基于rfid的門禁系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：電子與通信工程系 </p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　智能門禁系統(tǒng)在自動化應(yīng)用中十分普遍，它為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┍?/p>

2、利和保障人們的生活安全，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，智能識別技術(shù)開始運(yùn)用于許多行業(yè)，特別是安全系數(shù)特別高的行業(yè)（銀行、機(jī)密機(jī)構(gòu)、門控制行業(yè)等），智能門禁系統(tǒng)的便利性和安全性讓它越來越受到重視。</p><p>　　本文分析了RFID門禁系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢和目前主要存在的問題，提出了基于RFID門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。先闡述了RFID門禁控制系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的基本工作原理，分析了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、軟

3、件設(shè)計過程，對硬件子電路的選型設(shè)計、子程序設(shè)計等作了詳細(xì)介紹。</p><p>　　門禁系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)作為控制核心及FM1702SL讀卡器控制單元。門禁系統(tǒng)能讀寫荷蘭Philips公司的Mifare非接觸式射頻卡，讀卡距離約10cm。當(dāng)有卡進(jìn)入時則讀卡內(nèi)數(shù)據(jù)后通過單片機(jī)處理后程序自動判斷是不是合法RFID卡，并且將卡號傳送到LCD1602上顯示。如果是合法的RFID卡則可以使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，達(dá)到

4、開門效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞　RFID；門禁控制系統(tǒng)；STC89C52RC；FM1702SL</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The intelligent entrance guard system is very common in applications of automation,

5、it provides convenience and guarantee people’s life safety of people’s daily life, along with the development of society and economy, the intelligent recognition technology has been used in many industries, especially th

6、e safety coefficient of particularly high industry (bank, gated industry), convenience and security intelligent access control system to make it more it more attention.</p><p>　　Analysis of the design of the

7、 RFID access control system at home and abroad, the future development trend and main problem, put forward a design scheme of access control system based on RFID. First elaborated the basic principle, system composition

8、of RFID assess control system, analyzes the system hardware circuit design, software design, hardware design, selection of the sub circuit subroutine design in detail.</p><p>　　Access control system using ST

9、C89C52RC microcontroller as control core and the FM1702SL card control module. Access control system can read and write the Philips of the company in Holland Mifare non-contact RF card, the card reader distance of about

10、10cm. When the card entered will read the card data after processing though the MCU program to automatically determine is not legitimate RFID card, and the card number is transmitted to the LCD 1602 display. If it is a l

11、egitimate RFID card can make s</p><p>　　Keywords　RFID；access control system；STC89C52RC；FM1702SL</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>

12、　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義1</p><p>　　1.1.1 課題研究的背景1</p><p>　　1.1.2 課題研究的意義1</p><p>　　1.2 門禁系統(tǒng)的國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢

13、2</p><p>　　1.2.1 門禁系統(tǒng)國外研究狀況2</p><p>　　1.2.2 門禁系統(tǒng)國內(nèi)研究狀況2</p><p>　　1.2.3 門禁系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3 RFID門禁系統(tǒng)的優(yōu)越性3</p><p>　　1.4本文主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)4</p><

14、;p>　　1.4.1 研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　1.4.2 本論文結(jié)構(gòu)4</p><p>　　第2章 RFID門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1 射頻識別技術(shù)5</p><p>　　2.2 射頻識別技術(shù)原理5</p><p>　　2.3 射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6</p>

15、<p>　　2.4 門禁系統(tǒng)設(shè)計的基本原則7</p><p>　　2.5 本論文擬解決的關(guān)鍵問題與解決方法8</p><p>　　2.5.1 擬解決的關(guān)鍵問題8</p><p>　　2.5.2 解決方法8</p><p>　　2.6 本章小結(jié)9</p><p>　　第3章 門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

16、10</p><p>　　3.1門禁系統(tǒng)工作原理和電路設(shè)計主框圖10</p><p>　　3.2 FM1702SL讀卡器11</p><p>　　3.2.1 SPI總線協(xié)議12</p><p>　　3.3 Mifare射頻卡介紹13</p><p>　　3.4 串行EEPROM存儲電路14</p>

17、;<p>　　3.4.1 EEPROM存儲器接口16</p><p>　　3.4.2 I2C總線協(xié)議16</p><p>　　3.5 時鐘芯片17</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)電路18</p><p>　　3.7 紅外傳感器19</p><p>　　3.8 硬件實物展示20</p

18、><p>　　3.9 本章小結(jié)21</p><p>　　第4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計22</p><p>　　4.1 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊框圖22</p><p>　　4.2 門禁系統(tǒng)主程序介紹23</p><p>　　4.3 讀卡過程及程序設(shè)計流程圖24</p><p>　　4.3.1 尋

19、卡25</p><p>　　4.3.2 防沖突25</p><p>　　4.3.3 選擇卡片25</p><p>　　4.3.4 驗證25</p><p>　　4.3.5 讀取卡號26</p><p>　　4.3.6 卡掛起26</p><p>　　4.4 其他程序設(shè)計流程圖26&

20、lt;/p><p>　　4.4.1 LCD1602顯示程序設(shè)計26</p><p>　　4.4.2 按鍵控制程序設(shè)計27</p><p>　　4.4.3 定時器模塊程序設(shè)計29</p><p>　　4.4.4 存儲程序設(shè)計30</p><p>　　4.4.5 開門模塊程序設(shè)計31</p><p

21、>　　4.5 程序編譯與調(diào)試32</p><p>　　4.5.1 建立項目工程32</p><p>　　4.5.2 程序編譯調(diào)試33</p><p>　　4.6 本章小結(jié)33</p><p><b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35<

22、/b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　附錄138</b></p><p><b>　　附錄244</b></p><p><b>　　附錄349</b></p><p>&l

23、t;b>　　附錄456</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　　1.1.1 課題研究的背景</p><p>　　射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)

24、，作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。同時，經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展讓人們越來越關(guān)心建筑內(nèi)部的安全性。為了適應(yīng)信息時代的需要，保證建筑內(nèi)部的安全性，滿足用戶當(dāng)時的各種需求，門禁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。門禁系統(tǒng)集電腦技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、磁電技術(shù)和射頻識別技術(shù)于一體，使卡與鎖之間實現(xiàn)完整

