单片机课程设计报告.docx
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单片机课程设计报告
课程设计报告
设计题目:
单片机门禁系统的设计
摘要：
门禁系统采用89C52单片机作为控制核心，外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路等。
采用射频卡完成刷卡进门，按钮出门功能。
本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。
关键词：
门禁；电控锁；控制
（一）、系统设计
1.系统方案的比较
（1）选题论证
在现今社会，随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛，因此，门禁系统的研发已成为现代科技领域的一个热门课题。
目前，门禁系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家，门禁系统正以远远高于其它类安防产品迅猛发展；门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品，如：
闭路监控，防盗报警等被动的安防方式，以主动的控制替代了被动监视的方式，通过对主要通道的控制，大大的防止了罪犯从正常通道的侵入，并且可以在罪案发生时通过对通道门的控制限制罪犯的活动范围，制止犯罪或减少损失。
此外，人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制，而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等，还可与其它系统联动控制等多种控制功能。
（2）方案选择
门禁系统有许多种方案：
主要有联网和不联网型。
联网型：
结构图如图示
联网型门禁系统的优点：
1实时联网
2刷卡后立即把数据传输到主机上；
3便于查询并能生成报表；
缺点：
1计算机要求24小时开机；
2计算机或管理机万一有故障系统瘫痪；
3有问题影响面大。
不联网型门禁系统的优点：
单台刷卡机就能工作，不用布线，操作简单方便。
缺点：
不便于查询。
根据以上分析，我们的课题选择了不联网型。
因为此设计简单，提交作品方便，易操作。
（3）射频卡的选择
目前市面上的卡有很多种类：
条码、磁卡、接触式IC卡，非接触式IC卡等，条码和磁卡，在超市和银行方面应用的比较多，接触式IC卡，以前在公共电话中用的比较多，但接触式IC卡，芯片外露易坏、易折，而非接触式IC卡既射频卡，它把芯片和线圈封装卡片内，不容易损坏、不怕恶劣的环境，现在社会上很流行，可靠性也高。
根据卡的分析，选择目前流行最广，可靠性高，成本低的只读卡，即采用EM4000型的ID卡。
（二）硬件电路的设计
流程图：
（1）门禁系统主要组成：
由CPU、复位电路、电源指示、工作指示、振荡电路、蜂鸣器电路、出门按钮、读卡模块、电机转动模块组成。
（2）门禁系统的工作原理：
首先，按下开始按键，电源指示灯亮起。
当刷卡时，蜂鸣器响一声，读卡权限获得允许，显示灯点开始闪，同时继电器动作使电机转动，延时5秒时间后继电器再次动作使电机停止运转，显示灯熄灭。
当非法卡刷卡时，显示灯将一直闪，并且蜂鸣器将发出报警声。
（三）主电路原理图：
（四）各部分电路原理
1开门电机电路：
•门控锁电路工作原理：
当P2.7口输出高电平时Q2导通，Q3截止，此时继电器的控制线圈为开路，继电器不动作。
门锁接于继电器常闭端，电机不转，门处于锁死状态。
•当P2.7口输出低电平时Q2截止，Q3导通，此时继电器的控制线圈闭合，继电器动作。
继电器常闭端断开，电机开始转动，门处于打开状态。
2蜂鸣器电路:
•工作原理：
•当P3.5输出高电平时，Q1截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。
•当P3.5输出低电平时，Q1导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。
3开门按键电路：
（三）非接触式IC卡性能简介（M1）
一、主要指标
●容量为8K位EEPROM
●分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位
●每个扇区有独立的一组密码及访问控制
●每张卡有唯一序列号，为32位
●具有防冲突机制，支持多卡操作
●无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路
●数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次
●工作温度：
-20℃~50℃（湿度为90%）
●工作频率：
13.56MHZ
●通信速率：
106KBPS
●读写距离：
10cm以内（与读写器有关）
二、存储结构
1、M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示：
块0
数据块
0
扇区0
块1
数据块
1
块2
数据块
2
块3
密码A存取控制密码B
控制块
3
块0
数据块
4
扇区1
块1
数据块
5
块2
数据块
6
块3
密码A存取控制密码B
控制块
7
∶
∶
∶
0
数据块
60
扇区15
1
数据块
61
2
数据块
62
3
密码A存取控制密码B
控制块
63
2、第0扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。
3、每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。
数据块可作两种应用：
★用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。
★用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。
4、每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。
具体结构如下：
A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B5
密码A（6字节）存取控制（4字节）密码B（6字节）
5、每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。
存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：
块0：
C10C20C30
块1：
C11C21C31
块2：
C12C22C32
块3：
C13C23C33
三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如
