项目训练三门禁系统.docx
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项目训练三门禁系统
文件排版存档编号：
[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
项目训练三门禁系统
项目训练三门禁系统
一、目的要求
1．掌握门禁系统的概念。
2．掌握非接触式IC卡门禁系统的组成。
3．通过门禁系统的训练，掌握串行静态显示的方法。
4．掌握卡号显示方法。
5．进一步掌握单片机的使用技巧和方法。
二、任务目标
利用单片机AT89S52构成一非接触式IC卡门禁系统，要求实现如下功能：
1．程序控制开锁
当读卡器检索到合法IC卡时，由CPU提供一个低电平信号，因为，AT89S52单片机复位是高电平有效，并且实际电路必须有看门狗电路，一旦出现故障，也需高电平复位，因此，采用低电平作为控制门的开有效信号。
2．出门按钮开锁
按钮按下，给出一个开关信号，此时门锁同样被打开。
3．从消防安全考虑，如果发生意外或危险，只要断开电源，门锁同样可以被打开。
4．读卡显示
当读卡器检索到合法射频卡时，七段数码管可以显示出此卡的卡号，以便识别出持卡人身份。
5．蜂鸣器报警
当门锁处于开启状态时，超过延时时间，蜂鸣器发出蜂鸣，以提示用户及时关门。
6．工作指示灯
红色指示灯提示电源正常供电。
绿色指示灯提示门锁工作状态，刷卡合法，绿色指示灯亮。
三、工具器材
直流电源5V/500、门禁系统套件、编程器、PC机等。
四、预备知识
随着科学的进步、社会的发展，人们对生活质量有了更高的要求，对安全防范有了更多的需求，如何有效地控制人员的出入成了一个新的课题。
为此应运而生的门禁控制系统在众多安防产品中脱颖而出。
门禁系统顾名思义，就是对出入口通道进行管制的系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。
门禁系统由门禁控制器、门禁读卡器、卡片、电控锁以及相应的软件、电源和其他相关门禁设备等组成。
目前非接触式IC卡门禁系统应用广泛。
本训练项目将以天大银河科技有限公司研制的门禁系统为载体，重点讲解门禁系统的控制核心——AT89S52单片机。
（一）非接触式IC卡门禁系统框图
非接触式IC卡门禁系统包括读写器、中央控制电脑的软件管理系统、中央控制电脑与读写器之间的数据传输三部分。
其中读写器是核心，包括MCU、复位电路、时钟电路、报警及工作指示电路、显示电路、键盘、数据存储等主控模块及非接触式IC卡读写模块和电锁驱动部分。
非接触式IC卡门禁系统框图如图所示。
门禁系统采用AT89S52单片机作为控制核心，采用射频卡完成刷卡进门，按钮出门功能。
其工作流程见图所示。
（二）门禁系统中单片机口的资源分配
为实现门禁系统的功能，需读卡：
2条线（，INT1）；键盘：
3条线（，，）；门控：
6条线（上锁，门态，出门开关，音量，灯）；存储：
3条线（，，）；通讯：
5条线（RXD，TXD，，，INT0）；显示：
2条线（，）。
表门禁系统I/O口资源分配
键
键
显示键
申请
通讯
通讯
读卡
显示
出门按钮
蜂鸣器
指示灯
门态
上锁
SCL
SDA
“0”有效
“0”响
“1”亮
“1”上锁
24C64
其中，存储芯片选用24C64，通信芯片选用75176。
控制通讯芯片75176，“0”：
收、“1”：
发；控制通讯申请信号，“0”：
申请、“1”：
不申请；INT0控制通信的AB线，B2=0时接通、B2=1时断开。
单片机口资源的具体分配见表。
（三）各部分电路原理分析
非接触式IC卡门禁机工作过程为当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭；当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。
当遇到非法卡时，该系统不显示卡号，门锁不开。
原理电路如图所示。
1．门控锁电路
门控锁电路如图所示。
偏置电阻R3与三级管Q16、Q6构成复合驱动电路以提高驱动能力，控制锁的开与闭。
当为高电平时Q16导通，Q6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，门锁闭合，门处于锁死状态。
当口输出低电平时Q16截止，Q6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，门锁打开，门处于打开状态。
2．蜂鸣器电路
蜂鸣器电路由蜂鸣器、三极管Q1、Q2及电阻R2组成。
电路如图所示。
当输出高电平时，Q1导通，Q2截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。
当输出高电平时，Q1截止，Q2导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。
3．串行口在门禁系统中的应用
门禁系统读卡采用串口中断方式。
a）非接触式射频卡的基本原理
每个卡片内都有一个小芯片和感应线圈。
价格低廉、国内最普及的EMID卡，大都为瑞士nEM或台湾GK公司的4100、4102系列IC芯片＋线圈＋卡基封装而成。
每张卡有且只有一个唯一的、不可更改和复制的ID内码（64位2进制加密的永不重复的卡号），因其安全可靠、价格低廉而大量应用于身份识别、产品防伪等领域。
b）非接触式IC卡系统的构成与特点
非接触式IC卡（也称为“应答器”）是射频识别系统的电子数据载体，卡中嵌有耦合元件和微电子芯片。
在读写器的响应范围之外，非接触式IC卡处于无源状态。