25、“對話”功能，以智能卡來控制門鎖的開啟，開創(chuàng)了門禁管理的新概念，它不僅給管理者提供了更安全、更快捷、更自動化的管理模式，而且也給使用者帶來了極大的方便。本文研究的基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)就是這樣的一種系統(tǒng)[1]。</p><p>　　1.1.2 課題研究的意義</p><p>　　當(dāng)今科技飛速發(fā)展，給人們帶來利益的同時，也帶來了不法份子利用高科技進(jìn)行盜竊、搶劫和犯罪等問題。怎樣才能使人們

26、的安全防范措施跟上科技的發(fā)展、有效的阻止這些犯罪行為呢？僅依靠普通的防盜門、門鎖和監(jiān)控是不夠的。原始的安防措施就是把門鎖上，由人巡邏保證安全，隨著科技的進(jìn)步，智能化的門禁系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化管理的重要手段。智能門禁系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)中的安全系統(tǒng)，作為一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)把自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施結(jié)合起來。在社會財富不斷增長的今天，建筑物內(nèi)的主要管理區(qū)、出入口、貴重物品的庫房、設(shè)備控制中心、電梯口等重要部門的通

27、道口都需要加強(qiáng)安全防護(hù)措施，這就需要開發(fā)出與之相對應(yīng)的智能門禁系統(tǒng)，識別出入口人員的身份，對出入口進(jìn)行控制。本課題提出了基于射頻識別的門禁控制系統(tǒng)，具體分析和研究了其中的一個重要部分“門禁控制系統(tǒng)”。門禁控制系統(tǒng)作為居民人身和財產(chǎn)安全的重要措施，其研究結(jié)果具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義[2]。</p><p>　　1.2 門禁系統(tǒng)的國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 門禁系統(tǒng)國外

28、研究狀況</p><p>　　歐美門禁系統(tǒng)市場開始進(jìn)入成熟階段，其產(chǎn)業(yè)分工明確，如美國的HID公司、Hl-dala公司、德國的Destele公司。生產(chǎn)控制器的公司只研究生產(chǎn)控制器和軟件程序。由于市場的不斷成熟發(fā)展，人們在感受到門禁系統(tǒng)帶來的便利性和使用性后，可以自行購買零部件組裝而成一套完整的門禁系統(tǒng)。從目前門禁系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和運(yùn)用前景來看，磁卡和接觸式門禁系統(tǒng)開始逐漸退出市場，非接觸式門禁系統(tǒng)以它優(yōu)越的性能和運(yùn)

29、用領(lǐng)域開始主導(dǎo)門禁系統(tǒng)市場。</p><p>　　RFID卡在國外很早就得到重視并且開始大量的投入研究，特別是在美國和歐洲，但在近幾年才開始RFID卡方面的研究使用。RFID卡、讀卡器設(shè)計和生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)掌握在歐美國家和部分亞洲國家中，單只有美國能實現(xiàn)大批次的設(shè)計生產(chǎn)。當(dāng)今世界上RFID卡主流產(chǎn)品是飛利浦（Philips）公司的Mifare技術(shù)，己經(jīng)被制定為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443 Type A標(biāo)準(zhǔn)。歐洲及

30、其他發(fā)展中國家的一些RFID卡、讀卡器制造商都以Mifare技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計生產(chǎn)[3]。</p><p>　　1.2.2 門禁系統(tǒng)國內(nèi)研究狀況</p><p>　　我國本土廠商（如愛迪爾、華本、芯微）等已經(jīng)成功研發(fā)了指紋識別芯片，國內(nèi)對門禁系統(tǒng)的研究已經(jīng)從認(rèn)識研究階段發(fā)展到自主研究階段，而在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)的門禁系統(tǒng)的核心就是控制器，門控器大多由國外企業(yè)開發(fā)研制，但國內(nèi)大部分廠家對門

31、禁系統(tǒng)的研究仍然處于仿制階段，沒有對門禁系統(tǒng)核心技術(shù)驚醒自主研究開發(fā)[4]。</p><p>　　1.2.3 門禁系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　出入口門禁系統(tǒng)顧名思義就是對出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)的門鎖基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計多么合理，材料多么堅固，人們總能通過各種手段把它打開。在出入人很多的通道（像辦公室，酒店客房）鑰匙的管理很

32、麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。為了解決這些問題，就出現(xiàn)了電子磁卡鎖，電子密碼鎖，這兩種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度，使通道管理進(jìn)入了電子時代，但隨著這兩種電子鎖的不斷應(yīng)用，它們本身的缺陷就逐漸暴露，磁卡鎖的問題是信息容易復(fù)制，卡片與讀卡機(jī)具之間磨損大，故障率高，安全系數(shù)低。密碼鎖的問題是密碼容易泄露，又無從查起，安全系數(shù)很低。同時這個時期的產(chǎn)品由于大多采用讀卡部分（密碼輸入）與控制部分合在一起安

33、裝在門外，很容易被人在室外打開鎖。這個時期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當(dāng)時的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。</p><p>　　最近幾年隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣

34、[5]。</p><p>　　1.3 RFID門禁系統(tǒng)的優(yōu)越性</p><p>　　(1)使用壽命長 RFID卡和讀卡器無需機(jī)械接觸即可工作，從而避免了因機(jī)械磨損而導(dǎo)致的故障，大大延長了使用壽命。</p><p>　　(2)使用方便 RFID卡使用非常簡單，不需固定方向和位置，決不會有黑暗中找不到鎖孔的煩惱。</p><p>　　(3)安

35、全可靠 每張卡在出廠時都寫有唯一的不可更改的編號，卡和讀卡器均不可復(fù)制，且防水、防磁，抗干擾。當(dāng)卡片不慎丟失，不需再勞神費(fèi)力換鎖，只需在控制器或系統(tǒng)軟件將卡片刪除便可萬無一失，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。</p><p>　　(4)一卡多用 機(jī)械鎖每門至少必須配一把鑰匙，而RFID卡可以一張卡開多個門，只要隨身帶一張卡，便可通行任意通道，再也不用帶很多沉甸甸的鑰匙[6]。</p><p>

36、;　　1.4本文主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.4.1 研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文針對國內(nèi)目前的市場需求情況，通過51單片機(jī)實現(xiàn)了一套基于RFID的門禁系統(tǒng)。論文在探討了基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計了門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，給出了以51單片機(jī)和RFID讀卡器為核心的門禁系統(tǒng)設(shè)計方案，包括設(shè)計主程序流程圖和模塊子程序，并進(jìn)行實際電

