單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--基于rfid的門禁系統(tǒng)

1、<p><b>　　電子信息工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱： 單片機(jī)原理及其應(yīng)用 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于RFID的門禁系統(tǒng) </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程

2、 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　起止日期： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

3、 </p><p>　　基于RFID的門禁系統(tǒng)</p><p>　　摘要：無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識別時(shí)從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標(biāo)簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波（調(diào)成無線電頻率的電磁場）。標(biāo)簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與

4、條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。許多行業(yè)都運(yùn)用了射頻識別技術(shù)，列如汽車，服裝等，用于識別不同的身份信息。</p><p>　　射頻識別以其方便快捷成為業(yè)界矚目的焦點(diǎn)，而中國正在成為射頻識別標(biāo)簽生產(chǎn)最被看好的生產(chǎn)基地。將射頻識別應(yīng)用到門禁系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景，本次課程設(shè)計(jì)基于這一思想設(shè)計(jì)了小型門禁系統(tǒng)的底層模塊，采用用STC89C52芯片的單片機(jī)開發(fā)板和RFID讀寫模

5、塊，利用串口通信實(shí)現(xiàn)射頻卡的ID卡號識別并顯示，同時(shí)還有待于進(jìn)一步研究擴(kuò)展。</p><p>　　關(guān)鍵詞：射頻識別；門禁系統(tǒng)；ID卡；串口通信</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)概要</b></p><p>　　射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動

6、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)，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(diǎn)，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。同時(shí)，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(shí)代的需要，保證建筑內(nèi)部的安全性，滿足用戶當(dāng)時(shí)的各種需求，門禁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。門禁系統(tǒng)集電腦

7、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(shí)現(xiàn)完整“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]。

8、 </p><p>　　門禁系統(tǒng)又稱門禁出入口保安自動化管理系統(tǒng)。智能建筑通過對四個(gè)基本元素，即結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理進(jìn)行最優(yōu)化的考慮，從而為用戶提供一個(gè)高效和高經(jīng)濟(jì)效益的工作環(huán)境。它在功能上實(shí)現(xiàn)了通訊自動化（CA）、辦公自動化（OA）和樓宇自動化（BA），通過綜合配置在建筑內(nèi)的各功能子系統(tǒng)，以綜合布線系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為

9、橋梁，全面實(shí)現(xiàn)對通訊系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)的綜合管理。門禁系統(tǒng)屬于樓宇自動化系統(tǒng)的一部分，具有對門戶出入控制，保安防盜，報(bào)警等多種功能，它主要方便內(nèi)部員工或住戶出入，杜絕外來人員隨意出入，既方便了內(nèi)部管理，又增強(qiáng)了內(nèi)部的保安。一套現(xiàn)代化的，功能齊全的門禁系統(tǒng)，不止是作為進(jìn)出口管理使用，而且還有助于內(nèi)部的有序管理。它將時(shí)刻自動記錄人員的出入情況，限制內(nèi)部人員的出入?yún)^(qū)域，出入時(shí)間，禮貌的拒絕不速之客。同時(shí)也將有效地保護(hù)財(cái)產(chǎn)不受

10、非法侵犯[2]。</p><p>　　1.2 RFID技術(shù)的工作原理及組成</p><p>　　RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)

11、進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　RFID由標(biāo)簽、閱讀器、和天線組成。標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式RFID讀寫器（如：C5000W）或固定式讀寫器。天線（Antenna）：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。其工作原理是閱讀器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給收發(fā)變換器，用以驅(qū)動

12、變換器電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)閱讀器便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理?！　∫訰FID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成：感應(yīng)耦合（Inductive Coupling) 及后向散射耦合（BackscatterCoupling）兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多采用第二種方式?！　￠喿x器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀

13、器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Eth</p><p>　　1.3 RFID技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　目前，歐美門禁系統(tǒng)市場正逐漸進(jìn)入成熟階段，其產(chǎn)業(yè)的分工已進(jìn)人細(xì)分階段，生產(chǎn)卡和讀卡器的廠家就只生產(chǎn)卡和讀卡器，如美國的HID公司、

