基于51單片機(jī)的RFID門禁系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 課題名稱 基于51單片機(jī)的RFID門禁系統(tǒng) 摘要 門禁對于我們?nèi)粘Ｉ顏碚f應(yīng)該可以說是非常常見的，智能門禁系統(tǒng)在現(xiàn)在自動化應(yīng)用中也是非常廣泛的；隨著現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家具系統(tǒng)開始普遍出現(xiàn)在日常生活中，我們對安全的要求也越來越高；智能識別技術(shù)開始運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域，而智能識別技術(shù)運(yùn)用在門

2、禁系統(tǒng)中大大地提高了門禁系統(tǒng)的安全性及易用性而受到廣泛關(guān)注。 本文就RFID門禁系統(tǒng)的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢，提出了基于51單片機(jī)的RFID門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，簡述了RFID門禁系統(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)、軟件設(shè)計(jì)，對硬件子電路的設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)等作了詳細(xì)介紹。 RFID門禁系統(tǒng)主要采用了STC89C52RC單片機(jī)作為控制模塊及FM1702SL讀卡器作為識別模塊。門禁系統(tǒng)能讀寫標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式射頻卡，讀取射頻卡的距離約10cm左右。當(dāng)有卡進(jìn)入讀取范圍時(shí)則讀取卡內(nèi)數(shù)據(jù)然后通過單片機(jī)處理后程序自動判斷是不是已注冊RFID卡，并且將卡號顯示到LCD1602顯示屏上

3、。如果是已注冊的RFID卡則可以使繼電器工作，以達(dá)到開門效果。 關(guān)鍵詞：RFID；智能門禁系統(tǒng)；STC89C52RC；FM1702SL I 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 摘要 I 目錄 II 第一章 緒論 - 1 - 1.1 課題背景及意義 - 1 - 1.1.1 課題背景 - 1 - 1.1.2 課題意義 - 1 - 1.2 RFID門禁系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 - 1 - 1.2.1 門禁系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀 - 1 - 1.2.2 門禁系統(tǒng)發(fā)展趨勢 - 2 - 1.3 本文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu) - 2 - 1.3.1 本文主要內(nèi)容 - 2 - 1

4、.3.2 本文結(jié)構(gòu) - 2 - 第二章 RFID門禁系統(tǒng)理論 - 4 - 2.1 射頻識別技術(shù)及其原理 - 4 - 2.1.1 射頻識別技術(shù) - 4 - 2.1.2 射頻識別技術(shù)原理 - 4 - 2.2 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu) - 5 - 2.3 RFID門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則 - 6 - 2.4 本章小結(jié) - 7 - 第三章 RFID門禁系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) - 8 - 3.1 RFID門禁系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì)主框圖 - 8 - 3.2 FM1702SL讀卡器 - 9 - 3.2.1 SPI總線協(xié)議 - 10 - 3.3 Mifare射頻卡介紹 - 11 - 3.4 串行EEPROM

5、存儲電路 - 12 - 3.4.1 EEPROM存儲器接口 - 13 - 3.4.2 I2C總線協(xié)議 - 13 - 3.5 時(shí)鐘芯片 - 14 - 3.6 步進(jìn)電機(jī)電路 - 15 - 3.7 紅外傳感器 - 16 - 3.8本章小結(jié) - 16 - 第四章 RFID門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) - 17 - 4.1 RFID門禁系統(tǒng)軟件模塊框圖 - 17 - 4.2 門禁系統(tǒng)主程序介紹 - 18 - 4.3 讀卡過程及程序設(shè)計(jì)流程圖 - 19 - 4.3.1 尋卡 - 20 - 4.3.2 防沖突 - 20 - 4.3.3 選擇卡片 - 20 - 4.3.4 驗(yàn)證 - 20 -

6、 4.3.5 讀取卡號 - 21 - 4.3.6 卡掛起 - 21 - 4.4 其他程序設(shè)計(jì)流程圖 - 21 - 4.4.1 LCD1602顯示程序設(shè)計(jì) - 21 - 4.4.2 按鍵控制程序設(shè)計(jì) - 23 - 4.4.3 定時(shí)器模塊程序設(shè)計(jì) - 24 - 4.4.4 存儲程序設(shè)計(jì) - 25 - 4.4.5 開門模塊程序設(shè)計(jì) - 26 - 4.5 程序編譯與調(diào)試 - 27 - 4.5.1 建立項(xiàng)目工程 - 27 - 4.5.2 程序編譯調(diào)試 - 28 - 4.6 本章小結(jié) - 28 - 結(jié)論 - 29 - 參考文獻(xiàn) - 30 - 致謝 - 31 - III

