 1） 读操作时序图 图 3-5 读操作时序图 2） 写操作时序图 图 3-6 写操作时序图 3）时序参数表 - 18 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 表 3-3 时序参数表 时序参数 符号 极限值 单位 测 试 最小值 典型值 最大值 条件 E 信号周期 tc 400 ns 引 脚 E 脉冲宽度 tpw ,tF 150 ns E E 上升/下降沿时间 tR 25 ns 地址建立时间 tsp1 30 ns 引 脚 地址保持时间 tHD1 10 ns E博鱼网页版官网登录-入口、RS、 R/W 数据建立时间（读操 tD 100 ns 引脚 作） DB0～ 数据保持时间（读操 tHD2 20 ns DB7 作） 数据建立时间（写操 tsp2 40 ns 作） 数据保持时间（写操 tHD2 10 ns 作） 表 3-4 状态字说明 STA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 注意：对每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保 STA7=0 数据控制 内部设有一个数据地址指针，操作者可通过它们来访问内部的全部 80 字节 RAM。 1） 数据指针设置如表 3-5 表 3-5 数据指针设置 - 19 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 指令码 功能 80H+地址吗（0-27H,40-67H） 设置数据地址指针 2） 其他设置如表 3-6 表 3-6 其他设置 指令码 功能 01H 显示清屏：1.数据指针清零 2.所有显示清零 02H 显示回车：1.数据指针清零 Lcd 初始化显示设置为： 第 一 步：初始化过程（复位过程） 第 二 步：延时 15ms 第 三 步：写指令 38H(不检测忙信号) 第 四 步：延时 5ms 第 五 步：写指令 38H(不检测忙信号) 第 六 步：5 延时 5ms 第 七 步：写指令 38H(不检测忙信号) 第 八 步：写指令 38H: 显示模式设置 第 九 步：写指令 08H：显示关闭 第 十 步：写指令 01H：显示清屏 第十一步：写指令 06H：显示光标移动设置 第十二步：写指令 0CH：显示开及光标设置。 - 20 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第四章 系统硬件系统 4.1 系统整体电路图 此次毕业设计门禁系统的硬件电路是由 AT89C52单片机、存储器 AT24C02 和 LCD1602液晶显示、键盘输入以及输出控制报警5个模块组成的。具体的设 计整体电路图如下4.1所示 : 图 4-1 整体电路图 4.2 单片机最小系统原理图 本设计的最小系统模块由 AT89C52，复位电路，时钟产生电路组成。其原 理图如下： - 21 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 图 4-2 最小系统电路原理图 4.3 电源输入部分 当代的门禁系统大多还是 220V 来提供稳定的电压，然而本次毕业设计为 了将真正的门禁系统模拟化，所以我选择以 5V 直流电压来为自己的电路板供 电。此电路板不仅需要稳定的 5V 电压，还要有固定的频率 50HZ，所以需要将 家用 220V 电压通过变压器的调节来适应本设计的电路板。当然，为了电压的 稳定和经济性，本设计没有考虑用 5V 的电池作为供电模块，而是选择了 USB 线来为电路板供电。本设计选择直流电压供电，所以一般的交流电源必须经过 整流电路来实现交流电压和直流电压的相互转化。 4.4 键盘输入部分 为了操作的实用性和方便性，并且考虑产品的成本，本设计并没有选择 IC 卡式输入和红外远程控制输入，所以本设计选择了矩阵式按键键盘，矩阵式按 键由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，门禁系统 的密码输入由操纵者在键盘上的输入来完成门的开启与关闭，毕竟当代大部分 的小区、公司、超市等等的门禁还是按键模式的。本设计使用了 4*4 的键盘， - 22 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 16 个按键足够操作者来实现一个门禁系统该有的各项功能，比如密码的输入、 操作错误时的清除已经输入的错误密码、重新修改密码的按键，还有密码输入 完成后的确认键，当然，每一个按键的具体功能都与操作者的门禁系统的代码 有关。本设计的按键功能通过代码或者电路板的标注可以查看，当然如果操作 者觉得不方便，可由操纵者在代码中自由编译来实现。