14、Hl-dala公司、德國的Destele公司。生產(chǎn)控制器的公司就只研究生產(chǎn)控制器和軟件。如美國的Northern Computer公司、CSI公司。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，也由于大公司之間的相互競爭，使其利潤率不斷下降，產(chǎn)品價(jià)格不斷大幅降低，現(xiàn)已進(jìn)入1000美元一套系統(tǒng)的可廣泛運(yùn)用的市場。正是由于市場的不斷成熟，人們在普遍接受門禁系統(tǒng)的觀念之后，在采購方面已可很方便地分別從不同公司采購到各部分設(shè)備，自己進(jìn)行系統(tǒng)集成就可為用戶方便安裝成整套系

15、統(tǒng)。從目前全球門禁系統(tǒng)的前端輸入設(shè)備的水平及發(fā)展方向來看，雖然磁卡和接觸式IC卡讀卡器在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中還有一部分市場，但從發(fā)展趨勢上看，除賓館鎖外，磁卡和接觸式IC卡讀卡器已在逐步地退出門禁系統(tǒng)市場。</p><p>　　而國內(nèi)對門禁系統(tǒng)的研究已經(jīng)從認(rèn)識教育和試用階段進(jìn)入到了研發(fā)階段，但在門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過程中還有以下幾點(diǎn)不足之處，主要表現(xiàn)為：采用國外已有的集成模塊，像讀寫器、門禁控制器、天線模板等；對國外

16、已有的系統(tǒng)進(jìn)行仿造；產(chǎn)品單一、開發(fā)成本較高。</p><p>　　在技術(shù)方面，中國目前也有很多廠家，仿制國外優(yōu)秀的門禁系統(tǒng)，主要的做法有兩種，第一種是購買國外的門禁系統(tǒng)配件，如讀寫器、門控器等，再對其進(jìn)行二次軟硬件的設(shè)計(jì)。這種門禁系統(tǒng)的性能很好，能滿足許多安全要求很高的場所，但是價(jià)格很高。第二種方法是，除了核心芯片購?fù)?，其余部件都是對國外?yōu)質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行研制。這種方式比較靈活，可以隨時(shí)根據(jù)客戶的要求增加門禁系統(tǒng)的功能

17、，且價(jià)格也比較便宜。而在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)的門禁系統(tǒng)大多以控制器為核心構(gòu)建的，門控器大多由國外企業(yè)研制。即門禁控制器先接收讀卡器的信號，再根據(jù)信號來決定是否開門。</p><p>　　據(jù)Frost & Sullivan公司的調(diào)查顯示，2004-2014年間，亞太地區(qū)不同種類RFID構(gòu)成將發(fā)生變化，低頻RFID市場份額將快速下降；高頻RFID市場份額小幅下降，但仍占各類RFID的主導(dǎo)地位；而超高頻RFID

18、市場份額呈現(xiàn)快速上升的格局，至2014年，其市場份額將與高頻RFID接近。就技術(shù)而言，在未來的幾年中，RFID技術(shù)將繼續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。電子標(biāo)簽、讀寫器、系統(tǒng)集成軟件、公共服務(wù)體系、標(biāo)準(zhǔn)化等方面都將取得新的進(jìn)展。隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷進(jìn)步，RFID產(chǎn)品的種類將越來越豐富，應(yīng)用和衍生的增值服務(wù)也將越來越廣泛。 RFID芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展趨勢是芯片功耗更低，作用距離更遠(yuǎn)，讀寫速度與可靠性更高，成本不斷降低。芯片技術(shù)將與應(yīng)用系統(tǒng)整體解決

19、方案緊密結(jié)合。 RFID標(biāo)簽封裝技術(shù)將和印刷、造紙、包裝等技術(shù)結(jié)合，導(dǎo)電油墨印制的低成本標(biāo)簽天線、低成本封裝技術(shù)將促進(jìn)RFID標(biāo)簽的大規(guī)模生產(chǎn)，并成為未來一段時(shí)間內(nèi)決定產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的關(guān)鍵因素之一。 RFID讀寫器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢是讀寫器將向多功能、多接口、多制式、并向模塊化、小型化、便攜式、嵌入式方向發(fā)展。同時(shí)，多讀寫器協(xié)調(diào)與組網(wǎng)技</p><p><b>　　2、題目分析</b><