通常，非接触式IC卡没有自己的供电电源（电池），只是在读写器响应范围之内，卡才是有源的，卡所需要的能量以及时钟脉冲、数据，都是通过耦合单元的电磁耦合作用传输给卡的。
c）非接触式IC卡读写器
典型的非接触式IC卡读写器（也称为“阅读器”）包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及与卡连接的耦合元件。
由高频模块和耦合元件发送电磁场，以提供非接触式IC卡所需要的工作能量以及发送数据给卡，同时接收来自卡的数据。
d）常见的卡号输出格式说明
ID卡最常见到的五种读卡方式的卡号定义如下（其中H指十六进制Hex，D指十进制Dex）：
（1）格式1
10位十六进制的ASCII字符串，即10位十六进制格式。
如：
某样卡读出十六进制卡号为“01026f6c3a”。
格式
（1）是读卡器输出的最基本格式，其它几种格式都是基于这种格式转换而成的。
（2）格式2
将格式1中的后8位，转换为10位十进制卡号，即8H—10D格式，如将“026f6c3a”转换为“00”。
（3）格式3
将格式1中的后6位，转换为8位十进制卡号，即6H—8D格式。
如将“6f6c3a”转换为“07302202”。
（4）格式4
将格式1中的倒数第5、第6位，转换为3位十进制卡号，再将后4位，转换为5位十进制卡号，中间用“，”分开，即“2H＋4H”格式。
如将2H—“6f”转换为“111”，4H—“6c3a”转为“27706”。
最终将2段号连在一起输出为“111,27706”。
（5）格式5
将格式1中后8位的前4位，转换为5位十进制卡号，再将后4位，转换为5位十进制卡号，中间用“，”分开，即“4H＋4H”。
照此转换结果为：
00623,27706
本教材中的门禁系统使用的卡格式是格式4。
e）RS232卡号输出协议
串行输出格式如下：
02
10ASCIIDataCharacters
Checksum
03
（a）9600bps，N，8，1
即波特率9600bPS；数据位元：
8bits；停止位元：
1。
（b）PIN5：
TX非反相输出。
（c）PIN6：
TX反相输出。
（d）卡片号码为62E3086CED，传送的HEX值如下
10ASCIIDATA：
36H,32H45H,33H30H,38H36H,43H45H,44H
（62HE3H08H6CHEDH）
CHECKSUM：
（62H）XOR（E3H）XOR（08H）XOR（6CH）XOR（EDH）=08H
Checksum为二进制格式数据。
故MTP-K4射频模块输出的完整的二进制文档如下所示：
02363245333038364345440803
f）串行口程序分析
读卡是随机的，不确定的，并且软件开销大，会降低响应速度，因此不能采用查询方式。
故门禁系统的读卡采用串口中断方式，随时读卡，随时响应。
晶振必须是。
（1）读卡单元
图读卡单元连接图
门禁系统采用EM9913BFID射频卡读卡器。
电路如图所示。
读卡模块将数据按RS232和Wiegand26格式输出。
EM9913BF各引脚功能见表。
表EM9913BF各引脚功能
引脚号
引脚名称
I/O
说明
1
DC5V
输入
+5V直流输入
2
ANT
输入
线圈引脚输入
3
NC
空引脚
4
GND
输入
接地
5
NC
空引脚
6
ENLED
输入
指示灯控制线，低电平使用
7
ENBEEP
输入
蜂鸣器控制线，低电平使用
8
OK_SD
输出
Wiegand26数据输出指示
9
BZ
输出
蜂鸣器信号线
10
D0
输出
Wiegand26数据DATA0输出
11
D1
输出
Wiegand26数据DATA1输出
12
LED
输出
指示灯信号输出
13
TXD
输出
RS232数据输出
（2）波特率初值计算
晶振为，串行接口工作于方式1，波特率为9600b／s。
公式：
代入已知条件，计算出初值为FDH。
（3）串口中断初始化程序
SIC:
ANLTMOD,#0FH；串口始化子程序
ORLTMOD,#20H
MOVTH1,#0FDH
MOVTL1,#0FDH
SETBTR1
MOVIE,#90H
MOVSCON,#50H；方式1十位异步收发
RET
（4）串口中断子程序，该程序中加入不死机程序
ZD:
PUSHACC；中断子程序
PUSH00H
PUSH02H
MOVR0,#30H；首地址
MOVR2,#0BH；11个字节的ASCII
LL1:
ACALLLL2
JBF0,LL3
NOP
NOP
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,LL1
POP02H
POP00H
POPACC
NOP
MOV0FH,#33H
RETI
LL2:
MOV04H,#28H
LL4:
JNBRI,LL6
CLRRI
MOVA,SBUF
CLRF0
RET
LL6:
MOV05H,#0AH
LL5:
DJNZR5,LL5
DJNZR4,LL4
SETBF0
RET
LL3:
POP02H
POP00H
POPACC
RETI
END
4．显示电路
在门禁系统中，显示串行静态显示方式。
采用74LS164作为静态显示器接口，作为时钟，作为显示数据输入。
如图所示。
图门禁系统中的串行显示电路
g）显示程序
（1）直接显示段码程序。
将20H—27H中的段码从左到右显示出来。
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN：
MOVSP,#60H
MOV20H,#06H
MOV21H,#5BH
MOV22H,#4FH
MOV23H,#66H
MOV24H,#6DH
MOV25H,#7DH
MOV26H,#07H
MOV27H,#7FH
LCALLST
SJMP$
ST：
