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文章目錄

• • 概要
• 一、主要研究內(nèi)容及總體設(shè)計方案
• • 1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計
  • 1.2系統(tǒng)工作原理
• 二、硬件設(shè)計
• • 2.1 主控電路
• 三、軟件設(shè)計
• • 3.2主程序設(shè)計
  • 實物
  • 附錄1 原理圖
  • 附錄2 源程序清單
• 四、 結(jié)論
• 五、 文章目錄

概要

??本論文重點通過對射頻技術(shù)原理和射頻卡來研究智能門禁系統(tǒng)，而主要的研究對象就是這款非接觸式的IC卡門禁系統(tǒng)。相對于其它的門禁系統(tǒng)，它有著獨特的優(yōu)勢，也使得它的使用最為廣泛，它的核心技術(shù)是將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合，正是通過這種多部分技術(shù)相結(jié)合的形式，使得它的發(fā)展更有前景也更有發(fā)展?jié)摿Α１酒撐膶追N不同的門禁系統(tǒng)進(jìn)行了比較，選出合適的方案，并結(jié)合本系統(tǒng)預(yù)期要達(dá)到的特點加以改進(jìn)，最后完成系統(tǒng)設(shè)計方案，并且詳細(xì)的介紹了該門禁系統(tǒng)的硬件組成、軟件組成，以及各部分的運(yùn)行方式和參數(shù)。
??經(jīng)過最終測試，本設(shè)計達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。這套IC卡門禁系統(tǒng)可以高效的識別IC卡模塊的讀寫，磁鎖部分也能及時的做出開關(guān)指令，并且在IC卡管理上可以進(jìn)行加入用戶卡，刪除用戶卡，以及鍵盤密碼控制等功能?？傮w的系統(tǒng)功能均以達(dá)到了預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；射頻識別技術(shù)；IC讀寫模塊；按鍵

一、主要研究內(nèi)容及總體設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計

??方案一：本方案的核心在于系統(tǒng)的芯片選取上，這里選擇的是PIC16C84單片機(jī)為核心芯片。之所以選這款單片機(jī)芯片是因為其強(qiáng)大的功能，CMOS EEPROM微控制器為8位，在模塊功能上它的性能也十分強(qiáng)大，尤其是它的RISC信號指令。并且它的單字節(jié)的指令有35條，這使得它的運(yùn)行速度更優(yōu)于AT系列單片機(jī)。
??它的主要指令只需要一個指令周期，除了程序分支指令是需要兩個指令周期，而程序分支指令應(yīng)用并不是很多。在芯片內(nèi)有1K×14的EEPROM程序存儲器，而程序指令的寬度僅為14位。顯示模塊選用LCD1602液晶顯示屏，鍵盤上選用獨立式鍵盤，它的功能原理相對簡單，鍵按指的令發(fā)出是通過判斷芯片I/O口處讀取口的電平的高低去判斷的，從而達(dá)到發(fā)射指令控制的這樣效果。
這套方案總體來講核心功能十分強(qiáng)大，但是也有他的不足之處，就是這種方式的I/O口占用的數(shù)量相對較多。而且對鍵盤處理的這一部分還要克服一個鍵盤的抖動的問題。在我們現(xiàn)有的內(nèi)力上想改善防抖問題，分為軟件防抖和硬件防抖，而這一塊的技術(shù)方面我們還尚未做到完善，所以這也是我們的備選方案之一。此方案應(yīng)該選取的控制電路圖如圖1.1所示。