20、;/p><p>　　2.1 門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　在工廠、學(xué)校、辦公室、商店、金融系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、住宅、賓館等多種場合，為了學(xué)習(xí)、工作、生活的安全和有效，需要進(jìn)行封閉式管理。傳統(tǒng)的方法是工作人員對出入人員進(jìn)行登記放行。這種方法費(fèi)力又容易出錯(cuò)，而且管理不嚴(yán)格。隨著技術(shù)的進(jìn)步，門禁系統(tǒng)逐漸由原來的鑰匙開門，到IC卡的門禁管理，最后到現(xiàn)在的非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)。非接觸式門禁系統(tǒng)采

21、用個(gè)人識別卡方式工作。給每個(gè)有權(quán)進(jìn)入的人發(fā)一張個(gè)人識別卡，相當(dāng)于一把鑰匙。系統(tǒng)根據(jù)該卡的卡號和當(dāng)前時(shí)間等信息，判斷該卡持有人是否可以進(jìn)出，如果可以，則系統(tǒng)自動開門，否則，不開門。對于工廠、機(jī)關(guān)等需要考勤的場所，門禁系統(tǒng)還可以記錄每個(gè)職工是否按時(shí)上下班。門禁系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是可以隨時(shí)增加和刪除某一卡，而不必?fù)?dān)心某一卡丟失后造成什么損失[8]。門禁系統(tǒng)的功能如下：</p><p>　?。?） 時(shí)刻自動記錄人員的進(jìn)出情況

22、，限制內(nèi)部人員的進(jìn)出區(qū)域和進(jìn)出時(shí)間，禮貌地拒絕不速之客，同時(shí)也將有效地保護(hù)公共財(cái)產(chǎn)不受非法侵犯 。</p><p>　?。?） 系統(tǒng)的每個(gè)遠(yuǎn)端控制器通過總線方式與控制中心實(shí)時(shí)聯(lián)系，記錄所有進(jìn)出入人員的信息，包括人員姓名、進(jìn)入時(shí)間和進(jìn)入的門等，如請求進(jìn)入的人員身份合法（即經(jīng)過控制中心授權(quán)），電鎖將打開；否則電鎖不會開啟 。</p><p>　　（3） 發(fā)生火災(zāi)時(shí)，各遠(yuǎn)端智能控制器能同時(shí)全局聯(lián)

23、動，打開所有的門以緊急疏散 人群并發(fā)出報(bào)警信號 ，控制器對于非法闖入事件也能實(shí)時(shí)報(bào)警并處理 。</p><p>　?。?） 人員可以向控制中心申請權(quán)限，中心批準(zhǔn)后可以使用該卡開指定的門。</p><p>　?。?） 控制中心通過管理軟件對所有遠(yuǎn)端控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)匯整數(shù)據(jù) ， 并根據(jù)需要將資料打印出來。</p><p>　　門禁系統(tǒng)由門禁控制單元、通信管理器、

24、管理主機(jī)、管理軟件等組成。其中門禁控制單元是由門禁控制器、讀卡器、電控鎖、門磁傳感器、開門/關(guān)門、識別卡等構(gòu)成，典型門禁系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心。如果將讀卡器比做系統(tǒng)的眼睛，將電控鎖比作系統(tǒng)的手，那么門禁控制器就是系統(tǒng)的大腦，由它來決定某一張是否為本系統(tǒng)已注冊的有效卡，該卡是否符合所限定的時(shí)間段和開門權(quán)限，從而控制電控鎖是否打開。系統(tǒng)的控制主機(jī)可以是單片機(jī)也可以是PC機(jī)，系統(tǒng)組網(wǎng)情況下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用總線結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)

25、是節(jié)點(diǎn)接入方便、成本低、輕載時(shí)延時(shí)小、可靠性高等[11][12]。</p><p>　　圖1 典型門禁系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　門禁控制器是是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，對門鎖的一切操作均由它來控制完成，主機(jī)發(fā)下的控制命令、門鎖的狀態(tài)和記錄信息都經(jīng)由門控器來傳送，并且控制讀寫器、接收讀寫器的資料等。</p><p>　　讀寫器是使用者與系統(tǒng)的一個(gè)接口，它必須具有如

26、下的基本功能。</p><p>　　（1） 非接觸式IC卡進(jìn)入/退出射頻區(qū)的識別與控制；</p><p>　?。?） 通過射頻方式向非接觸式IC卡提供穩(wěn)定的電源和時(shí)鐘信號；</p><p>　?。?） 實(shí)現(xiàn)與IC卡的數(shù)據(jù)交換，并提供相應(yīng)控制信號；</p><p>　?。?） 對應(yīng)加密數(shù)據(jù)系統(tǒng)，應(yīng)提供相應(yīng)加密/解密處理及密鑰管理機(jī)制；</