37、路調(diào)試。</p><p>　　1.4.2 本論文結(jié)構(gòu)</p><p>　　第一章：緒論。簡要論述了課題的背景及意義、探討目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢和論文結(jié)構(gòu)等。</p><p>　　第二章：RFID門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ)。主要概述了射頻識別技術(shù)，說明了它的工作原理以及典型結(jié)構(gòu)，介紹了門禁系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，并且提出了論文擬解決的關(guān)鍵問題和解決方法。</p>

38、<p>　　第三章：門禁系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。主要講述門禁系統(tǒng)基本工作原理和設(shè)計框圖及外圍模塊電路的設(shè)計以及展示了門禁系統(tǒng)的硬件實物。</p><p>　　第四章：門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計。主要講述軟件設(shè)計框圖、主程序設(shè)計流程和各個子程序模塊的設(shè)計，并且對程序的編譯與調(diào)試做出了簡要的說明。</p><p>　　第2章 RFID門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ)</p><p>　　

39、2.1 射頻識別技術(shù)</p><p>　　射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是從八十年代逐漸走向成熟的一種自動識別技術(shù)，它是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。射頻識別是無線電識別的簡稱，它源于無線電通信技術(shù)，綜合了現(xiàn)代計算機(jī)智能控制、智能識別等高新技術(shù)，順應(yīng)了電子商務(wù)、交通運(yùn)輸、物流管理的發(fā)展

40、需要。是當(dāng)前最受人們關(guān)注的技術(shù)之一。射頻識別技術(shù)具有非接觸、自動完成識別過程、不易損壞、可識別高速運(yùn)動物體、數(shù)據(jù)存儲量大等優(yōu)點，極大地加速了有關(guān)信息的收集和處理，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展[7]。</p><p>　　2.2 射頻識別技術(shù)原理</p><p>　　通常情況下，RFID的應(yīng)用系統(tǒng)主要由讀寫器和RFID卡兩部分組成的，如圖2-1所示： </p><p>

41、;　　圖2-1 射頻識別系統(tǒng)原理圖</p><p>　　其中，讀寫器一般作為計算機(jī)終端，用來實現(xiàn)對RFID卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。而RFID卡則是一種無源的應(yīng)答器，主要是由一塊集成電路芯片及其外接天線組成，其中RFID卡芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。</p><p>　　RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原

42、理是RFID卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻前端電路檢得數(shù)字信號送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理，所需回復(fù)的信息則從存儲器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器?？梢姡琑FID 卡與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起關(guān)鍵的作用是天線。一方面，無源的RFID卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了RFI

43、D 卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式[8]。</p><p>　　2.3 射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：主要是由兩部份組成：讀寫器和射頻卡。</p><p>　　圖2-2 RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　讀寫器同RFID卡之間通過無線方式通訊，因此它們都有無線收發(fā)模塊及天線（或感應(yīng)線

44、圈）。RFID卡中有存儲器，內(nèi)存容量為幾個比特到幾十千比特?？梢源鎯τ谰眯詳?shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)可以是RFID卡序列號，它是用來作為RFID卡的唯一身份標(biāo)識，不能更改；非永久性數(shù)據(jù)寫在EEPROM等可重寫的存儲器內(nèi)，用以存儲用戶數(shù)據(jù)。RFID卡可以根據(jù)讀寫器發(fā)出的指令對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的實時讀寫操作?？刂颇K完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全等功能。RFID卡分無源卡和有源卡兩種，有源卡內(nèi)置天線和電池，

45、而無源卡只有內(nèi)置天線沒有電池，其能量由讀寫器提供，由于無源卡無需電池因此其尺寸較小且使用壽命長，應(yīng)用越來越廣泛。讀寫器內(nèi)的控制模塊往往具有很強(qiáng)的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務(wù)，還要實現(xiàn)相互認(rèn)證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯、出錯報警及與計算機(jī)通信等功能。計算機(jī)的功能是向讀寫器發(fā)送指令，并與讀寫器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[9]。</p><p>　　2.4 門禁系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 </p><p>

46、　　門禁系統(tǒng)作為一項先進(jìn)的高科技技術(shù)防范手段，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的智能大廈及酒店、銀行、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、監(jiān)獄等得到了廣泛應(yīng)用，特別是由于系統(tǒng)本身具有隱蔽性、及時性等特點，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。門禁系統(tǒng)既要處于技術(shù)的尖端，具有智能性、高可靠性、實時性，又要能符合實際需要。因此，系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循下列原則：</p><p>　　(1)實用性 門禁系統(tǒng)的內(nèi)容應(yīng)符合實際需要，不能華而不實。如果片面追求系統(tǒng)的超前性，勢必造成投資過大

47、，離實際需要偏離太遠(yuǎn)。因此，系統(tǒng)的實用性是首先應(yīng)遵循的第一原則。</p><p>　　(2)實時性 如果門禁系統(tǒng)中任何一個關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)差錯或停機(jī)將直接影響到整個系統(tǒng)的運(yùn)作情況。因此，門禁系統(tǒng)各子系統(tǒng)應(yīng)盡可能屬于不停機(jī)系統(tǒng)，以保證工作正常運(yùn)行。</p><p>　　(3)完整性 一個完整的門禁系統(tǒng)是建筑整體形象的重要標(biāo)志。功能完善，設(shè)備齊全，管理方便是設(shè)計應(yīng)考慮的一個因素。</p&

48、gt;<p>　　(4)系統(tǒng)的安全性 門禁系統(tǒng)中的所有設(shè)備及配件在性能安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，還應(yīng)符合中國或國際有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并可在非理想環(huán)境下有效工作另外，系統(tǒng)安全性還應(yīng)體現(xiàn)在信息傳輸及使用過程中，不易被劫獲和竊取等方面。</p><p>　　(5)可擴(kuò)展性 門禁系統(tǒng)的技術(shù)不斷向前發(fā)展，用戶需求也在發(fā)生變化因此門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實施應(yīng)考慮到將來可擴(kuò)展的實際需要，亦即：可靈活增減或更新各個子系統(tǒng)，滿