圖1.1 獨立式控制電路圖

??方案二：本方案的核心在于系統(tǒng)的芯片選取上是十分重要的，我選用AT89C51這款芯片。之所以選擇這款芯片是因為，這款芯片它具有很多優(yōu)越性除了低功耗、穩(wěn)定的性能之外還有CMOS 8位微控制器，這款控制器并不是最高效的控制器，但是作為我們系統(tǒng)控制器是足夠的。
??除此之外它有系統(tǒng)可編程Flash存儲器為4K字節(jié)。靈活的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，易失性存儲與工業(yè)其他產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，它的廣泛使用與它良好的兼容性是分不開的。正因如此才使得性能不是最強(qiáng)大的AT89C51在市場有其足夠的市場。
??在控制方面上我預(yù)計選用行列掃描的鍵盤形式，模塊的電源正極通過一個小值電阻連接列線，這套模塊有很多優(yōu)勢，它的輸入端為列線連接的單片機(jī)I/O口，輸出端是以行線所連接的單片機(jī)I/O口。它的工作原理是判斷輸入線的高低電平，進(jìn)而判斷是否有按鍵按下，正常時候是沒有按鍵被按下，它輸出端的所有列線都是高電平，當(dāng)有鍵按下，高電平將會被輸入線拉低。
??這套方案總體巧妙的運(yùn)用了高低電平，并且性價比非常高，以一個較為經(jīng)濟(jì)的價格可以達(dá)到一個令人滿意的系統(tǒng)控制效果，并且51系列單片機(jī)是一款我們相對熟悉的一款芯片，而行列式的控制模塊也跟更容易理解其控制原理，方便我們后期的代碼編寫。所以方案二也是我們的備選方案之一。行列式的控制電路如圖1.2所示。

圖1.2 行列式的控制電路圖

??方案三：本方案的核心在于系統(tǒng)的芯片選取上也是十分重要的，我們以MSP430單片機(jī)芯片為核心。這款單片機(jī)有很多它獨有的優(yōu)勢，擁有16位的混合信號處理器，最大的特點就是它的功率功耗很小，并且它的健康使用時間更長，并且可以高效、精準(zhǔn)的處理混合信號。最開始的時候它是由美國的德州儀器（TI）開始推出市場，它的應(yīng)用也比較廣泛，主要優(yōu)勢體現(xiàn)于高可靠性、方便擴(kuò)展、功耗更小、所占空間更小、使用更為簡潔等優(yōu)點，主要針對于更大功能需求上的應(yīng)用需要。
??系統(tǒng)上它把各個模塊的模擬電路、數(shù)字電路和微處理器匯到一起，然后通過強(qiáng)大的芯片對其進(jìn)行混合信號的處理，然后迅速發(fā)出指令，它的指令集是十分簡單迅速的、更低的功耗的混合型單片機(jī)，這款單片機(jī)通體來說具有很好整合電路能力，所以這是我們選擇這款芯片原因。然而我們在能完成相對簡單的電路的前提下，我們考慮芯片的經(jīng)濟(jì)價格。
??最后就是我們整個電路的而核心控制模塊的選取了。這是一款串并轉(zhuǎn)換電路的鍵盤形式這款控制電路為74LS164，它一共有8個按鍵，工作原理為串并轉(zhuǎn)化芯片它把SDA（P10）上的串行數(shù)據(jù)化為8位的并行數(shù)據(jù)。正是通過并行數(shù)據(jù)達(dá)到其數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?。它以S1-S8作為盤掃描，S1-S8依次輸出低電平，當(dāng)掃描到其他的管腳上是，如果S1～S7上的數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單處理得到對應(yīng)的鍵值。則說明掃描到的是P11等于0。如果P11檢測為高電平，那么說明電路是沒有按鍵為關(guān)閉狀態(tài)。
??總體來講，74LS164型號的控制器擁有較為齊全的功能，但是較我們以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，這款74LS164型號的控制器我們應(yīng)用較少，相對陌生。74LS164控制器電路圖如圖1.3所示。

圖1.3 74LS164型號的控制器電路圖

??通過以上三種方案的對比，第一種方案總體的功能十分強(qiáng)大，但是難以解決防抖問題，而第三套方案的功能也很成熟，但價格方面較高。綜合上述方案的優(yōu)缺點，我們基于經(jīng)濟(jì)和知識貯備等多方面的考慮，最終選擇最為常用的方案二AT89C51系統(tǒng)。