7、 第1章 緒論 1.1 課題背景及意義 1.1.1 課題背景 射頻識別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID技術(shù)具有防水、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)，應(yīng)用在各領(lǐng)域；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，智能門禁系統(tǒng)由此而研發(fā)。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

8、頻識別技術(shù)于一體，以智能卡的方式來控制門鎖的開啟，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51單片機(jī)的RFID門禁系統(tǒng)就是這樣的一種系統(tǒng)。 1.1.2 課題意義 隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展；機(jī)械鎖已經(jīng)無法滿足人們對于門的安全要求，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)，智能門禁系統(tǒng)把自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施結(jié)合起來。本課題提出了基于51單片機(jī)的RFID門禁系統(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

9、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。 1.2 RFID門禁系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 門禁系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀 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)[1]。 1.2.2 門禁系統(tǒng)發(fā)展趨勢 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

10、道（像辦公室，酒店客房）鑰匙的管理很麻煩，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(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

11、泛。 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[2]。 1.3 本文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 1.3.1 本文主要內(nèi)容 本文針對國內(nèi)目前的市場需求情況，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

12、程序流程圖和模塊子程序，并進(jìn)行實(shí)際電路調(diào)試。 1.3.2 本文結(jié)構(gòu) 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。 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(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。 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。 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)，并且對程序的編譯與調(diào)試做出了簡要的說明。 - 3 -

13、 第2章 RFID門禁系統(tǒng)理論 2.1 射頻識別技術(shù)及其原理 2.1.1 射頻識別技術(shù) 射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification）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(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)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(jì)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(diǎn)，極大地加

14、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[3]。 2.1.2 射頻識別技術(shù)原理 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： 圖2-1 射頻識別系統(tǒng)原理圖 其中，讀寫器一般作為計(jì)算機(jī)終端，用來實(shí)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。 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原理是RFID卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其天

15、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。可見，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RFID 卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式[4]。 2.2 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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。 圖2-2 RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

16、 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)線圈）。RFID卡中有存儲器，內(nèi)存容量為幾個(gè)比特到幾十千比特。可以存儲永久性數(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，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(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，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

17、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[5]。 2.3 RFID門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則 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： (1)實(shí)

18、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，勢必造成投資過大，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。 (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。 (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。 (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

19、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。 (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。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對需要實(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)的升級和完善。 (6)易維護(hù)性： 即可工作，插上就能運(yùn)行的程度。從計(jì)算機(jī)的配置到系統(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

20、為意想不到的原因而發(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。 (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[6]。 2.4 本章小結(jié) 本章主要說明了基于RFID門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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)

21、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。 - 32 - 第3章 RFID門禁系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 3.1 RFID門禁系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì)主框圖 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Philips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： 51

22、單片機(jī) 刷卡模塊 RFID卡 鍵盤輸入 電源供電 晶振、復(fù)位電路 步進(jìn)電機(jī) 紅外傳感器 存儲器 LCD1602 時(shí)鐘芯片 圖3-1 門禁系統(tǒng)硬件主框圖 3.2 FM1702SL讀卡器 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

23、?？杉嫒軵hilips的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[7]。 圖3-2 FM1702Sl讀卡器實(shí)物圖 圖3-2為FM1702SL讀卡器實(shí)物圖。本文中FM1702Sl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。 3.2.1 SPI總線協(xié)議 SPI（ Serial

24、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)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(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

25、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)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的可靠性[8]。 圖3-3 SPI工作原理圖 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，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(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

26、為例說明SPI工作的操作過程。 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(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)被自動裝入移位寄存器B。 然后主機(jī)啟動發(fā)送過程，送出時(shí)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(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。 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)志位置1

27、。 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(gè)字節(jié)的互換通信過程。 3.3 Mifare射頻卡介紹 本文中采用的RFID卡為Mifare卡，其核心是Philips公司的Mifare1IC S50系列微芯片?？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。 Mifare的主要指標(biāo)： 1)容量為8K位EEPROM 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