进行减值操作必须验证KEYA，进行加值操作必须验证KEYB，等等）。
三个控制
位在存取控制字节中的位置，以块0为例：
对块0的控制：
bit76543210
字节6
C20_b
C10_b
字节7
C10
C30_b
字节8
C30
C20
字节9
（注：
C10_b表示C10取反）
存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示：
bit76543210
字节6
C23_b
C22_b
C21_b
C20_b
C13_b
C12_b
C11_b
C10_b
字节7
C13
C12
C11
C10
C33_b
C32_b
C31_b
C30_b
字节8
C33
C32
C31
C30
C23
C22
C21
C20
字节9
（注：
_b表示取反）
6、数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：
控制位（X=0..2）
访问条件（对数据块0、1、2）
C1X
C2X
C3X
Read
Write
Increment
Decrement,transfer,
Restore
0
0
0
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
0
1
0
KeyA|B
Never
Never
Never
1
0
0
KeyA|B
KeyB
Never
Never
1
1
0
KeyA|B
KeyB
KeyB
KeyA|B
0
0
1
KeyA|B
Never
Never
KeyA|B
0
1
1
KeyB
KeyB
Never
Never
1
0
1
KeyB
Never
Never
Never
1
1
1
Never
Never
Never
Never
（KeyA|B表示密码A或密码B，Never表示任何条件下不能实现）
例如：
当块0的存取控制位C10C20C30=100时，验证密码A或密码B正确后可读；
验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。
7、控制块块3的存取控制与数据块（块0、1、2）不同，它的存取控制如下：
密码A
存取控制
密码B
C13
C23
C33
Read
Write
Read
Write
Read
Write
0
0
0
Never
KeyA|B
KeyA|B
Never
KeyA|B
KeyA|B
0
1
0
Never
Never
KeyA|B
Never
KeyA|B
Never
1
0
0
Never
KeyB
KeyA|B
Never
Never
KeyB
1
1
0
Never
Never
KeyA|B
Never
Never
Never
0
0
1
Never
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
KeyA|B
0
1
1
Never
KeyB
KeyA|B
KeyB
Never
KeyB
1
0
1
Never
Never
KeyA|B
KeyB
Never
Never
1
1
1
Never
Never
KeyA|B
Never
Never
Never
例如：
当块3的存取控制位C13C23C33=100时，表示：
密码A：
不可读，验证KEYA或KEYB正确后，可写（更改）。
存取控制：
验证KEYA或KEYB正确后，可读、可写。
密码B：
验证KEYA或KEYB正确后，可读、可写。
三、工作原理
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成。
天线：
卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。
ASIC：
卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个
8K位EEPROM组成。
工作原理：
读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
四、M1射频卡与读写器的通讯
复位应答
Request
防冲突机制
AnticollisionLoop
选择卡片
SelectTag
改变扇区
三次相互验证
Authentication
中止
Halt
减值
decrement
加值
increment
写块
Writeblock
读块
Read
不改变扇区
复位应答（Answertorequest）
M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。
防冲突机制（AnticollisionLoop）
当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。
选择卡片（SelectTag）
选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。
三次互相确认（3PassAuthentication）
选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。
（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。
）
对数据块的操作
读（Read）：
读一个块；
写（Write）：
写一个块；
加（Increment）：
对数值块进行加值；
减（Decrement）：
对数值块进行减值；
存储（Restore）：
将块中的内容存到数据寄存器中；
传输（Transfer）：
将数据寄存器中的内容写入块中；
中止（Halt）：
将卡置于暂停工作状态；
（四）程序：
#include"reg52.h"
#include
#include"lcd.h"
#include"main.h"
#include"mfrc522.h"
typedefstructRecord{
unsignedcharName[16];
unsignedcharNo[16];
unsignedlongCardID;
}RECORD;
codeRECORDstudent[3]={
"Name:
LingLong","No.:
3080432021",0x501909e0,
"Name:
ZhangSan","No.:
3080432022",0xacebd854,
"Name:
LiSi","No.:
3080432023",0x87654321
};
chargetData（void）
{
charc;
while（!
RI）;
c=SBUF;
RI=0;
return（c）;
}
//-------------------------------------------------
charsendData（charc）
{
while（!