27、p><p>　?。?） 提供相應(yīng)外部控制信息及與其他設(shè)備的信息交換；</p><p>　　因此，本部分的性能非常重要。在本系統(tǒng)中的射頻讀寫芯片采用Philips公司的MF RC500，該芯片是Philips公司的最新產(chǎn)品，比以往的射頻識別芯片具有更好的性能[6]。</p><p>　　門磁傳感器則可以反映門的實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過門磁信號微處理器可以判斷是否是合法開門，若是非法

28、開門，則給出相應(yīng)報(bào)警信號。電控鎖是門禁系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有陽鎖、陰鎖之分。按照識別身份技術(shù)的不同，可以把門禁系統(tǒng)劃為磁卡門禁、非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)、指紋門禁系統(tǒng)等。在以卡識別技術(shù)為主的系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)需要選擇各種類型的讀卡器，也可以選用數(shù)字密碼鍵盤開鎖，常用于酒店、商場、公司、機(jī)關(guān)等公共場合。對于通過指紋鑒別身份的門禁系統(tǒng)，通常用于保密性很強(qiáng)的出入控制場所[11]。</p><p><b>　　2.

29、2密碼技術(shù)</b></p><p>　　(1) 通訊安全和保密</p><p>　　通信安全與保密是為了達(dá)到IC卡與讀寫設(shè)備進(jìn)行信息交換過程中的有效與合法。具體而言，也就是要求相互傳送的信息具有完整性、真實(shí)性、有效性、保密性和不可否認(rèn)性。完整性是指IC卡與讀寫設(shè)備必須能檢測出在它們之間交換的信息是否己經(jīng)被修改，判斷出相互交換的信息是否合法，對于完整性的保證，一般是在所交換的信

30、息內(nèi)添加一段報(bào)文鑒別碼(MAC)。真實(shí)性是指IC卡和讀寫設(shè)備都必須有一種確證能力，能夠確證它們各自所收到的信息都由真實(shí)對方發(fā)出，自己發(fā)出的信息也確實(shí)被真實(shí)對方接收。有效性是指IC卡和讀寫設(shè)備能區(qū)別當(dāng)前有效合法的信息與前次有效的信息；對于有效性的保證一般是在通信信息內(nèi)添加加密后的時(shí)間段信息。保密性是指通過對要交換的信息進(jìn)行加密處理來防止非授權(quán)者讀到真實(shí)的明文內(nèi)容。不可否認(rèn)性是指發(fā)方和收方不可否認(rèn)信息的發(fā)出和收到。</p>&

31、lt;p>　　從上述的IC卡邏輯安全中，可以了解到密碼學(xué)在IC卡安全性中的重要地位。在決定1C卡安全性的問題上，采用的加解密方法、認(rèn)證方法及它們的安全強(qiáng)度等，對于IC卡的安全性有著至關(guān)重要的影響。</p><p>　　使用密碼進(jìn)行通信的一般模型見圖2。其中要被加密的原文稱為明文，加密過程的輸出稱為密文，密文通過傳輸信道傳輸?shù)浇邮斩耍缓笸ㄟ^解密過程將明文還原?？梢?，數(shù)據(jù)的加密和解密的過程實(shí)際上就是通過一定的

32、算法將信息加以偽裝和解除偽裝的過程。</p><p>　　完成加密和解密的算法稱為密碼體制。密碼體制的分類有很多種。按照加密密鑰和解密密鑰是否相同，分為對稱密鑰密碼體制(秘密密鑰體制)和非對稱密鑰密碼體制(公開密鑰體制)。</p><p>　　圖2 密碼體制原理圖</p><p>　　3、整體構(gòu)思及具體實(shí)現(xiàn)</p><p><b>

33、　　3.1基本要求</b></p><p>　　門禁系統(tǒng)作為一項(xiàng)先進(jìn)的高科技技術(shù)防范手段，在早期，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家就已經(jīng)應(yīng)用于科研、工業(yè)、博物館、酒館、商場、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、銀行、監(jiān)獄等，特別是由于系統(tǒng)本身具有隱蔽性、及時(shí)性等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。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(shí)時(shí)性，又要能符合實(shí)際需要。本設(shè)計(jì)為面向?qū)嶒?yàn)室管理的小型門禁系統(tǒng)。</p><