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1：
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2：
RLCA
MOV,C
CLR
SETB
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
END
（2）把10H开始代码变成段码放到20H开始的单元中。
方法一：
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN：
MOVSP,#60H
MOV10H,#01H
MOV11H,#02H
MOV12H,#03H
MOV13H,#04H
MOV14H,#05H
MOV15H,#06H
MOV16H,#07H
MOV17H,#08H
LCALLXIANSHI
LCALLST
SJMP$
XIANSHI：
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LP3：
MOVA,@R0
ADDA,#06H
MOVCA,@A+PC
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LP3
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H00H
ST：
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1：
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2：
RLCA
MOV,C
CLR
SETB
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
END
方法二：
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN:
MOVSP,#60H
PORTEQU0155H
LCALLST
SJMP$
XIANSHI:
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
MOVDPTR,#PORT
LP3:
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LP3
RET
ST:
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1:
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2:
RLCA
MOV,C
CLR
SETB
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
PORT3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H00H
END
（3）将压缩码变非压缩码显示出来。
ORG0100H
MAIN：
MOVSP,#60H
MOV10H,#39H
MOV11H,#41H
MOV12H,#42H
MOV13H,#43H
MOV14H,#44H
MOV15H,#45H
MOV16H,#46H
MOV17H,#38H
LCALLASC
LCALLXIANSHI
LCALLST
SJMP$
ASC：
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LP4：
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
INCR1
MOVA,@R0
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR2,Lp4
RET
XIANSHI:
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LP3：
MOVA,@R0
ADDA,#06H
MOVCA,@A+PC
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LP3
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H00H
ST：
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1：
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2：
RLCA
MOV,C
CLR
SETB
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
END
h）卡号显示
ID卡读出11个字节的ASCII，要显示卡号，需进行数值转换。
（1）ID卡读出的11个字节ASCII码放在以30H开始的单元，先将ASCII码转换成16进制数，因第一个字节是包装头，不参与转换。
其程序如下：
LE:
MOVR0,#30H；ASCⅡ转16进制数子程序
MOVR2,#0AH；10个字节
LE4:
MOVA,@R0
ACALLLE1
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,LE4
RET
LE1:
CJNEA,#40H,L13
SJMPLE3
L13:
JCLE2
ADDA,#09H
LE2:
ANLA,#0FH
CLRC
RET
LE3:
SETBC
RET
