基于rfid的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子與通信工程系 </p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　智能門禁系統(tǒng)在自動(dòng)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(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，智能識(shí)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(shì)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(jì)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(jì)、軟

3、件設(shè)計(jì)過程，對(duì)硬件子電路的選型設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)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(shí)則讀卡內(nèi)數(shù)據(jù)后通過單片機(jī)處理后程序自動(dòng)判斷是不是合法RFID卡，并且將卡號(hào)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(dòng)，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(shì)

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(shì)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(shí)別技術(shù)5</p><p>　　2.2 射頻識(shí)別技術(shù)原理5</p><p>　　2.3 射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6</p>

15、<p>　　2.4 門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)

16、10</p><p>　　3.1門禁系統(tǒng)工作原理和電路設(shè)計(jì)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(chǔ)電路14</p>

17、;<p>　　3.4.1 EEPROM存儲(chǔ)器接口16</p><p>　　3.4.2 I2C總線協(xié)議16</p><p>　　3.5 時(shí)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(shí)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(jì)22</p><p>　　4.1 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)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(yàn)證25</p><p>　　4.3.5 讀取卡號(hào)26</p><p>　　4.3.6 卡掛起26</p><p>　　4.4 其他程序設(shè)計(jì)流程圖26&

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

21、>　　4.5 程序編譯與調(diào)試32</p><p>　　4.5.1 建立項(xiàng)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(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)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?cè)絹碓疥P(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)集電腦技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、磁電技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)于一體，使卡與鎖之間實(shí)現(xiàn)完整

25、“對(duì)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(dòng)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(shí)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(shí)，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(dòng)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(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施結(jié)合起來。在社會(huì)財(cái)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(duì)應(yīng)的智能門禁系統(tǒng)，識(shí)別出入口人員的身份，對(duì)出入口進(jìn)行控制。本課題提出了基于射頻識(shí)別的門禁控制系統(tǒng)，具體分析和研究了其中的一個(gè)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(cái)產(chǎn)安全的重要措施，其研究結(jié)果具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)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(shì)</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(chǎng)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(chǎng)的不斷成熟發(fā)展，人們?cè)诟惺艿介T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(shì)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(chǎng)，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(chǎng)。</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(jì)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(shí)現(xiàn)大批次的設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)別芯片，國內(nèi)對(duì)門禁系統(tǒng)的研究已經(jīng)從認(rèn)識(shí)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(duì)門

31、禁系統(tǒng)的研究仍然處于仿制階段，沒有對(duì)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(shì)</p><p>　　出入口門禁系統(tǒng)顧名思義就是對(duì)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(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)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(duì)出入口通道的管理程度，使通道管理進(jìn)入了電子時(shí)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(shí)這個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當(dāng)時(shí)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(shí)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(shí)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?cè)诎踩裕奖阈?，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(huì)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(shí)都寫有唯一的不可更改的編號(hào)，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(gè)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(duì)國內(nèi)目前的市場(chǎng)需求情況，通過51單片機(jī)實(shí)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(shí)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(jì)了門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，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(jì)方案，包括設(shè)計(jì)主程序流程圖和模塊子程序，并進(jìn)行實(shí)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(shì)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(shí)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(jì)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(jì)。主要講述門禁系統(tǒng)基本工作原理和設(shè)計(jì)框圖及外圍模塊電路的設(shè)計(jì)以及展示了門禁系統(tǒng)的硬件實(shí)物。</p><p>　　第四章：門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要講述軟件設(shè)計(jì)框圖、主程序設(shè)計(jì)流程和各個(gè)子程序模塊的設(shè)計(jì)，并且對(duì)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(shí)別技術(shù)</p><p>　　射頻識(shí)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(dòng)識(shí)別技術(shù)，它是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。射頻識(shí)別是無線電識(shí)別的簡稱，它源于無線電通信技術(shù)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)智能控制、智能識(shí)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(shí)別技術(shù)具有非接觸、自動(dòng)完成識(shí)別過程、不易損壞、可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(shí)別系統(tǒng)原理圖</p><p>　　其中，讀寫器一般作為計(jì)算機(jī)終端，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲(chǔ)，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(chǔ)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(chǎng)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(shí)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(hào)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(chǔ)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?，RFID 卡與讀寫器實(shí)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(dòng)電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)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(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　射頻識(shí)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(chǔ)器，內(nèi)存容量為幾個(gè)比特到幾十千比特?？梢源鎯?chǔ)永久性數(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(hào)，它是用來作為RFID卡的唯一身份標(biāo)識(shí)，不能更改；非永久性數(shù)據(jù)寫在EEPROM等可重寫的存儲(chǔ)器內(nèi)，用以存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)。RFID卡可以根據(jù)讀寫器發(fā)出的指令對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)相互認(rèn)證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、出錯(cuò)報(bào)警及與計(jì)算機(jī)通信等功能。計(jì)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(jì)的基本原則 </p><p>