34、p>　　3.1.1.系統(tǒng)的實(shí)用性</p><p>　　門禁系統(tǒng)的內(nèi)容應(yīng)符合實(shí)際要求，不能華而不實(shí)。如果片面追求系統(tǒng)的超前 性，勢必造成投資過大，離實(shí)際需求偏離太遠(yuǎn)。</p><p>　　3.1.2.系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性</p><p>　　如果門禁系統(tǒng)中任何一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤或停機(jī)將直接影響到整個(gè)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Non-stop（不

35、停機(jī)）系統(tǒng)，以保證工作正常運(yùn)行。</p><p>　　3.1.3.系統(tǒng)的完整性</p><p>　　一個(gè)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(jì)應(yīng)考慮的一個(gè)因素。</p><p>　　3.1.4.系統(tǒng)的安全性</p><p>　　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(shí)，還應(yīng)符合中國 或國際有關(guān)的安

36、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取等方面。</p><p>　　3.1.5.系統(tǒng)的可擴(kuò)展性</p><p>　　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(jì)與實(shí)施應(yīng)考慮到將來可擴(kuò)展的實(shí)際需要，即：可靈活增減或更新各子系統(tǒng) ，滿足不同時(shí)期的需求，保持長時(shí)間領(lǐng)先地位，成為智能建筑的典范。</p>

37、<p>　　3.1.6.系統(tǒng)的易維護(hù)性</p><p>　　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的程度。而且維護(hù)過程中無需使用過多專用的維護(hù)工具。在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合目前國內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用水平，使系統(tǒng)建成后能立即得到充分的利用，采用合理的投資而得到最佳的效果。主要體現(xiàn)在三方面：</p><p>　?。?） 在滿足功能性和可靠性的前提下，初期的總投資

38、要盡可能少。</p><p>　?。?） 系統(tǒng)運(yùn)行后的管理和維護(hù)費(fèi)用少。</p><p>　?。?） 系統(tǒng)在未來進(jìn)行更改或搬遷以及改造升級時(shí)需要少量資金便可達(dá)成。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)方案</b></p><p>　　系統(tǒng)采用非接觸式IC卡，利用無線射頻識別技術(shù)RFID檢測IC卡，當(dāng)IC卡靠近讀寫器時(shí)

39、，讀寫器能準(zhǔn)確地對其識別，并將其序列號發(fā)送給單片機(jī)并將其序列號顯示在液晶屏上。若該卡已進(jìn)行注冊，則可以通過驗(yàn)證并通知控制器開門，并記錄卡號和開門時(shí)間，反之則禁止通行并告知持卡人離開。</p><p>　　系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器、串口數(shù)據(jù)線、單片機(jī)模塊等部分組成。如圖1所示：</p><p>　　圖1 系統(tǒng)整體實(shí)物圖</p><p>　　讀寫器是系統(tǒng)的核心，其通過射頻

40、信號與IC卡（電子標(biāo)簽）通信，完成讀卡、存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作，其可以獨(dú)立工作，也可聯(lián)網(wǎng)工作，文中采用RS232串口通信與單片機(jī)相連。</p><p>　　電子標(biāo)簽，即射頻卡，由IC卡片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡內(nèi)，芯片及其天線無任何外露部分?？ㄆ瑹o需電源，在一定范圍內(nèi)靠近讀寫器時(shí)，通過天線的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。本文選用Philips公司的Mifare1卡，該卡基于ISO14443TYPEA國際

41、標(biāo)準(zhǔn)，每張卡具有全球唯一的序列號，具有防沖突功能。</p><p>　　天線的作用就是產(chǎn)生磁通量，為卡片提供電源，在讀寫器和卡片之間傳送信息。天線的有效電磁場范圍就是系統(tǒng)的有效工作區(qū)域。</p><p>　　讀寫芯片選取Philips生產(chǎn)的用于讀寫Mifare1卡的專用芯片MFR500,工作頻率為13.56MHz。</p><p>　　主控器由AT89C52單片機(jī)及