本设计的键盘输入模块 的引脚接法如图 4.3 所示： 图 4-3 键盘输入原理图 将按键值编码为数值的代码如下： unsigned char coding(unsigned char m) { unsigned char k; switch(m) { case (0x18): k=1;break; case (0x28): k=2;break; case (0x48): k=3;break; case (0x88): k=A;break; case (0x14): k=4;break; case (0x24): k=5;break; case (0x44): k=6;break; case (0x84): k=B;break; case (0x12): k=7;break; case (0x22): k=8;break; case (0x42): k=9;break; - 23 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） case (0x82): k=C;break; case (0x11): k=*;break; case (0x21): k=0;break; case (0x41): k=#;break; case (0x81): k=D;break; } return(k); } 4.5 密码存储部分 为了不再每次开启门禁系统密码被忘记，本次设计用 AT24C02 芯片来存 储密码。AT24C02 内含 256 ×8 位存储空间，具有工作电压宽、擦写次数多、 写入速度快、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。而且他是采用了 I2C 总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和 I ／O 线，并且支持 在线编程，进行数据实时的存取十分方便博鱼官网。AT24C02 中带有的片内地址寄存 器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加 1，以实现对下一个 存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一 次操作可写入多达 8 个字节的数据。I2C 总线是一种用于 IC 器件之间连接的 二线制总线。他通过 SDA( 串行数据线)及 SCL( 串行时钟线)两根线在连到总线 上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。AT24C02 正是运用了 I2C 规程，使用主／从机双向通信，主机(通常为单片机)和从机(AT24C02)均可工 作于接收器和发送器状态。主机产生串行时钟信号(通过 SCL 引脚)并发出控 制字，控制总线的传送方向，并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从机， 接收到一个字节后必须发出一个确认信号 ACK 。AT24C02 的控制字由 8 位二 进制数构成，在开始信号发出以后，主机便会发出控制字，以选择从机并控制 总线传送的方向 。其接线 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 图 4-4 密码存储电路原理图 将密码存储在 AT24C02 中代码： WrToROM(TempPassword,0,8); //将新密码写入 24C02 存储 ReInputEn=0; ReInputCont=0; CorrectCont=0; } else { OneAlam(); //DisplayLiAThar(0, 1, again); // 显示再次输入一次 write_1602com(er); for(j=0;j16;j++) { write_1602dat(again[j]); } for(i=0;i8;i++) { TempPassword[i]=InputData[i]; // 将第一次输入的数据暂存起来 } 4.6 显示部分 作为门禁系统，安全问题当然是最重要的，所以本设计的显示模块上是以 “*”来作为安全措施，而不是正常的数字。为了美观和操作的灵活性，本设 计的显示模块用 LED1602 来实现，而不是普通的数码管，毕竟数码管在美观方 面和具体操作方面都远远不如 LED 的显示。当电路板插上 USB 线 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 开关按钮，显示屏就会亮，并显示 “PASSWORD”来提示操纵者来输入等操作， 此时，操作者按照屏幕上的提示来具体操作，每当操作者按下输入模块的按键 后，屏幕上就会多显示一个 “*”表示操作成功，具体的个数与密码的位数和 操作者按下的次数有关，当按下的次数超过预定的密码位数，“*”的个数将不 再增加。当操作者输入的密码正确时，屏幕上便会显示 “TRUE”表示密码正确， 并且锁会开启，而当密码错误时，相应的屏幕上会显示 “ERROR”表示操作者 密码输入错误并报警模块的喇叭会发出报警，锁不会开启。所以只要通过查看 屏幕上的显示 “TRUE”和 “ERROR”就可以清晰的知道密码是否正确，锁是否 开启 。