49、足不同時期的需要，保持長時間領(lǐng)先地位，成為智能建筑的典范。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計時，對需要實現(xiàn)的功能進(jìn)行了合理配置，并且這種配置是可以改變的，設(shè)置甚至在工程完成后，這種配置的改變也是可能的和方便的。系統(tǒng)軟件根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的升級和完善。</p><p>　　(6)易維護(hù)性 門禁系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的維護(hù)應(yīng)盡量做到簡單易行。系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)真正做到開電即可工作，插上就能運(yùn)行的程度。從計算機(jī)的

50、配置到系統(tǒng)的配置，都充分仔細(xì)地考慮了系統(tǒng)可靠性"在做到系統(tǒng)故障率最低的同時，也要考慮到即使因為意想不到的原因而發(fā)生問題時，保證數(shù)據(jù)的方便保存和快速恢復(fù)，并且保證緊急時能迅速地打開通道。整個系統(tǒng)的維護(hù)是在線式的，不會因為部分設(shè)備的維護(hù)，而停止所有設(shè)備的正常運(yùn)作。</p><p>　　(7)穩(wěn)定性 門禁系統(tǒng)和我們的生活和工作聯(lián)系非常緊密，門禁系統(tǒng)的職能是保護(hù)人身和財產(chǎn)的安全，一旦系統(tǒng)開始工作就要求連續(xù)不間

51、斷的運(yùn)行，所以穩(wěn)定性對于門禁系統(tǒng)來說就顯得非常重要[10]。</p><p>　　2.5 本論文擬解決的關(guān)鍵問題與解決方法</p><p>　　本文研究RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計，用51單片機(jī)實現(xiàn)模擬汽車進(jìn)入小區(qū)刷卡開門，當(dāng)RFID為合法卡時可以開門進(jìn)入，否則無法進(jìn)入，并且有期限管理。</p><p>　　2.5.1 擬解決的關(guān)鍵問題 </p><p

52、>　　1)怎樣刷卡，采集卡號；</p><p>　　2)怎樣判斷RFID卡是否合法，能夠開門；</p><p>　　3)怎樣控制卡號是否到期；</p><p>　　4)怎樣控制門的開關(guān)。</p><p>　　2.5.2 解決方法 </p><p>　　1)用STC89C52RC單片機(jī)控制FM1702Sl高頻讀卡器

53、實現(xiàn)刷卡，讀取卡號，卡號及看門狀態(tài)會用LCD1602液晶顯示屏顯示；</p><p>　　2)采用實現(xiàn)將RFID卡號保存到存儲器EEPROM中的方法來進(jìn)行注冊，刷卡時查詢存儲器的卡號是否存在，若存在則合法開門；</p><p>　　3)采用定時器DS1302進(jìn)行時間設(shè)定，時間到期后需重新注冊；</p><p>　　4)采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)模擬開門，當(dāng)卡號合法時步進(jìn)

54、電機(jī)轉(zhuǎn)動開門，此外還需要紅外傳感器判斷刷卡者是否通過，若通過則關(guān)門，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要說明了基于RFID門禁系統(tǒng)設(shè)計的理論知識，首先概述了射頻識別技術(shù)，說明了它的工作原理并介紹了RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)，此外還介紹了門禁系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，包括：實用性、實時性、完整性、安全性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)

55、性、穩(wěn)定性，最后并提出了論文擬解決的關(guān)鍵問題且給出了解決方法。</p><p>　　第3章 門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1門禁系統(tǒng)工作原理和電路設(shè)計主框圖</p><p>　　此次設(shè)計的門禁系統(tǒng)主要有讀卡模塊、單片機(jī)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)電路、紅外傳感器模塊、存儲模塊、定時器、蜂鳴器提示電路、顯示電路。其中高頻讀卡器模塊FM1702Sl能讀寫荷蘭Ph

56、ilips公司的Mifare非接觸式RFID卡，讀卡距離約10cm。控制模塊采用STC89C52RC單片機(jī)，它具有8K可編程Flash存儲器。單片機(jī)與讀卡器通信是采用SPI通信。其硬件主框圖如圖所示：</p><p>　　圖3-1 門禁系統(tǒng)硬件主框圖</p><p>　　3.2 FM1702SL讀卡器</p><p>　　圖3-2 FM1702Sl讀卡器實物圖&

57、lt;/p><p>　　FM1702SL是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計的，基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工藝，支持ISO14443 typeA協(xié)議，支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持SPI接口，數(shù)字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。該芯片的三路電源都可適用于低電壓?？杉嫒軵hilips的

58、RC500、RC530、RC531及RC632等讀卡機(jī)芯片。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持6種微處理器接口，數(shù)字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。適用于各類計費(fèi)系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。尤其FM17XXL系列芯片，其三路電源的最低工作電壓均可達(dá)2.9V，這一特性優(yōu)于其他公司的同類產(chǎn)品[11]。</p><p>　　圖3-2為FM1702SL讀卡器實物圖。本文中FM170

59、2Sl讀卡器主要是通過SPI總線協(xié)議，下面主要對它進(jìn)行介紹。</p><p>　　3.2.1 SPI總線協(xié)議 </p><p>　　SPI（ Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口）總線系統(tǒng)是一個同步串行外設(shè)接口。它允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通訊，交換信息。外圍接口器件包括簡單的TTL移位寄存器（用作并行輸入或輸出）、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器、實時時

60、鐘（RTO）、存儲器以及LCD和LED顯示驅(qū)動器等。SPI系統(tǒng)可與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)SPI外圍器件直接接口，它使用四條線：串行時鐘（SCK），主設(shè)備輸入/從設(shè)備輸出數(shù)據(jù)線（MISO），主設(shè)備輸出/從設(shè)備輸入數(shù)據(jù)線（MOSI）和低電平有效的從設(shè)備選通線。由于SPI系統(tǒng)總線只需3～4根數(shù)據(jù)線和控制線即可擴(kuò)展具有SPI接口的各種I/O器件，而并行總線擴(kuò)展方法需8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，因而SPI總線的使用可以簡化電路設(shè)