46、　　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(shí)性等特點(diǎn)，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(shí)時(shí)性，又要能符合實(shí)際需要。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：</p><p>　　(1)實(shí)用性 門禁系統(tǒng)的內(nèi)容應(yīng)符合實(shí)際需要，不能華而不實(shí)。如果片面追求系統(tǒng)的超前性，勢(shì)必造成投資過大

47、，離實(shí)際需要偏離太遠(yuǎn)。因此，系統(tǒng)的實(shí)用性是首先應(yīng)遵循的第一原則。</p><p>　　(2)實(shí)時(shí)性 如果門禁系統(tǒng)中任何一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)差錯(cuò)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(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&

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(shí)，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(jì)與實(shí)施應(yīng)考慮到將來可擴(kuò)展的實(shí)際需要，亦即：可靈活增減或更新各個(gè)子系統(tǒng)，滿

49、足不同時(shí)期的需要，保持長時(shí)間領(lǐng)先地位，成為智能建筑的典范。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)需要實(shí)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(jí)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(jì)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(shí)，也要考慮到即使因?yàn)橐庀氩坏降脑蚨l(fā)生問題時(shí)，保證數(shù)據(jù)的方便保存和快速恢復(fù)，并且保證緊急時(shí)能迅速地打開通道。整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)是在線式的，不會(huì)因?yàn)椴糠衷O(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(cái)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(duì)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(jì)，用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬汽車進(jìn)入小區(qū)刷卡開門，當(dāng)RFID為合法卡時(shí)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(hào)；</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(hào)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(shí)現(xiàn)刷卡，讀取卡號(hào)，卡號(hào)及看門狀態(tài)會(huì)用LCD1602液晶顯示屏顯示；</p><p>　　2)采用實(shí)現(xiàn)將RFID卡號(hào)保存到存儲(chǔ)器EEPROM中的方法來進(jìn)行注冊(cè)，刷卡時(shí)查詢存儲(chǔ)器的卡號(hào)是否存在，若存在則合法開門；</p><p>　　3)采用定時(shí)器DS1302進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，時(shí)間到期后需重新注冊(cè)；</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(hào)合法時(shí)步進(jìn)

54、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)的理論知識(shí)，首先概述了射頻識(shí)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(jì)的基本原則，包括：實(shí)用性、實(shí)時(shí)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(jì)</p><p>　　3.1門禁系統(tǒng)工作原理和電路設(shè)計(jì)主框圖</p><p>　　此次設(shè)計(jì)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(chǔ)模塊、定時(shí)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?？刂颇K采用STC89C52RC單片機(jī)，它具有8K可編程Flash存儲(chǔ)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(shí)物圖&

57、lt;/p><p>　　FM1702SL是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(duì)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(gè)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(shí)時(shí)時(shí)

60、鐘（RTO）、存儲(chǔ)器以及LCD和LED顯示驅(qū)動(dòng)器等。SPI系統(tǒng)可與各個(gè)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(shí)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(jì)，提高設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)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(gè)端口，

62、分別與收和發(fā)兩條通信線路連接，與通信對(duì)端單片機(jī)的移位寄存器，恰好構(gòu)成一個(gè)“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(dòng)裝入移位寄存器A；同時(shí)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(dòng)裝入移位寄存器B。</p><p>　　然

63、后主機(jī)啟動(dòng)發(fā)送過程，送出時(shí)鐘脈沖信號(hào)，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(shí)，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(gè)時(shí)鐘脈沖過后，時(shí)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(dòng)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(dòng)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(cè)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(cè)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(gè)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(shí)的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號(hào)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(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為4塊，每塊16個(gè)字節(jié)，以塊為存取單位</p>&l

66、t;p>　　3)每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制</p><p>　　4)每張卡有唯一序列號(hào)，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(shí)，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(yàn)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(shí)，防沖突機(jī)制會(huì)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(huì)返回被選卡的序列號(hào)。</p><p>　　(3)選擇卡片 選擇被選中的卡的序列號(hào)，并同時(shí)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(hào)，并對(duì)該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)，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(shí)，則必須進(jìn)行另一扇區(qū)密碼校驗(yàn)。）</p><p>　　其次系統(tǒng)的工作方式為：</p><p>　　STC89C52RC控制FM1702SL，驅(qū)動(dòng)天線對(duì)Mifare卡進(jìn)行讀寫操作；然后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其他器件進(jìn)行操作，如當(dāng)刷卡成功時(shí)要把卡號(hào)存到存儲(chǔ)器EEPRO