1.2系統(tǒng)工作原理

（1）通過對系統(tǒng)初始化，然后通過掃描IC卡，系統(tǒng)會對卡片進(jìn)行校驗，校驗成功方可打開電磁鎖；
（2）智能門禁系統(tǒng)可以對IC進(jìn)行增加或刪除，并且?guī)в酗@示器，可以直觀的了解當(dāng)前的系統(tǒng)或卡片情況，從而進(jìn)行設(shè)置，而硬件上采用單片機(jī)和IC讀寫模塊+DS1302+LCD1602液晶總線技術(shù)；
（3）具有通訊報警功能，綠燈表示允許通過，紅燈表示禁止通過；
（4）門禁系統(tǒng)的本模塊是將接觸式IC卡技術(shù)應(yīng)用于其中，使得整個門禁系統(tǒng)具有使用方便、快捷、安全的特點。除此之外還有很高的性價比和優(yōu)越的擴(kuò)展性。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1.4所示。

圖1.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

二、硬件設(shè)計

2.1 主控電路

在主控電路上，本系統(tǒng)采用的是最為經(jīng)濟(jì)常用的AT89C51單片機(jī)，它的工作電壓為4.5V-5.5V，工作頻率在40MHz之內(nèi)。主控模塊的是通過AT89C51對各部分模塊進(jìn)行功能整合最終達(dá)到完整系統(tǒng)運(yùn)行的。它共有的四個并行的I/O口為P0.1、P0.1、P0.2、P0.3，這里面P0.1口只是普通的I/O口；P0.0可以做數(shù)據(jù)總線、地址總線的端口；P0.2可以做地址總線；P3的功能最為強(qiáng)大可以作為RXD、TXD、WR、RD、INT0、INT1來使用。正是因為其完善的端口功能也使得系統(tǒng)的各個模塊正常運(yùn)行得以保障。主控芯片AT89C51原理圖如圖2.1所示。

圖2.1 AT89C51原理圖

三、軟件設(shè)計

3.2主程序設(shè)計

軟件主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，所以第一步就要將始化完成，在主程序可以完整運(yùn)行的前提下控制程序的流向，然后調(diào)用相關(guān)子程序的功能。當(dāng)子程序的運(yùn)行也沒有問題后，上電復(fù)位，程序開始運(yùn)行。其中詳細(xì)包括：
●單片機(jī)I/O口及內(nèi)部寄存器變量初始化，使整個系統(tǒng)處于一個確定的工作狀態(tài)。
●定時器TO和T1的初值的設(shè)置：定時計數(shù)器Tl用作串口通信的波特率發(fā)生器，波特率為9600bit／s；定時計數(shù)器T0用作定時計數(shù)器，定時時間為65ms。
●中斷請求控制寄存器的設(shè)置，包括定時／計數(shù)器的中斷標(biāo)志、外中斷1的觸發(fā)方式控制位、串行發(fā)送／接收中斷標(biāo)志、中斷的使能。
●LCD1602顯示器工作狀態(tài)寄存器的設(shè)置，除了顯示器的亮度和清晰度之外還包括掃描位數(shù)的設(shè)定，以及系統(tǒng)開關(guān)的提示。
●讀卡芯片工作寄存器的設(shè)置，然后對天線、詢卡、緩沖區(qū)相關(guān)寄存器進(jìn)行指令設(shè)置。設(shè)置成功之后，將程序進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，依次判斷是否需要回鈴、提示用戶、設(shè)置管理RFID卡(新卡注冊或舊卡注銷)等。主程序工作流程圖如圖3.3所示。