61、計，提高設(shè)計的可靠性[12]。</p><p>　　圖3-3 SPI工作原理圖</p><p>　　SPI工作原理示意圖見圖3-3。電路包括3個主要部分：移位寄存器、發(fā)送緩沖器和接收緩沖器。其中，發(fā)送緩沖區(qū)與數(shù)據(jù)總線相連，可以由用戶程序?qū)懭胗l(fā)送的數(shù)據(jù)，然后自動向移位寄存器裝載數(shù)據(jù)；接收緩沖器也與數(shù)據(jù)總線相連，可以由用戶程序讀取接收到的數(shù)據(jù)。移位寄存器負(fù)責(zé)收發(fā)數(shù)據(jù)，他有移入和移出兩個端口，

62、分別與收和發(fā)兩條通信線路連接，與通信對端單片機(jī)的移位寄存器，恰好構(gòu)成一個“環(huán)形”結(jié)構(gòu)。SPI接口工作可分為半雙工通信和全雙工通信兩種操作過程。下面以全雙工通訊為例說明SPI工作的操作過程。</p><p>　　首先主機(jī)把欲發(fā)送給從機(jī)的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器A，隨即該數(shù)據(jù)被自動裝入移位寄存器A；同時從機(jī)把欲發(fā)送給主機(jī)的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器B隨即該數(shù)據(jù)被自動裝入移位寄存器B。</p><p>　　然

63、后主機(jī)啟動發(fā)送過程，送出時鐘脈沖信號，寄存器A中的數(shù)據(jù)經(jīng)過MOSI線一位一位地移入寄存器B；同時，寄存器B中的數(shù)據(jù)經(jīng)過MISO線一位一位的移入寄存器A。</p><p>　　其次在8個時鐘脈沖過后，時鐘停頓，寄存器A中的8位數(shù)據(jù)全部移入寄存器B，隨即又被自動裝入接收緩沖器B，并且將從機(jī)接收緩沖器B滿標(biāo)志位置1。同理，寄存器B中的8位數(shù)據(jù)全部移入寄存器A，隨即又被自動裝入接收緩沖器A，并且將主機(jī)接收緩沖器A滿標(biāo)志位

64、置1。</p><p>　　最后主機(jī)CPU 檢測到接收緩沖器A滿標(biāo)志位后，就可以讀取接收緩沖器A；同樣從機(jī)CPU檢測到接收緩沖器B滿標(biāo)志位后，就可以讀取接收緩沖器B。完成一個字節(jié)的互換通信過程。</p><p>　　3.3 Mifare射頻卡介紹</p><p>　　本文中采用的RFID卡為Mifare卡，其核心是Philips公司的Mifare1IC S50系列微

65、芯片?？ㄆ蠠o源，工作時的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號禍合到卡片上天線而產(chǎn)生電能，一般可達(dá)2V以上，供卡片上IC工作。工作頻率13.56MHZ。</p><p>　　Mifare的主要指標(biāo)</p><p>　　1)容量為8K位EEPROM</p><p>　　2)分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié)，以塊為存取單位</p>&l

66、t;p>　　3)每個扇區(qū)有獨立的一組密碼及訪問控制</p><p>　　4)每張卡有唯一序列號，為32位</p><p>　　5)具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作</p><p>　　6)無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路</p><p>　　7)數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次</p><p&

67、gt;　　8)工作頻率:13.56MHZ</p><p>　　9)通信速率:106KBPS</p><p>　　10)讀寫距離:10mm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）</p><p>　　首先卡與讀寫器的通訊為：</p><p>　　(1)復(fù)位應(yīng)答 Mifare卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當(dāng)有卡片進(jìn)入讀寫器的操作范圍時，讀寫器以特定的協(xié)議與它

68、通訊，從而確定該卡是否為M1射頻卡，即驗證卡片的卡型。</p><p>　　(2)防沖突機(jī)制 當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫器操作范圍時，防沖突機(jī)制會從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。</p><p>　　(3)選擇卡片 選擇被選中的卡的序列號，并同時返回卡的容量代碼。</p><p>　　(4)三次互相確認(rèn) 選定要

69、處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號，并對該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗，在三次相互認(rèn)證之后就可以通過加密流進(jìn)行通訊。（在選擇另一扇區(qū)時，則必須進(jìn)行另一扇區(qū)密碼校驗。）</p><p>　　其次系統(tǒng)的工作方式為：</p><p>　　STC89C52RC控制FM1702SL，驅(qū)動天線對Mifare卡進(jìn)行讀寫操作；然后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對其他器件進(jìn)行操作，如當(dāng)刷卡成功時要把卡號存到存儲器EEPRO

70、M，以便判斷卡號是否合法刷卡開門。整個系統(tǒng)由5V電源供電。</p><p>　　最后它的工作原理為：</p><p>　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲在無源Mifare中。讀寫器的主要任務(wù)是傳輸能量給Mifare卡，并建立與之的通信。單片機(jī)控制FM1702SL，讀取RFID中的卡號，單片機(jī)再控制存儲器EEPROM將其接收到的卡號保存，這就是注冊模式。在正常情況下讀卡器一只檢測是否刷卡，并判斷RFID卡是否

71、合法，已注冊的卡則可以開門，式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動[13]。</p><p>　　3.4 串行EEPROM存儲電路</p><p>　　基于RFID的門禁系統(tǒng)要求實現(xiàn)RFID卡的登記（注冊），單片機(jī)通過讀卡模塊FM1702Sl可以讀出RFID卡中卡號，要想實現(xiàn)RFID卡的注冊，只要把讀出的卡號保存起來，下次再刷卡時則與保存起來的卡號對比，如果相同則說明是已注冊過的RFID卡，即注冊過的卡具有合法性

72、可以開門。因此要把卡號存入存儲器EEPROM中，實現(xiàn)對于RFID卡的登記。</p><p>　　存儲器有并行存儲器和串行存儲器之分，其中并行存儲器存儲容量較大，數(shù)據(jù)傳送速度快、效率高，但芯片體積大、而且長時間的工作會造成大量打發(fā)熱，管腳多、需要占用CPU大量的I/O口，外部擴(kuò)展復(fù)雜。然而串行存儲器體積小，與CPU接口簡單，一般只要占用CPU的2至3個I/O端口。在由上比較，此次設(shè)計中我們選用串行存儲器。在此設(shè)計中

73、選用AT24C02，它與更高容量的存儲器兼容，出現(xiàn)問題時易于更換。AT24C02由SCL、SDA引腳進(jìn)行串行通信的讀寫存儲器。AT24C02與單片機(jī)的接口電路如圖所示：</p><p>　　圖3-4 AT24C02與單片機(jī)連接電路</p><p>　　AT24C02與單片機(jī)連接的線是：</p><p>　　1)SCL接單片機(jī)的P2.1，同步時鐘輸入。</p&