28、取單位 3)每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制 4)每張卡有唯一序列號，為32位 5)具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作 6)無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路 7)數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次 8)工作頻率:13.56MHZ 9)通信速率:106KBPS 10)讀寫距離:10mm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)） 首先卡與讀寫器的通訊為： (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)議與它通訊，從而確定該卡是否為M1射頻卡，即驗(yàn)證卡片的卡型。 (2)防沖突機(jī)制 當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫器操作范圍

29、時(shí)，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。 (3)選擇卡片 選擇被選中的卡的序列號，并同時(shí)返回卡的容量代碼。 (4)三次互相確認(rèn) 選定要處理的卡片之后，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(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)。） 其次系統(tǒng)的工作方式為： 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(shí)要把卡號存到存儲器EEPROM，以便判斷卡號是否合法刷卡開門。整

30、個(gè)系統(tǒng)由5V電源供電。 最后它的工作原理為： 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卡是否合法，已注冊的卡則可以開門，式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動[9]。 3.4 串行EEPROM存儲電路 基于RFID的門禁系統(tǒng)要求實(shí)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(shí)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(shí)則與保存起

31、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可以開門。因此要把卡號存入存儲器EEPROM中，實(shí)現(xiàn)對于RFID卡的登記。 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(shí)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(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器。在此設(shè)計(jì)中選用AT24C02，它與更高容量的存儲器兼容，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器。A

32、T24C02與單片機(jī)的接口電路如圖所示： 圖3-4 AT24C02與單片機(jī)連接電路 AT24C02與單片機(jī)連接的線是： 1)SCL接單片機(jī)的P2.1，同步時(shí)鐘輸入。 2)SDA接單片機(jī)的P2.0，串行數(shù)據(jù)輸入/輸出。 3)WE接地，寫保護(hù)腳，WE=0芯片允許讀寫操作。 4)E0，E1，E2接地，芯片地址引腳，都要接固定電平。 3.4.1 EEPROM存儲器接口 存儲器AT24C02為8引腳DIP封裝，管腳的含義： 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，分別對應(yīng)E0，El，E2為000到111，我們

33、用E0E1E2=000。 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）。 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。 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。 3.4.2 I2C總線協(xié)議 I2C（Intel-Integrated Circuit）總線是荷蘭Philips公司于八十年代初推出的一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)

34、準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，高速模式下可達(dá)400kbit/s。 1)SDA和SCL兩線都是高電平定義為總線空閑狀態(tài)。 2)只有在總線空閑時(shí)才允許啟動數(shù)據(jù)傳送。 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。 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。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。 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)應(yīng)答位。低電平為應(yīng)答信號，高電平為非應(yīng)答信號。 6)接收器輸出應(yīng)答信號時(shí)

35、，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(shí)序見圖3-5所示[10]。 圖3-5 數(shù)據(jù)傳輸起始/停止時(shí)序 3.5 時(shí)鐘芯片 此次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求能夠?qū)崿F(xiàn)期限管理，即對于RFID卡實(shí)現(xiàn)期限管理，本已注冊過的RFID卡在一段時(shí)間之后會無法開門，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。 本次實(shí)際中所用到的時(shí)鐘芯片是DS1302，DALLA

36、S 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)都會系統(tǒng)自動調(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： 圖3-6 時(shí)鐘芯片與單片機(jī)連接電路 DS1302的引腳圖

37、及外圍的電路如圖3-6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，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(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，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，SCLK為串行數(shù)據(jù)的位同步脈沖信號。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[11]。 3.6 步進(jìn)電機(jī)電路 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

38、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)。 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)加一個(gè)脈沖信號，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。 本次設(shè)計(jì)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。 圖3-7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 3.7 紅外傳感器 當(dāng)RFID卡

39、能夠開門時(shí)，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(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)測是否刷卡者已通過，當(dāng)檢測不到障礙物時(shí)才使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來位置，形成關(guān)門效果。 圖3-8 紅外傳感器實(shí)物圖 該傳感器模塊對環(huán)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(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，綠色指示燈會亮起，同時(shí)信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個(gè)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

40、～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(diǎn)[12]。 3.8本章小結(jié) 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。 第4章 RFID門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 RFI

41、D門禁系統(tǒng)軟件模塊框圖 本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的程序是由多個(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柎嫒氪鎯ζ鱁EPROM中，所以有存儲模塊程序。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。 LCD1602顯示模塊 刷卡模塊 存儲模塊 對比卡號是否合法 開門模塊 按鍵模塊 定時(shí)器模塊 圖4-1 門禁系統(tǒng)軟件控制模塊結(jié)構(gòu)圖 4.2 門禁系統(tǒng)主程序介紹 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