圖3.3 主程序工作流程圖

系統(tǒng)工作流程：首先為系統(tǒng)供應(yīng)5V電壓，開啟開關(guān)，選擇按鍵按鈕讓其復(fù)位，然后讀卡模塊會自動尋卡，當(dāng)管理IC卡刷過后，讀卡系統(tǒng)會自動掃描，并且會進(jìn)行防沖突和選擇卡片等系統(tǒng)功能，最后進(jìn)行驗證，對卡進(jìn)行操作是否寫卡，如果通過寫卡將經(jīng)過寫卡流程，如果系統(tǒng)識別為不寫卡則會進(jìn)行讀卡操作，并且會進(jìn)行上述操作。除此之外這部分還可以對有效卡片的刪除和添加功能進(jìn)行設(shè)置，按鍵輸入和設(shè)置密碼控制繼電器，控制信號會同時反饋到液晶顯示器上進(jìn)行顯示狀態(tài)。本系統(tǒng)實現(xiàn)了IC卡刷卡產(chǎn)生的信號去控制繼電器開斷，以此表示門的開放或關(guān)閉，整套流程的實現(xiàn)最終構(gòu)成一套完整的工作系統(tǒng)。

實物

附錄1 原理圖

附錄2 源程序清單

#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
sbit  cp=P1^0;
sbit  sck=P1^1;
sbit  so=P1^2;	
sbit  beep=P3^7;	
sbit  led5=P0^5;
sbit  KD_KEY = P2^6;
sbit  KEY_SDA=P2^7;
sbit  KEY_CLK=P2^5;
unsigned char  chcardno[10][5]={0};
unsigned char  cardok;
unsigned char j=0;
unsigned char count;
unsigned char a;
unsigned char cardno[5]={0};
unsigned char key_value;
unsigned char b=1;
//---------毫秒延時子程序----------
void  delay2(unsigned char ms)
{unsigned char i;while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}
}
//---------蜂鳴器--------------
unsigned  char  feib(void)
{
beep=0;
led5=0;
delay2(250);
beep=1;
led5=1;
delay2(250);
}
void send(unsigned char a)	 
//判斷是不是有鍵按下
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++){if(_crol_(a,i)&0x80)KEY_SDA=1;elseKEY_SDA=0;KEY_CLK=0;KEY_CLK=1;}
}
unsigned char key(void)
//判斷是第幾鍵按下
{
unsigned char buffer,display_bit,i;
buffer=0xff;//賦初值為0xff
delay2(250);//延時去抖動
display_bit=0xfe;//掃描鍵盤
for(i=0;i<8;i++)
{
send(display_bit);
if(!KD_KEY)//是此鍵按下嗎？
{ 
buffer=display_bit;//是，則保存其鍵值
return(i);
break;//退出
}
display_bit=_crol_(display_bit,1);
//檢測下一鍵
}
}
//------同步串行口接收一字節(jié)-------
unsigned char rx1byte()
{char i;char rxdata;for(i=9;--i;){rxdata<<=1;while(sck==0)//等待始終上升沿continue;if(so==1)//讀數(shù)據(jù)++rxdata;while(sck==1)continue;}return rxdata;
}
//--------同步串行口接收-------
unsigned char rx(void)
{char i;if(cp==1)//檢測CP腳是否出現(xiàn)低電平return;EA=0;//屏蔽中斷for(i=25;--i;)//保證CP的寬度大于時鐘寬度{if(sck==0){EA=1;return;}}while(sck==1)//等待時鐘線出現(xiàn)低電平continue;cardno[0]=rx1byte();//讀第一個字節(jié)cardno[1]=rx1byte();//讀第二個字節(jié)cardno[2]=rx1byte();cardno[3]=rx1byte();cardno[4]=rx1byte();cardno[5]=rx1byte();   //讀第六個字節(jié)while(cp==0)       //等待CP腳恢復(fù)高電平continue;EA=1;
//讀卡結(jié)束，校驗卡號i=cardno[0]+cardno[1]+cardno[2]+cardno[3]+cardno[4];if(i=cardno[5]){cardok=1;}}
//---------------管理卡程序-----------
unsigned char zjz (void)
{char i=0;while(1){rx();P0=0XFF;if(cardok==1)//判斷是否有刷卡{cardok=0;	if(chcardno[0][5]==0)//判斷是否有管理卡{ 	feib();feib();chcardno[0][5]=cardno[5];//設(shè)計為管理卡}else{
if(chcardno[0][5]==cardno[5])//判斷是否是管理卡{ feib();feib();feib();delay2(250);while(1){rx();if(cardok==1)//判斷是否有刷卡{feib();cardok=0;TR0=1;//起動定時器0count=0;break;}}}else{ for(a=1;a<=b;a++){if(chcardno[a][5]==cardno[5])//判斷是否是用戶卡{feib();break;}}}}}}
}//----------定時器子程序---------
void timer1(void) interrupt 3
{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65526-50000)%256;count++;key_value=key();switch(key_value){case 0://按鍵1feib();chcardno[b][5]=cardno[5];//添加用戶卡cardno[5]=0;b++;break;case 1://按鍵2feib();feib();for(a=1;a<=b;a++){if(chcardno[a][5]==cardno[5]){chcardno[a][5]=chcardno[b][5];//刪除用戶卡}}break;case 2://按鍵3feib();feib();feib();chcardno[0][5]=0;//刪除管理卡break;  case 3://按鍵4feib();feib();feib();feib();for(a=1;a<=b;a++){chcardno[a][5]=0;//清空所有用戶卡}break;}if(count==50)//定時5S是否到{ TR0=0;	EA=0;}
}
//--------------------主程序--------------
void  main(void)
{TMOD=0x01;   //定時器0TH0=(65536-50000)/256;//定時器0初始華TL0=(65526-50000)%256;EA=1;ET0=1;P0=0XFF;zjz();
}