74、gt;<p>　　2)SDA接單片機(jī)的P2.0，串行數(shù)據(jù)輸入/輸出。</p><p>　　3)WE接地，寫保護(hù)腳，WE=0芯片允許讀寫操作。</p><p>　　4)E0，E1，E2接地，芯片地址引腳，都要接固定電平。</p><p>　　3.4.1 EEPROM存儲器接口 </p><p>　　存儲器AT24C02為8引腳DI

75、P封裝，管腳的含義：</p><p>　　1)E0到E2是地址輸入線，為硬連線，通過這個地址單片機(jī)最多可尋址8個AT24C02，8個芯片都有固定的地址，分別對應(yīng)E0，El，E2為000到111，我們用E0E1E2=000。</p><p>　　2)SDA是雙向串行數(shù)據(jù)/地址腳，用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，SDA是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或（Wire-OR）。<

76、;/p><p>　　3)SCL是串行時鐘輸入線，用于產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。</p><p>　　4)WE是寫保護(hù)線，接到VCC為存儲器寫保護(hù)，接地為允許讀寫操作。</p><p>　　3.4.2 I2C總線協(xié)議 </p><p>　　I2C（Intel-Integrated Circuit）總線是荷蘭Philips公司于八十年代初推出的一

77、種芯片間串行總線擴(kuò)展技術(shù)。它用兩根線（數(shù)據(jù)線SDA、時鐘線SCL）可以完成總線上主機(jī)與器件的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送。每一個時鐘脈沖傳輸一位數(shù)據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，高速模式下可達(dá)400kbit/s。</p><p>　　1)SDA和SCL兩線都是高電平定義為總線空閑狀態(tài)。</p><p>　　2)只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　

78、3)在數(shù)據(jù)傳送過程中，SCL為高，SDA狀態(tài)必須保持穩(wěn)定：SCL為低才允許SDA狀態(tài)變化。</p><p>　　4)SCL為高時SDA的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。SCL保持高電平期間，SDA出現(xiàn)由高到低的跳變作為I2C總線的起始信號，出現(xiàn)山低到高的跳變作為I2C總線的停止信號。起停信號由主器件發(fā)出。</p><p>　　5)串行數(shù)據(jù)首先傳送最高位，每傳送一個字節(jié)后必須跟一個

79、應(yīng)答位。低電平為應(yīng)答信號，高電平為非應(yīng)答信號。</p><p>　　6)接收器輸出應(yīng)答信號時，發(fā)送器必須釋放數(shù)據(jù)線（SDA為高）芯片接收到停止信號后置于低功耗的備用方式（StandbyMode），起始/停止時序見圖3-5所示[14]。</p><p>　　圖3-5 數(shù)據(jù)傳輸起始/停止時序</p><p><b>　　3.5 時鐘芯片</b>&l

80、t;/p><p>　　此次門禁系統(tǒng)設(shè)計要求能夠?qū)崿F(xiàn)期限管理，即對于RFID卡實現(xiàn)期限管理，本已注冊過的RFID卡在一段時間之后會無法開門，它的合法性受到時間的限制。因此要想實現(xiàn)此功能需加入時鐘芯片達(dá)到計時效果，門禁系統(tǒng)開機(jī)后，時鐘芯片便會計時，可以在程序中設(shè)定時間當(dāng)時鐘芯片到達(dá)指定時間后，便會使存儲器清空，清除注冊過的卡號，從而達(dá)到RFID卡的期限管理效果。</p><p>　　圖3-6 時

81、鐘芯片與單片機(jī)連接電路</p><p>　　本次實際中所用到的時鐘芯片是DS1302，DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片DS1302，它擁有31個字節(jié)的靜態(tài)RAM和實時時間，通過簡單的串行接口連接可以與單片機(jī)進(jìn)行實時時鐘通信。提供秒、分、時日、日期、月及年份信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)都會系統(tǒng)自動調(diào)整計算。時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24或12小時格式。DS1302時鐘芯片與單片機(jī)之間的信息傳遞通

82、過簡單地同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到 RES 復(fù)位、 I/O 數(shù)據(jù)線、SCLK串行時鐘。時鐘的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多個個字節(jié)、最高可達(dá)到滿狀態(tài)的31字節(jié)的字符組方式通信。其與單片機(jī)的連接方式如圖3-6所示：</p><p>　　DS1302的引腳圖及外圍的電路如上圖所示，X1 X2 接32.768KHz 晶振，為時鐘芯片提供時鐘脈沖。復(fù)位腳CE、數(shù)據(jù)I/O 及串行時鐘引腳SCLK，VCC1，VCC2接電管腳

83、，VCC2接+5V系統(tǒng)電源，VCC1接系統(tǒng)備用電源。對與單片機(jī)的時間進(jìn)行實時通信采用串行通信方式，CE為通信允許信號，當(dāng)CE=1允許進(jìn)行實時通訊，CE=0時禁止通信；I/O為雙向串行數(shù)據(jù)傳送信號，SCLK為串行數(shù)據(jù)的位同步脈沖信號。實時時鐘芯片DS1302通過CE、SCLK和I/O三個管腳與單片機(jī)實現(xiàn)兩芯片間的實時數(shù)據(jù)傳送[15]。</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)電路</p><p>

84、;　　圖3-7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路</p><p>　　本文所做的是用51單片機(jī)實現(xiàn)基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計，顧名思義門禁系統(tǒng)要用RFID卡來控制門的開與關(guān)，因此本文中用步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)門的開與關(guān)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加

85、一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得步進(jìn)電機(jī)在速度、位置等控制領(lǐng)域的控制操作非常簡單。</p><p>　　本次設(shè)計使用的是達(dá)林頓驅(qū)動器ULN2003來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，使用的是五線四相異步電機(jī)，其驅(qū)動電路如圖3-7所示。</p><p><b>　　3.7 紅外傳感器</b></p>