42、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。 開始 初始化系統(tǒng) 等待刷卡 是否有卡？ N Y 是否開門？ N 開門 Y 關(guān)門 圖4-2 門禁系統(tǒng)工作主程序流程圖 4.3 讀卡過程及程序設(shè)計(jì)流程圖 讀卡器軟件編程實(shí)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(jì)思想是在上電初始化后，射頻場一旦檢測有M

43、ifare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(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。 開始 尋卡 選擇卡片 防沖突 寫卡 讀卡 是否有卡？ Y N 驗(yàn)證 N 是否寫卡？ Y 啟動串口 圖4-3 讀卡過程程序流程圖 下面介紹其中的幾個(gè)主要過程： 4.3.1 尋卡 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)

44、稱為響應(yīng)卡）。 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。 4.3.2 防沖突 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( )，以得到感應(yīng)區(qū)內(nèi)卡的序列號。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。 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_

45、Card( )函數(shù)完成。序列號為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)是序列號的異或校驗(yàn)的校驗(yàn)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(yàn)，以確保數(shù)據(jù)的正確性。 4.3.3 選擇卡片 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?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。 4.3.4 驗(yàn)證 在對所選Mifare卡進(jìn)行讀、寫之前，必需對Mifare卡進(jìn)行驗(yàn)證，也即檢查卡的合法性

46、，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(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。 4.3.5 讀取卡號 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（1個(gè)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(gè)字節(jié)）。 4.3.6 卡掛起 當(dāng)對卡中的數(shù)據(jù)處理完后，

47、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，讀卡器也不會再對該卡進(jìn)行任何操作。 4.4 其他程序設(shè)計(jì)流程圖 4.4.1 LCD1602顯示程序設(shè)計(jì) 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)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。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1602的內(nèi)部顯示地址： 圖4-4 LCD

48、1602內(nèi)部顯示地址 LCD1602液晶顯示模塊顯示程序流程圖： 開始 液晶初始化 設(shè)置第一行數(shù)據(jù)顯示地址 顯示第一行數(shù)據(jù) 延時(shí) 設(shè)置第二行數(shù)據(jù)顯示地址 顯示第二行數(shù)據(jù) 延時(shí)、清屏 結(jié)束 圖4-5 LCD1602程序設(shè)計(jì)流程圖 4.4.2 按鍵控制程序設(shè)計(jì) 由于本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)多種模式的切換，圖4-6是用按鍵控制門禁系統(tǒng)的程序流程圖： 開始 等待刷卡 進(jìn)入注冊模式 是否按K1? Y 清除存儲器 N 是否按K1? N Y 是否按K1? 進(jìn)入清除模式

49、Y N 是否按K2? N Y 圖4-6 按鍵模塊程序流程圖 4.4.3 定時(shí)器模塊程序設(shè)計(jì) 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(shí)間之后會無法刷卡開門，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。 開始 定時(shí)器開始計(jì)時(shí)

50、 等待刷卡 定時(shí)器是否到達(dá)指定時(shí)間？ N 清除存儲器數(shù)據(jù) Y 結(jié)束 等待刷卡 圖4-7 定時(shí)器模塊程序流程圖 4.4.4 存儲程序設(shè)計(jì) 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(shí)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： 開始 初始化系統(tǒng) 等待刷卡 是否在注冊模式？ N Y 再次刷卡開門 結(jié)束 刷卡 只顯示卡號

51、不開門 刷卡 保存卡號不開門 圖4-8 開門模塊程序流程圖 4.4.5 開門模塊程序設(shè)計(jì) 本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的方式來模擬刷卡之后的開門，但是我對開門之后什么時(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)他檢測到障礙物時(shí)輸出端會有一個(gè)低電平信號，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)

52、門，形成一個(gè)開門系統(tǒng)。 開始 卡號合法 延遲 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)開門 保持開門狀態(tài) 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)門 輸出端為高電平 結(jié)束 紅外傳感器是否檢測到障礙物？ Y N 輸出端為低電平 圖4-9 開門模塊程序流程圖 4.5 程序編譯與調(diào)試 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Ke

53、il 4.0a版本。 4.5.1 建立項(xiàng)目工程 運(yùn)行Keil程序后，點(diǎn)擊Project->New Project菜單，輸入工程名稱，這里為RFID，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STC89C52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Source group1下添加我們編寫的程序，如4-10所示。 圖4-10 建立工程 4.5.2 程序編譯調(diào)試 在編好程序后就要進(jìn)行編譯調(diào)試，首先在Project->Option for target‘target1’