LED1602 显示屏的部分引脚接口如图 4.5 所示 图 4-5 显示电路原理图 显示屏显示提示的部分代码： unsigned char code start_line[] = {password: }; unsigned char code name[] = {Coded Management}; // 显示名称 unsigned char code Correct[] = { correct }; //输入正确 unsigned char code Error[] = { error }; //输入错误 unsigned char code codepass[] = { pass }; unsigned char code LockOpen[] = { true }; //OPEN unsigned char code SetNew[] = {SetNewWordEnable}; unsigned char code Input[] = {input: }; //INPUT unsigned char code ResetOK[] = {ResetPasswordOK }; unsigned char code initword[] = {Init password...}; unsigned char code Er_try[] = {error,try again!}; unsigned char code again[] = {input again }; - 26 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 4.7 报警部分 本设计的报警部分由喇叭电路组成，每当电路板上有按键按下时，喇叭就 会 “嘀”的响一声，当密码输入错误，即显示模块 LED 显示 “ERROR ”时， 单片机的 P2.1 引脚为低电平，喇叭就会 “嘀嘀嘀”的连续响。如图 4.6 所示： 图 4-6 报警电路原理图 报警模块的代码如下： 1. 一声提示音表示有效输入： void OneAlam(void) { ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; } 2.两声提示音表示操作成功： void TwoAlam(void) { ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; } 3.三声提示音表示错误： void ThreeAlam(void) { ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); - 27 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; } 4.输入密码错误超过三次，报警并锁定键盘： void ThreeAlam(void) { ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; Delay5Ms(); ALAM=0; Delay5Ms(); ALAM=1; } - 28 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第五章 软件的设计与实现 5.1 设计原理 本次毕业设计主要由 AT89C52 单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储 等部分组成。矩阵键盘作为门禁系统的密码输入模块，用于输入数字密码和实 现清除已有操作（输入了错误密码并且尚未按下确认键）、修改密码等功能。 当操作者在按键上输入密码后，系统通过各种连接将按键与 AT89C52 和 AT24C02，经过系统的运行，将输入的密码与存储在 AT24C02 存储器中保存的 密码对比，来判断密码是否正确，并通过液晶显示屏 LED 清晰的向操作者展示， 并进行进一步操作，通过报警功能模块来给操作者以听觉验证。本系统共有两 部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入 部分、密码存储部分、显示部分、报警部分组成，软件部分对应的由主程序、 初始化程序、LCD 显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、键功能程 序、密码设置程序、EEPROM 读写程序和延时程序等组成。作为本次设计的软 件部分，分析环节不可或缺，从功能方面来看，需要执行两个步骤。其一是执 行的软件，执行软件需要完成一系列的实质性的功能比如通信，计算，显示还 有输出控制等等，这是基础性的基础，其二，我们还需要监控软件，只有有监 控软件，我们才能协调各个执行模块和我们操纵者的关系。当然，执行软件更 加着重于算法的效率，与系统的硬件关系非常密切，而监控软件则是考虑了全 局，考虑了各种人机关系，所以其特点就是严密的逻辑。 5.2 主程序与分部程序流程图 主程序对模块进行初始化，而后调用密码输入子程序、密码比较子程序、 判断密码是否输入正确。主程序流程图如图 5.1 所示。 - 29 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 开始 初始化 密码输入子程 序 密码比较子程 序 判断密码输入 否 报警子程序 是否正确？ 