86、<p>　　當(dāng)RFID卡能夠開門時，即該卡已經(jīng)被注冊后，再次刷卡后步進(jìn)電機(jī)就會轉(zhuǎn)動模擬開門效果，然而開門之后什么時候關(guān)門便值得思考。一定要保證刷卡者確實已通過，不會造成在進(jìn)門過程中突然關(guān)門，因此要加入紅外傳感器時時監(jiān)測是否刷卡者已通過，當(dāng)檢測不到障礙物時才使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來位置，形成關(guān)門效果。</p><p>　　圖3-8 紅外傳感器實物圖</p><p>　　該傳感器模塊對環(huán)

87、境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（放射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍2～30cm，工作電壓3.3V～5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用非常方便等特點[16]。</p><p>

88、　　3.8 硬件實物展示 </p><p>　　基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計實物圖如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 門禁系統(tǒng)硬件實物圖</p><p><b>　　3.9 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了基于RFID門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計。首先從總體上說明了門禁系統(tǒng)的工作原理，并且給出了硬件

89、電路主框圖，把硬件分成了幾個模塊；然后分別細(xì)致的介紹了主要模塊的硬件設(shè)計，包括讀卡器模塊FM1702SL、Mifare射頻卡、存儲器EEPROM：AT24C02、時鐘芯片DS1302、步進(jìn)電機(jī)和紅外傳感器所組成的開門電路。除此之外還詳細(xì)介紹了所用到的兩個重要協(xié)議：SPI總線協(xié)議和I2C總線協(xié)議。在本章的最后展示了整個RFID門禁系統(tǒng)的硬件實物圖。</p><p>　　第4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p>

90、<p>　　當(dāng)今單片機(jī)編程使用的語言一般為匯編語言和C語言。采用匯編語言編程的優(yōu)點是代碼生成效率高，程序運(yùn)行速度快；缺點是程序的可讀性和可移植性比較差，而且用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序的周期長，調(diào)試和排錯比較困難。C語言是一種通用的計算機(jī)程序設(shè)計語言，在國際上十分流行，它既可用來編寫計算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可用來編寫一般的應(yīng)用程序，用它編寫的程序，具有較好的可讀性和可移植性。美國Keil Software軟件公司的編譯器可

91、以直接對單片機(jī)的內(nèi)部特殊功能寄存器I/O口進(jìn)行操作，直接訪問片內(nèi)或片外存儲器，還可以進(jìn)行各種位操作，能夠產(chǎn)生簡潔、高效率的程序代碼，在代碼質(zhì)量上可以與匯編語言相媲美。因此在本文中使用C語言進(jìn)行門禁系統(tǒng)的程序設(shè)計。</p><p>　　4.1 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊框圖 </p><p>　　圖4-1 門禁系統(tǒng)軟件控制模塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本次門禁系統(tǒng)設(shè)計中

92、的程序是由多個模塊組合起來的，有LCD1602液晶顯示模塊來進(jìn)行顯示操作，由于要實現(xiàn)期限管理，所以要有定時器DS1302時間記錄模塊。此外，因為要把卡號存入存儲器EEPROM中，所以有存儲模塊程序。該設(shè)計用步進(jìn)電機(jī)和紅外傳感器模擬開門，所以有開門模塊。</p><p>　　4.2 門禁系統(tǒng)主程序介紹 </p><p>　　圖4-2 門禁系統(tǒng)工作主程序流程圖</p><p

93、>　　編寫門禁系統(tǒng)的程序首先要編寫核心程序，門禁系統(tǒng)工作的核心內(nèi)容就是刷卡，門禁系統(tǒng)從本質(zhì)上來說就是刷卡開門，只有能夠刷卡后，才能對其他器件進(jìn)行操作，一步一步拓展，不斷完善其他功能。因此門禁系統(tǒng)的主程序就是刷卡開門，而刷卡程序是按固定順序執(zhí)行的，主要流程圖如4-2所示。</p><p>　　4.3 讀卡過程及程序設(shè)計流程圖 </p><p>　　圖4-3 讀卡過程程序流程圖</

94、p><p>　　讀卡器軟件編程實現(xiàn)對RFID卡的一系列操作，主要有：防沖突程序、卡片的讀寫程序以及對卡片數(shù)據(jù)塊的操作等。讀卡程序的設(shè)計思想是在上電初始化后，射頻場一旦檢測有Mifare卡進(jìn)入射頻天線的有效范圍，讀卡程序按順序啟動防沖突程序和認(rèn)證程序，驗證成功后最后操作卡片讀寫程序。程序流程圖見圖4-3所示，下面介紹其中的幾個主要過程：</p><p><b>　　4.3.1 尋卡&l

95、t;/b></p><p>　　由于Mifare1卡是一種以被動方式工作的卡，進(jìn)入射頻區(qū)的Mifare卡上電后進(jìn)入IDLE狀態(tài)，它通過吸收感應(yīng)區(qū)內(nèi)的磁場能量進(jìn)行工作，不會主動發(fā)出信號。讀卡器必須不間斷地向外發(fā)出請求信號，符合條件的卡只有在接收到請求信號之后才會進(jìn)行響應(yīng)（應(yīng)稱為響應(yīng)卡）。 </p><p>　　程序中用函數(shù)不斷向外循環(huán)發(fā)請求信號，檢查感應(yīng)區(qū)是否有符合條件的卡，一旦有符合

96、條件的卡進(jìn)入并被選中，程序退出循環(huán)請求過程，進(jìn)入防沖突過程。</p><p><b>　　4.3.2 防沖突</b></p><p>　　所謂防沖突又叫做防碰撞、防重疊，就是從多張進(jìn)入感應(yīng)區(qū)的卡中選出一張來進(jìn)行操作。如果只有一張進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，并且已經(jīng)知道了卡的序列號，則可跳過此步，直接進(jìn)入選卡命令，若不知道卡的序列號，則必須調(diào)用防沖突函數(shù)AntiColl( )，以得到感

97、應(yīng)區(qū)內(nèi)卡的序列號。若同時有多張卡在感應(yīng)區(qū)內(nèi)，防沖突函數(shù)能夠選擇其中的一張卡并得到其序列號。</p><p>　　防沖突指令只是獲得一張Mifare卡的序列號，并沒有真正選中這張卡。選中卡應(yīng)由Select_Card( )函數(shù)完成。序列號為40位長5個字節(jié)，實際有意義的只有前4個字節(jié)，最后一個字節(jié)是序列號的異或校驗的校驗碼，在獲得序列號之后，一般應(yīng)在程序中對所接收到的序列號進(jìn)行校驗，以確保數(shù)據(jù)的正確性。</p&