70、M，以便判斷卡號(hào)是否合法刷卡開門。整個(gè)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(chǔ)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(hào)，單片機(jī)再控制存儲(chǔ)器EEPROM將其接收到的卡號(hào)保存，這就是注冊(cè)模式。在正常情況下讀卡器一只檢測(cè)是否刷卡，并判斷RFID卡是否

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

72、可以開門。因此要把卡號(hào)存入存儲(chǔ)器EEPROM中，實(shí)現(xiàn)對(duì)于RFID卡的登記。</p><p>　　存儲(chǔ)器有并行存儲(chǔ)器和串行存儲(chǔ)器之分，其中并行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(shí)間的工作會(huì)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(chǔ)器體積小，與CPU接口簡單，一般只要占用CPU的2至3個(gè)I/O端口。在由上比較，此次設(shè)計(jì)中我們選用串行存儲(chǔ)器。在此設(shè)計(jì)中

73、選用AT24C02，它與更高容量的存儲(chǔ)器兼容，出現(xiàn)問題時(shí)易于更換。AT24C02由SCL、SDA引腳進(jìn)行串行通信的讀寫存儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)器接口 </p><p>　　存儲(chǔ)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(gè)地址單片機(jī)最多可尋址8個(gè)AT24C02，8個(gè)芯片都有固定的地址，分別對(duì)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(gè)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(shí)鐘輸入線，用于產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘。</p><p>　　4)WE是寫保護(hù)線，接到VCC為存儲(chǔ)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(shí)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(gè)時(shí)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(shí)才允許啟動(dòng)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(shí)SDA的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號(hào)。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(hào)，出現(xiàn)山低到高的跳變作為I2C總線的停止信號(hào)。起停信號(hào)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(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)

79、應(yīng)答位。低電平為應(yīng)答信號(hào)，高電平為非應(yīng)答信號(hào)。</p><p>　　6)接收器輸出應(yīng)答信號(hào)時(shí)，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(hào)后置于低功耗的備用方式（StandbyMode），起始/停止時(shí)序見圖3-5所示[14]。</p><p>　　圖3-5 數(shù)據(jù)傳輸起始/停止時(shí)序</p><p><b>　　3.5 時(shí)鐘芯片</b>&l

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

81、鐘芯片與單片機(jī)連接電路</p><p>　　本次實(shí)際中所用到的時(shí)鐘芯片是DS1302，DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片DS1302，它擁有31個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM和實(shí)時(shí)時(shí)間，通過簡單的串行接口連接可以與單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘通信。提供秒、分、時(shí)日、日期、月及年份信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)都會(huì)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整計(jì)算。時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302時(shí)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(shí)鐘。時(shí)鐘的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多個(gè)個(gè)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(shí)鐘芯片提供時(shí)鐘脈沖。復(fù)位腳CE、數(shù)據(jù)I/O 及串行時(shí)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(duì)與單片機(jī)的時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)通信采用串行通信方式，CE為通信允許信號(hào)，當(dāng)CE=1允許進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，CE=0時(shí)禁止通信；I/O為雙向串行數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，SCLK為串行數(shù)據(jù)的位同步脈沖信號(hào)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302通過CE、SCLK和I/O三個(gè)管腳與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)兩芯片間的實(shí)時(shí)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(dòng)電路</p><p>　　本文所做的是用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)門的開與關(guān)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)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(hào)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(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)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(diǎn)，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(jì)使用的是達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器ULN2003來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使用的是五線四相異步電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)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(shí)，即該卡已經(jīng)被注冊(cè)后，再次刷卡后步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)模擬開門效果，然而開門之后什么時(shí)候關(guān)門便值得思考。一定要保證刷卡者確實(shí)已通過，不會(huì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否刷卡者已通過，當(dāng)檢測(cè)不到障礙物時(shí)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(shí)物圖</p><p>　　該傳感器模塊對(duì)環(huán)

87、境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)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(cè)方向遇到障礙物（放射面）時(shí)，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(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍2～30cm，工作電壓3.3V～5V。該傳感器的探測(cè)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(diǎn)[16]。</p><p>

88、　　3.8 硬件實(shí)物展示 </p><p>　　基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 門禁系統(tǒng)硬件實(shí)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(jì)。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(gè)模塊；然后分別細(xì)致的介紹了主要模塊的硬件設(shè)計(jì)，包括讀卡器模塊FM1702SL、Mifare射頻卡、存儲(chǔ)器EEPROM：AT24C02、時(shí)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(gè)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(gè)RFID門禁系統(tǒng)的硬件實(shí)物圖。</p><p>　　第4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</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(diǎn)是代碼生成效率高，程序運(yùn)行速度快；缺點(diǎn)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(cuò)比較困難。C語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，在國際上十分流行，它既可用來編寫計(jì)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(duì)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(chǔ)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(jì)。</p><p>　　4.1 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)中