（2）把上面转换的10个16进制数，变成5个压缩的16进制数，30H放最高位，34H放最低位。
LB:
MOVA,30H;装配压缩16进制数子程序
SWAPA
ADDA,31H
MOV30H,A
MOVA,32H
SWAPA
ADDA,33H
MOV31H,A
NOP
NOP
MOVA,34H
SWAPA
ADDA,35H
MOV32H,A
MOVA,36H
SWAPA
ADDA,37H
MOV33H,A
NOP
NOP
MOVA,38H
SWAPA
ADDA,39H
MOV34H,A
RET
（3）上面程序中，30H到35H字节是先高后低，而后面调用子程序，需要先低后高，所以，先要把33H单元中的内容送到35H单元中，即把34H,35H里2个压缩的16进制数变成3个字节的压缩的10进制数。
LD:
MOV35H,33H;压缩16进制数转非压缩10进制子程序
MOVR0,#34H
MOVR7,#02H
MOVR1,#28H
LCALLLD1
RET
LD1:
MOVA,R0
MOVR5,A
MOVA,R1
MOVR6,A
MOVA,R7
INCA
MOVR3,A
CLRA
LD2:
MOV@R1,A
INCR1
DJNZR3,LD2
MOVA,R7
MOVB,#08H
MULAB
MOVR3,A
LD3:
MOVA,R5
MOVR0,A
MOVA,R7
MOVR2,A
CLRC
LD4:
MOVA,@R0
RLCA
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,LD4
MOVA,R6
MOVR1,A
MOVA,R7
MOVR2,A
INCR2
LD5:
MOVA,@R1
ADDCA,@R1
DAA
MOV@R1,A
INCR1
DJNZR2,LD5
DJNZR3,LD3
RET
（4）再把压缩的10进制数变成非压缩的10进制数，即变成代码，为显示卡号做准备
L11：
MOVR1,#10H
MOVR2,#03H
MOVR0,#28H
L12：
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
INCR1
MOVA,@R0
SWAPA
ANLA,#0FH
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR2,L12
RET
（5）把代码变成段码。
LF:
MOVR2,#08H；代码--段码
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LF1:
MOVA,@R0
ADDA,#06H
MOVCA,@A+PC
MOV@R1,A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LF1
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
DB00H,40H,73H,03H,18H,23H,1CH,3DH,76H,0FH,1EH,38H
（6）调显示子程序，采用串显方法，节省资源。
XSH:
MOVR0,#20H；显示子程序
MOVR2,#08H
LP1:
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2:
RLCA
MOV,C
CLR
SETB
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
5．非接触式IC卡门禁机电路
如图所示。
（四）非接触式IC卡门禁系统参考程序
门禁系统程序主要包括读卡、数制转换、显示、合法卡比较、开锁、中断子程序、延时子程序等模块。
1．显示子程序模块
图为显示子程序流程图。
显示子程序：
XSH:
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1:
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2:
RLCA
MOV,C
CLR
SETB
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
2．门禁系统程序
图为门禁系统程序流程图。
图显示子程序流程图
门禁系统程序清单：
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0023H
LJMPZD
ORG0300H
MAIN:
MOVSP,#60H
CLR；关指示灯
LCALLBEING;调显“H”子程序
M1:
LCALLSIC；调串口始化子程序
L03:
MOVA,0FH；判卡
CJNEA,#33H,L03
MOV0FH,#00H
MOV17H,#10H
ACALLL04E0；ASCⅡ转16进制数子程序
ACALLL04B0；调装配压缩16进制数子程序
ACALLL1234；调压缩16转非压缩10进制子程序
ACALLL11；压缩--非压缩
ACALLL120F;代码--段码子程序
ACALLL1261;调显示子程序
图门禁系统程序流程图
SETB开锁子程序
CLR
SETB
CLR
MOVR5,#0FFH
L8:
DJNZR5,L8
LCALLDEL;延时10S
CLR
LCALLDEL
SETB
SETB
CLR
JNB,AL
LJMPM1
AL:
CLR
LCALLDEL
SETB
RET
SIC:
ANLTMOD,#0FH；串口始化子程序
ORLTMOD,#20H
MOVTH1,#0FDH
MOVT
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