98、gt;<p>　　4.3.3 選擇卡片</p><p>　　選擇卡片就是根據(jù)已知的序列號讀出卡的容量編碼。只有經(jīng)過這一步驟后才算真正選中了一張卡，以后的操作都對這張卡進(jìn)行。選擇卡片指令是很重要的，而且必須首先被使用，因為卡片只有先被選中了，然后才能進(jìn)行讀、寫等操作。選擇卡片過程是通過Select_Card( )函數(shù)實現(xiàn)的。</p><p><b>　　4.3.4 驗

99、證</b></p><p>　　在對所選Mifare卡進(jìn)行讀、寫之前，必需對Mifare卡進(jìn)行驗證，也即檢查卡的合法性，這可以通過將存儲在FM1702SLRAM中的密碼集中的一組密碼與Mifare卡片上的密碼進(jìn)行比較實現(xiàn)，如果它們匹配，說明所選Mifare卡合法，則卡的驗證成功，允許對卡進(jìn)行讀、寫操作。驗證卡片的過程是通過Authentication( )函數(shù)實現(xiàn)的。</p><p

100、>　　4.3.5 讀取卡號</p><p>　　如果完成了前面幾個步驟，說明所選卡是本系統(tǒng)的卡，就可以對Mifare卡正常進(jìn)行讀、寫了。讀卡函數(shù)MIF_READ( )從已通過密碼驗證的扇區(qū)中讀取一個數(shù)據(jù)塊，共16個字節(jié)，其中前面幾個字節(jié)即為卡號（1個字節(jié)表示2位卡號，本系統(tǒng)卡號長度為10，所以需要前面5個字節(jié)）。</p><p><b>　　4.3.6 卡掛起</b&

101、gt;</p><p>　　當(dāng)對卡中的數(shù)據(jù)處理完后，程序應(yīng)使卡處于掛起狀態(tài)，此時即使卡在感應(yīng)區(qū)域，讀卡器也不會再對該卡進(jìn)行任何操作[17]。</p><p>　　4.4 其他程序設(shè)計流程圖 </p><p>　　4.4.1 LCD1602顯示程序設(shè)計</p><p>　　顯示程序的主要功能是對當(dāng)前的門禁控制狀態(tài)顯示及執(zhí)行STC89C52RC發(fā)

102、出的顯示指令，LCD1602液晶模塊的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。它可以給用戶清楚地顯示門禁系統(tǒng)狀態(tài)，易于操作，起到了人機(jī)交互的作用。</p><p>　　圖4-4 LCD1602內(nèi)部顯示地址</p><p>　　由于液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，在系統(tǒng)每發(fā)出一個控制指令時，系統(tǒng)首先判斷是否忙碌，如果不忙碌則執(zhí)行詞條命令，如果是忙碌狀態(tài)則取消此條控指令。圖4-4是1

103、602的內(nèi)部顯示地址：</p><p>　　LCD1602液晶顯示模塊顯示程序流程圖：</p><p>　　圖4-5 LCD1602程序設(shè)計流程圖</p><p>　　4.4.2 按鍵控制程序設(shè)計</p><p>　　由于本次門禁系統(tǒng)設(shè)計要對RFID卡進(jìn)行注冊，識別，并且有期限管理等多種操作，所以要通過按鍵來實現(xiàn)多種模式的切換，圖4-6是用按

104、鍵控制門禁系統(tǒng)的程序流程圖：</p><p>　　圖4-6 按鍵模塊程序流程圖</p><p>　　4.4.3 定時器模塊程序設(shè)計</p><p>　　該門禁系統(tǒng)不但要求能夠清除卡號，而且要有期限管理來控制RFID卡的合法性，也就是說要使已經(jīng)合法的RFID卡到一定時間之后會無法刷卡開門，因此我用定時器DS1302來完成此項功能。給定時器設(shè)定一個初始時間，門禁系統(tǒng)開始

105、運(yùn)行時定時器時間開始增加，程序中設(shè)置一段時間，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時間時單片機(jī)就會控制存儲器EEPROM使存儲內(nèi)容清除，從而使RFID卡無法開門，達(dá)到期限管理的目的。</p><p>　　圖4-7 定時器模塊程序流程圖</p><p>　　4.4.4 存儲程序設(shè)計</p><p>　　存儲器EEPROM采用AT24C02，主要的用途是把在注冊模式下所刷的RFID卡的卡號保存起

106、來，使RFID卡合法化。已經(jīng)保存的卡號則為合法卡，可以開門。保存卡號的過程是在注冊模式下完成的，當(dāng)LCD1602顯示“Register Mode”此時刷卡存儲器便會保存卡號完成注冊，其程序流程圖如下圖所示：</p><p>　　圖4-8 開門模塊程序流程圖</p><p>　　4.4.5 開門模塊程序設(shè)計</p><p>　　本次門禁系統(tǒng)設(shè)計，采用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的方式

107、來模擬刷卡之后的開門，但是我對開門之后什么時候關(guān)門這個問題思考了很久。因為必須等到刷卡者進(jìn)入之后才可關(guān)門，不能太早關(guān)門，當(dāng)然也不能刷卡者進(jìn)入之后很長時間還沒有關(guān)門。最后決定加入紅外傳感器這個器件，他的輸出端與單片機(jī)I/O口相連，當(dāng)他檢測到障礙物時輸出端會有一個低電平信號，此時單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)不關(guān)門即不回轉(zhuǎn)，而當(dāng)是輸出端為高電平時則關(guān)門，形成一個開門系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-9 開門模塊程序流程圖<

108、/p><p>　　4.5 程序編譯與調(diào)試 </p><p>　　Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起，本文中調(diào)試用的是Keil uVision2版本。 </p><p>　　4.5.1 建立項目工程 </p&

109、gt;<p>　　圖4-10 建立工程</p><p>　　運(yùn)行Keil uVision2程序后，點擊Project->New Project菜單，輸入工程名稱，這里為rfid.Uv2，在彈出的對話框中選擇目標(biāo)單片機(jī)，Keil支持的單片機(jī)很多，這里我們選擇STC89C52RC芯片，確定后可以發(fā)現(xiàn)工程窗口出現(xiàn)“Target1” 和下一層“Source group1”的文件層次，我們只要在Sou