四、 結(jié)論

相對與其他磁卡鎖系統(tǒng)如：生物虹膜門禁系統(tǒng)、指紋門禁系統(tǒng)、以及更為高級的面部識別系統(tǒng)相比，它們的使用范圍不同，經(jīng)濟(jì)價格不同，方便程度也各不相同。IC卡門禁系統(tǒng)有著獨特的自身優(yōu)勢，其價格更為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用范圍更加寬泛，可以滿足大多數(shù)用戶的使用。除此之外就是IC卡門禁系統(tǒng)的獨有特性了，它可以通過較為簡單的電路，通過對讀卡器進(jìn)行簡單的設(shè)計，就可以滿足更多復(fù)雜條件或多變環(huán)境下的場合工作。
通過本次設(shè)計項目，也讓我對我們專業(yè)的內(nèi)容有了更深入的了解，無論是Keil5的主程序設(shè)計、還是硬件上的讀卡器設(shè)計、顯示器模塊的設(shè)計、控制電路的組裝焊接、以及其結(jié)構(gòu)組成都有了更深層次的了解。IC卡門禁系統(tǒng)的迅猛發(fā)展會隨著我們的科技發(fā)展不斷的發(fā)展，未來會增加更多方便、實用、安全的功能。并且在使用范圍也會更加廣泛，比如在住戶、銀行、公司企業(yè)和智能大廈等部門都可能會被廣泛應(yīng)用，甚至發(fā)展到其他經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后的國家，總而言之科技的發(fā)展必將帶來技術(shù)上的進(jìn)步，IC卡門禁系統(tǒng)的未來發(fā)展必將呈現(xiàn)出勢如破竹之勢。

五、 文章目錄

目 錄
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 主要研究內(nèi)容及總體設(shè)計方案 3
1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計 3
1.2系統(tǒng)工作原理 6
2 硬件設(shè)計 7
2.1 主控電路 7
2.2 電源模塊電路 10
2.3 鍵盤模塊電路 10
2.4 讀卡器模塊電路 10
2.4.1 讀卡器模塊 11
2.4.2 IC卡的功能組成 12
2.5 射頻識別電路 14
2.6 顯示模塊電路 14
3 軟件設(shè)計 16
3.1 系統(tǒng)程序開發(fā)流程 16
3.2 主程序設(shè)計 18
4 實物制作 21
結(jié) 論 23
參考文獻(xiàn) 24
附錄1 原理圖 25
附錄2 源程序清單 26
致 謝 32

………………62