TI）;
TI=0;
return（SBUF=c）;
}
//蜂鸣器函数
voidbeep（）
{
unsignedchari=0;
EA=0;
for（i=0;i<200;i++）
{
sond=0;
delayuS（20）;
sond=1;
delayuS（20）;
}
EA=1;
}
unsignedcharidataRevBuffer[1];//调试用
unsignedchardataSerBuffer[1];//调试用
bitCmdValid;//调试用
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//系统初始化
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
voidInitializeSystem（）
{
TMOD=0x20;//mode2autoreload
TL1=0xfd;
TH1=0xfd;//baudRate:
9600
SCON=0x52;//sm0,sm1,sm2,ren,tb,rb8,ti,ri
PCON&=0x7f;//smod=0;
TR1=1;//timer1reset
PcdReset（）;
PcdAntennaOff（）;
PcdAntennaOn（）;
M500PcdConfigISOType（'A'）;
}
#defineIDLE（0）
#defineCARDOK
（1）
#defineIDOK0
（2）
#defineIDOK1（3）
#defineIDOK2（4）
#defineIDERROR0（5）
#defineIDERROR1（6）
#defineIDERROR2（7）
#defineUNLOCK（8）
unsignedcharstate=IDLE;
unsignedcharbuf[4];
//主函数
voidmain（）
{
unsignedcharbaud,i,Debug,result,updated;
unsignedlongltmp;
Debug=0;
//打开电源指示灯
Power=0;
//初始化单片机
InitializeSystem（）;
CARD_LED=0;
beep（）;
delayms0（200）;
CARD_LED=0;
delayms0（200）;
CARD_LED=1;
while
（1）
{
switch（state）
{
caseIDLE:
//刷新显示
PcdRequest（0x26,buf）;
sendData（buf[0]）;
sendData（buf[1]）;
delayms0（100）;
if（buf[0]!
=0x04）
{
PcdRequest（0x52,buf）;
}
delayms0（100）;
sendData（buf[0]）;
sendData（buf[1]）;
if（buf[0]==0x04）
{
delayms0（200）;
state=CARDOK;
}
break;
caseCARDOK:
PcdAnticoll（buf）;
sendData（0x55）;
sendData（buf[0]）;
sendData（buf[1]）;
sendData（buf[2]）;
sendData（buf[3]）;
//查找学生记录
ltmp=（（（unsignedlong）buf[0]）<<24）|（（（unsignedlong）buf[1]）<<16）|（（（unsignedlong）buf[2]）<<8）|（（（unsignedlong）buf[3]））;
result=0;
for（i=0;i<3;i++）
if（student[i].CardID==ltmp）
{
result=1;
break;
}
if（result==1）
{
state=IDOK0;
}
else
{
state=IDERROR0;
}
break;
caseIDOK0:
delayms0（50）;
PcdRequest（0x26,buf）;
delayms0（50）;
if（buf[0]!
=0x04）
{
PcdRequest（0x52,buf）;
}
if（buf[0]==0x04）
{
PcdAnticoll（buf）;
//查找学生记录
ltmp=（（（unsignedlong）buf[0]）<<24）|（（（unsignedlong）buf[1]）<<16）|（（（unsignedlong）buf[2]）<<8）|（（（unsignedlong）buf[3]））;
result=0;
for（i=0;i<3;i++）
if（student[i].CardID==ltmp）
{
result=1;
break;
}
if（result==1）
{
beep（）;
state=IDOK1;
}
else
state=IDLE;
}
break;
caseIDOK1:
state=IDOK2;
break;
caseIDOK2:
CARD_LED=!
CARD_LED;
for（i=0;i<10;i++）
{
delayms0（10）;
if（（key1==0）||（key2==0））
{
state=UNLOCK;
}
}
break;
caseIDERROR0:
delayms0（50）;
PcdRequest（0x26,buf）;
delayms0（50）;
if（buf[0]!
=0x04）
{
PcdRequest（0x52,buf）;
}
if（buf[0]==0x04）
{
PcdAnticoll（buf）;
//查找学生记录
ltmp=（（（unsignedlong）buf[0]）<<24）|（（（unsignedlong）buf[1]）<<16）|（（（unsignedlong）buf[2]）<<8）|（（（unsignedlong）buf[3]））;
result=0;
for（i=0;i<3;i++）
if（student[i].CardID==ltmp）
{
result=1;
break;
}
if（result==1）
{
updated=1;
state=IDLE;
}
else
state=IDERROR1;
}
break;
caseIDERROR1:
state=IDERROR2;
break;
caseIDERROR2:
beep（）;
CARD_LED=!
CARD_LED;
if（（key1==0）||（key2==0））
{
state=IDLE;
updated=1;
CARD_LED=1;
}
break;
caseUNLOCK:
Relay=0;
CARD_LED=0;
delayms0（1500）;
CARD_LED=1;
Relay=1;
升级会员 