54、的對話框中完成工程的詳細(xì)設(shè)置。在設(shè)置好工程后即可編譯鏈接，圖4-11為程序編譯結(jié)果： 圖4-11 程序編譯結(jié)果 4.6 本章小結(jié) 本章主要論述了基于RFID門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。首先給出了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖，大致說明了軟件設(shè)計(jì)的組成，然后給出了門禁系統(tǒng)的主流程圖，說明了門禁系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)，即刷卡開門，重點(diǎn)分析了讀卡過程的軟件設(shè)計(jì)。此外，對LCD1602顯示程序 、按鍵控制程序、定時(shí)器程序、存儲程序以及卡門程序，以流程圖的形式進(jìn)行了說明。在最后簡單說明了程序在Keil中的編譯與調(diào)試情況。 結(jié)論 本次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是“基于RFI

55、D的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，經(jīng)過三個(gè)多月的不懈努力，我終于基本完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。我通過查閱大量相關(guān)技術(shù)和文獻(xiàn)資料，并多次進(jìn)行實(shí)踐動手調(diào)試和問題探究，最后通過51單片機(jī)完成了基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。 設(shè)計(jì)初期查閱了大量資料，了解課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容與基本原理，從而為門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇打下基礎(chǔ)。在此次設(shè)計(jì)中我做了許多工作，硬件方面我不斷選取和比較，尋找合適的器件和電路連接，不斷嘗試性的完善功能，并且學(xué)習(xí)了Protel軟件，畫出了電路原理圖。軟件方面復(fù)習(xí)了C語言編程技巧，嘗試不斷的編寫及改善程序，熟練運(yùn)用Keil軟件，一步一步不斷完善門禁系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。此次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成了如下功能： 首先可

56、以通過按鍵控制使門禁系統(tǒng)有3中工作模式：刷卡模式；注冊模式；清除模式。然后可以通過把RFID卡卡號存入EEPROM的方式來完成RFID卡的注冊，當(dāng)再次刷卡時(shí)單片機(jī)比較卡號，若卡號相同便會開門。其次由于要實(shí)現(xiàn)RFID卡的期限管理，因此可以通過時(shí)鐘芯片設(shè)置時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間便會清除存儲器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)期限管理。最后用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動來模擬開門，并且加入紅外傳感器模塊，檢測刷卡者是否通過，以便選擇關(guān)門時(shí)間。 雖然本次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)基本完成了設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)想的功能，但由于時(shí)間，學(xué)識以及個(gè)人能力的限制所設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)還存在許多不足，還有許多可以完善的地方，許多功能有待改進(jìn)。 參考文獻(xiàn) 1 周學(xué)葉，單承

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60、基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)研究. 電子設(shè)計(jì)工程， 2014，25(19)：85～91 致謝 一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)很快就要結(jié)束了，在此期間，我學(xué)到了一些更為實(shí)際的技巧和如何將理論運(yùn)用到實(shí)際中的技巧。感謝謝老師在此期間對我的悉心指導(dǎo)和教誨。在此，我表示衷心地感謝。 此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我感觸很深，從對畢業(yè)課題的懵懂無知到整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我翻閱了大量的資料，幾乎把兩年來的專業(yè)課本都翻遍了，從而不知不覺間也就將兩年來學(xué)的知識重新學(xué)了一遍，同時(shí)也將這些知識系統(tǒng)條理化了。在此期間，我遇到了很多的難題，比如單片機(jī)STC89C52的使用，Protel軟件的使用等等，感謝老師的耐心地指導(dǎo)才將其解決。 在次感謝老師不辭辛勞地在我設(shè)計(jì)期間在理論和實(shí)踐各個(gè)方面對我的有益的建議和具體指導(dǎo)，老師誨人不倦的精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的工作作風(fēng)、淵博的學(xué)識，使我欽佩不已，終生難忘。 同時(shí)，感謝在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和朋友致以謝意。 因?yàn)槲覀€(gè)人知識面的局限性，經(jīng)驗(yàn)的缺乏，設(shè)計(jì)中某些細(xì)節(jié)難免有錯(cuò)誤，文中難免有不當(dāng)和疏漏之處。感謝百忙之中抽出寶貴時(shí)間為本文審閱的各位老師，望各位老師批評指正。