是 显示子程序 结束 图 5-1 系统主程序流程图 图 5-2 系统程序的基本操作 5.3 系统使用方法 本设计采用 4*4 的矩阵键盘作为输入模块，各个按键的对应的名称如下表 所示： - 30 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 1 2 3 a 4 5 6 b 7 8 9 c * 0 # d 在这里，0-9 这 10 个数字是对应的数字键，0 就是密码的 0，如此，当操 作者按下具体的数字时，显示屏应该就是操作者按下的数字，只不过被系统设 置成了 “*”来显示。“#”键对应的是确认键，当操作者输入完密码后，按下 “#”后就会确认了。另外，按键中的 “*”键对应的功能键是取消按键，用于 取消操作者的当前操作。矩阵键盘中的 “d”对应的功能则是重设密码用的。 而其余的 “a”博鱼(中国)官方网站-BOYU SPORTS、“b”、“c”这三个按键则无对应的功能博鱼(中国)官方网站-BOYU SPORTS。 根据系统中代码自己的设定，本门禁系统的初始密码为 。 1、打开门禁系统：当操作者用 USB 线为系统供电后，此时系统需要一个密 码的初始化的过程，所以，此时操作者按下系统上的开关按键，然后在矩阵键 盘上输入 ，然后再按下对应确认按键的 “#”，这时液晶显示屏上 会显示 “initpassword”表示系统的初始化完成，这时，系统的初始密码将会 编程 。当用户再次正确输入密码 后，系统的液晶显 示屏上显示 “true”即密码正确，此时代替电锁的继电器会 “嘟”的响一声， 且提示灯会亮，这时表示操作者密码正确，锁已经开了。 2、取消操作：当操作者正在输入密码时，发觉密码输入错误了而没有按下 确认键，此时可以按下 “*”取消键，则当前操作清零，重新进入重新输入密 码的状态。 3、修改密码：当门禁系统在开锁状态时，再一次输入正确的密码并按下确 认键后，此时系统的报警模块会响 2 声，这个时候操作者需要输入想要修改的 密码，输完后按下修改密码按键 “d”，然后再次输入一遍再按下 “d”，这时 喇叭还会再响 2 声，这就表示密码修改完成了，此时，新的密码生成，并且存 到了存储器 AT1602 中，即使断电再重启系统，密码不会消失。 4、报警并且锁定系统：当操作者输入密码错误打到 3 次，则系统会连续报 警并且操作者无论按下矩阵键盘的任何键都不会再响应，除非按下复位键或者 关闭系统。 - 31 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 5.4 课程设计实物图及调试图 本次设计的实物主要是 PCB 板，所以对 PCB 制图的技术要一定的要求，要 熟练应用 Protel 99 SE 软件，并要使得实物图美观简洁。下面的两图为本次课 程设计智能门禁系统的实物图： 图 5-3 智能门禁系统的实物图 - 32 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第六章 结束语 通过一个学期的努力，终于地完成了本次毕业设计的任务。本次设计 的门禁系统状态良好，能够很好、快速的运行，基本满足客户的需求。 6.1 毕业设计的难点与创新 本设计的最大难点就是焊接的问题，由于本设计考验学生的自主焊接能力， 导致焊接过程中经常焊错、虚焊等问题，在调试过程中多次检查电路问题，所 以要经常与电路图对照并通过万用表检测电压电流来发现问题。 本设计的特色主要有以下几点： 1. 通过本次毕业设计，以设计实现智能门禁系统为切入点，掌握以 AT89C2052 为核心的单片机操作系统及其开发方法，从而进入与单片机相关领 域软件的开发工作中去。 2. 采用面向对象的设计思想，在包装和复杂程度上多加扩展，使其用用于 多方面的操作系统中比如公司重要文档保密和军用机密等等安全保障系统。 3. 在创新方面，可以将本次的实现内容升级为 IC 卡非接触式实现本次功 能，并可以增加系其他列功能如记录公司员工的出勤、出入的情况，为公司的 人员问题提供基础保障。 6.2 毕业设计的收获 经过这段时期系统的开发，我对基于单片机 AT89C52 的开发研究有了更深 的了解和认识，掌握了单片机使用的一些技巧和引脚的使用方法。本次毕业设 计给了我一个独立思考和解决问题的机会，在系统的电路设计、功能模块和各 方面的设计开发中，都需要进行细致全面的思考，从中让我学会了以前不曾接 触过的知识，并且学会了怎样将书本知识转化到实际应用开发工作中去。毕业 设计能够很好地提高我们的综合能力。除了学习到了相关的技术之外，还培养 了自学、独立的解决问题的能力。 - 33 - 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 致 谢 毕业设计即将结束，本论文凝聚着自己的汗水，但却不是个人的智慧结晶， 我要真诚地感谢我的指导老师——陈敏聪老师。在整个毕业设计过程中，陈老 师给了我悉心的指导和热情的帮助。在毕业设计刚开始时，在众多同学选题遭 遇的困难和迷惑，是陈老师给了我方向，因此我选择了智能门禁系统的设计。 在毕业设计开发过程中，陈老师更是紧紧的贴近知道的同学，细心讲解同学遇 到的各种困难，帮助我们在头脑不清晰的情况下指引设计的成功，不分昼夜， 这让我们感到非常感动。在临近毕业设计的结束，陈老师又一个个的拿着我们 的毕业设计仔细研磨，帮助我们改进和提出产品的升级方法，让我们的毕业设 计更上一层楼，对此，我表示对陈老师的

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