42、其外圍電路組成，負(fù)責(zé)控制讀寫模塊、與單片機(jī)間的串口通信和對外部設(shè)備的控制操作。其中單片機(jī)對讀寫模塊的操作就是通過控制MFRC500來實(shí)現(xiàn)對Mifare1卡的操作。它是單片機(jī)與IC卡之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄骸?lt;/p><p><b>　　3.3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)方法有三種：（1）模塊化程序設(shè)計(jì)；（2）自頂向下逐步求精程序設(shè)計(jì)；（3）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

43、。模塊化程序設(shè)計(jì)的中心思想是要把一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序按整體功能劃分為若干相對獨(dú)立的程序模塊，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試和查錯(cuò)，然后裝配起來聯(lián)調(diào)，最終成為一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的程序。自頂向下逐步求精程序設(shè)計(jì)要求從系統(tǒng)一級的主干程序開始，集中力量解決全局問題，然后層層細(xì)化逐步求精，最終完成一個(gè)復(fù)雜程序的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是一種較理想的程序設(shè)計(jì)方法，指在編程過程中對程序進(jìn)行適當(dāng)限制，使程序上下文與執(zhí)行流程保持一致。由于系統(tǒng)可以清晰的分為幾個(gè)模塊

44、，因此本系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　單片機(jī)控制軟件常采用C語言或匯編語言來實(shí)現(xiàn)。C語言程序具有程序庫支持豐富、結(jié)構(gòu)化好、查錯(cuò)容易、移植性高等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用。而匯編語言作為面向底層的低級語言，程序執(zhí)行速度最快，程序代碼最小，普遍應(yīng)用于驅(qū)動程序、常駐程序、特定容量大小的程序或是要求執(zhí)行速度快的控制程序中。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)采用分開的獨(dú)立模塊，因此，采用

45、模塊化程序設(shè)計(jì)方法，以C語言實(shí)現(xiàn)的控制程序，按模塊分別儲存在AT89C52芯片內(nèi)，無需單片機(jī)擴(kuò)展存儲器接口，簡化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，減低了成本，同時(shí)又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　整體程序如下：</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <strin

46、g.h></p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <math.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　

47、　sbit beep=P2^3;</p><p>　　uchar table[6];</p><p>　　uchar code table1[]="9274833"; //RFID編碼</p><p>　　uchar code table2[]="ID: 9274833";</p><p>

48、　　uchar code table3[]="COMING IN PlEASE!";</p><p>　　uchar code table4[]="ERROR!";</p><p>　　uchar code table5[]="PLEASE PUT";</p><p>　　uchar code table6

49、[]="UR RFID CARD!";</p><p>　　sbit led8=P1^7;</p><p>　　sbit rs=P1^0;</p><p>　　sbit rw=P1^1;</p><p>　　sbit lcden=P2^5; </p><p>　　sbit dula=P2^0;&l

50、t;/p><p>　　sbit wela=P2^1;</p><p>　　uchar i,j,num,serflag,lcdflag,temp; </p><p>　　void delay(uint x)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint a,b

51、;</b></p><p>　　for(a=x;a>0;a--)</p><p>　　for(b=10;b>0;b--); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay1(uint z) //延時(shí)</p><p><b&g

52、t;　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　v

53、oid write_com(uchar com) //lcd寫入指令</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　P0=com;</b></p><p>　　delay(20);</p>

54、<p><b>　　lcden=1;</b></p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_data(uchar date) //

55、lcd寫數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rs=1;</b></p><p><b>　　P0=date;</b></p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　lcden=1;&

56、lt;/b></p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void LCD_init() //lcd初始化</p><p><b>　　

57、{</b></p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p><b>　　rw=0;</b></p><p><b>　　dula=0;</b></p><p><b>　　wela=0;</b></p>&l

58、t;p>　　write_com(0x38); </p><p>　　delay(20); //顯示模式設(shè)置：16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口</p><p>　　write_com(0x0c); </p><p>　　delay(20); //顯示模式設(shè)置</p><p>　　write_com(0x06)

59、;</p><p>　　delay(20); //顯示模式設(shè)置：光標(biāo)右移，字符不移</p><p>　　write_com(0x01); </p><p>　　delay(20); //清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void

60、 ser_init() //串口中斷初始化函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x20;//T1方式2</p><p>　　TH1=0XFD;//初值</p><p><b>　　TL1=0XFD;</b></p><p>　