92、的程序是由多個(gè)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(shí)現(xiàn)期限管理，所以要有定時(shí)器DS1302時(shí)間記錄模塊。此外，因?yàn)橐芽ㄌ?hào)存入存儲(chǔ)器EEPROM中，所以有存儲(chǔ)模塊程序。該設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)卡片數(shù)據(jù)塊的操作等。讀卡程序的設(shè)計(jì)思想是在上電初始化后，射頻場(chǎng)一旦檢測(cè)有Mifare卡進(jìn)入射頻天線的有效范圍，讀卡程序按順序啟動(dòng)防沖突程序和認(rèn)證程序，驗(yàn)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(gè)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(dòng)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(chǎng)能量進(jìn)行工作，不會(huì)主動(dòng)發(fā)出信號(hào)。讀卡器必須不間斷地向外發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，符合條件的卡只有在接收到請(qǐng)求信號(hào)之后才會(huì)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(qǐng)求信號(hào)，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(qǐng)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(hào)，則可跳過此步，直接進(jìn)入選卡命令，若不知道卡的序列號(hào)，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(hào)。若同時(shí)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(hào)。</p><p>　　防沖突指令只是獲得一張Mifare卡的序列號(hào)，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(hào)為40位長5個(gè)字節(jié)，實(shí)際有意義的只有前4個(gè)字節(jié)，最后一個(gè)字節(jié)是序列號(hào)的異或校驗(yàn)的校驗(yàn)碼，在獲得序列號(hào)之后，一般應(yīng)在程序中對(duì)所接收到的序列號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，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(hào)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(duì)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?yàn)榭ㄆ挥邢缺贿x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(shí)現(xiàn)的。</p><p><b>　　4.3.4 驗(yàn)

99、證</b></p><p>　　在對(duì)所選Mifare卡進(jìn)行讀、寫之前，必需對(duì)Mifare卡進(jìn)行驗(yàn)證，也即檢查卡的合法性，這可以通過將存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)，如果它們匹配，說明所選Mifare卡合法，則卡的驗(yàn)證成功，允許對(duì)卡進(jìn)行讀、寫操作。驗(yàn)證卡片的過程是通過Authentication( )函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。</p><p

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

101、gt;</p><p>　　當(dāng)對(duì)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(shí)即使卡在感應(yīng)區(qū)域，讀卡器也不會(huì)再對(duì)該卡進(jìn)行任何操作[17]。</p><p>　　4.4 其他程序設(shè)計(jì)流程圖 </p><p>　　4.4.1 LCD1602顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示程序的主要功能是對(duì)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(shí)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(gè)慢顯示器件，在系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)控制指令時(shí)，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(jì)流程圖</p><p>　　4.4.2 按鍵控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)要對(duì)RFID卡進(jìn)行注冊(cè)，識(shí)別，并且有期限管理等多種操作，所以要通過按鍵來實(shí)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(shí)器模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　該門禁系統(tǒng)不但要求能夠清除卡號(hào)，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(shí)間之后會(huì)無法刷卡開門，因此我用定時(shí)器DS1302來完成此項(xiàng)功能。給定時(shí)器設(shè)定一個(gè)初始時(shí)間，門禁系統(tǒng)開始

105、運(yùn)行時(shí)定時(shí)器時(shí)間開始增加，程序中設(shè)置一段時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)單片機(jī)就會(huì)控制存儲(chǔ)器EEPROM使存儲(chǔ)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(shí)器模塊程序流程圖</p><p>　　4.4.4 存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　存儲(chǔ)器EEPROM采用AT24C02，主要的用途是把在注冊(cè)模式下所刷的RFID卡的卡號(hào)保存起

106、來，使RFID卡合法化。已經(jīng)保存的卡號(hào)則為合法卡，可以開門。保存卡號(hào)的過程是在注冊(cè)模式下完成的，當(dāng)LCD1602顯示“Register Mode”此時(shí)刷卡存儲(chǔ)器便會(huì)保存卡號(hào)完成注冊(cè)，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(jì)</p><p>　　本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式

107、來模擬刷卡之后的開門，但是我對(duì)開門之后什么時(shí)候關(guān)門這個(gè)問題思考了很久。因?yàn)楸仨毜鹊剿⒖ㄕ哌M(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(shí)間還沒有關(guān)門。最后決定加入紅外傳感器這個(gè)器件，他的輸出端與單片機(jī)I/O口相連，當(dāng)他檢測(cè)到障礙物時(shí)輸出端會(huì)有一個(gè)低電平信號(hào)，此時(shí)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(shí)則關(guān)門，形成一個(gè)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(gè)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(gè)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(xiàng)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(diǎn)擊Project->New Project菜單，輸入工程名稱，這里為rfid.Uv2，在彈出的對(duì)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