61、　TR1=1; //開定時(shí)器1</p><p>　　SM0=0; //串口方式選擇</p><p><b>　　SM1=1;</b></p><p>　　REN=1;//允許串口接收 </p><p>　　EA=1; //開總中斷</p><p>　　ES=1;//允許

62、串口中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void) //主函數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　lcdflag=0;</p><p>　　ser_init();</p><

63、;p>　　LCD_init();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(lcdflag==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write

64、_com(0x80+1); //將第一個(gè)字符寫在向右偏移17個(gè)字符處，為后面的由右向左劃入做準(zhǔn)備。</p><p>　　for(j=0;j<12;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_data(table2[j]);</p><p>　　delay(20);<

65、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40);</p><p>　　for(j=0;j<16;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_data(table3[j]);</p

66、><p>　　delay(20);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><

67、p>　　write_com(0x80+3); //將第一個(gè)字符寫在向右偏移17個(gè)字符處，為后面的由右向左劃入做準(zhǔn)備。</p><p>　　for(j=0;j<10;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_data(table5[j]);</p><p>　　dela

68、y(20);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40+1); //將第一個(gè)字符寫在向右偏移17個(gè)字符處，為后面的由右向左劃入做準(zhǔn)備。</p><p>　　for(j=0;j<13;j++)</p><p><b>　　{</b>

69、</p><p>　　write_data(table6[j]);</p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

70、<p><b>　　}</b></p><p>　　void ser() interrupt 4 //串口中斷</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(RI==1)</b></p><p><b>　　{</

71、b></p><p><b>　　RI=0;</b></p><p>　　temp=SBUF;</p><p>　　table[i]=temp;</p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　//將接收字符存在數(shù)組</p><p&

72、gt;　　for(i= 0;i<7;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(table[i]!=table1[i]) </p><p>　　led8=0xff; //比較是否相等</p><p><b>　　else</b></p><

73、p>　　{ lcdflag=1;</p><p>　　led8=0; //開啟蜂鳴器</p><p>　　delay1(1000); //延時(shí)2000ms</p><p><b>　　led8=1;</b></p><p><b>　　}</b></p>

74、<p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　程序編譯過程如圖3：</p><p><b>　　圖3 程序編譯圖</b></p><p

75、>　　3.4 實(shí)物及測試結(jié)果</p><p>　　圖4是本設(shè)計(jì)的硬件實(shí)物圖，包括讀卡器、IC卡、帶有液晶顯示屏的單片機(jī)開發(fā)板，圖5是識別IC卡的顯示結(jié)果。由于沒有上位機(jī)的軟件平臺，本調(diào)試只測試了讀卡器與PC間的通信以及對IC卡的識別和讀寫。通過實(shí)物的測試，讀卡器能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機(jī)PC的通信，同時(shí)讀卡機(jī)可以識別IC卡，當(dāng)兩張IC卡同時(shí)在可探測區(qū)域時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對單獨(dú)卡的讀寫操作，能實(shí)現(xiàn)基本的功能要求。</p

76、><p>　　測試時(shí)以通過RS232/RS485與單片機(jī)的串口相連，利用串口通訊測試軟件進(jìn)行操作，實(shí)際證明，開發(fā)的讀卡器系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試已經(jīng)通過，驗(yàn)證了本文研究與設(shè)計(jì)成果的有效性和實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　圖4 硬件連接圖</b></p><p><b>　　圖5 識別顯示圖</b></p><

77、;p><b>　　4、設(shè)計(jì)心得體會</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，通過對課程和一些課外知識的了解，對單片機(jī)的知識有了更充分的理解，也對單片機(jī)的應(yīng)用方面有了更深的認(rèn)識。對于射頻識別門禁系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還存在著一些不足和缺陷，比如總線驅(qū)動能力不夠，信號受干擾等。隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，射頻卡技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各種行業(yè)，特別是公共交通、無線通信、身份識別、金融交易和安全

78、防衛(wèi)等行業(yè)。毫無疑問地 ，射頻卡技術(shù)將是今后將要進(jìn)一步努力研究的技術(shù)。相應(yīng)的，射頻識別應(yīng)用的門禁及其考勤系統(tǒng)也將變得更普遍，而高級智能門禁系統(tǒng)是門禁系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，開發(fā)更好地門禁系統(tǒng)有利于更好地服務(wù)社會。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 陳國棟 基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]. 碩士論文.長沙：中南大學(xué)， 2