门禁系统设计.docx

1、门禁系统设计门禁系统设计设计容：1.门禁系统的硬件设计；2.门禁系统的软件设计。设计目标：1.通过RFID技术，验证射频门禁卡的合法性，控制电子门锁的开启；2.门禁卡信息进展管理。系统功能：1.卡片的使用模式：采用13.56MHz非接触式物联网射频卡；2.刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，读卡器读取信息后，将信息传输到主机，主机首先判断信息是否合法，如合法那么发出开门指令，不合法那么发出报警，同时记录用户刷卡事件；3.管理控制；对控制器的记录进展收集管理，可增加、删除、更新用户信息；4.记录存储；系统可将门禁控制器运行产生的所有用户刷卡事件、报警时间等进展记录；5.报警功能：如发生控制器

2、异常、非法卡开门等事件时系统发出报警信号。门禁系统设计框图读卡器：读射频卡信息。按键模块：注册通行卡。按下设置键，把工作模式切换到注册模式后，刷卡并显示卡号自动注册。注册完成后液晶显示注册完成。再次刷这IC卡时，就能开门。注销通行卡去除存储器的卡号数据按下设置键，把工作模式切换到注销模式后，刷卡并显示自动注销，就把存储里保存的卡号数据去除。去除数据后，IC卡已经处于注销状态一硬件设计容(系统硬件电路图设计)1.各模块选用的硬件介绍刷卡模块、单片机模块、继电器模块、按键模块以及蜂鸣器模块组成。其用高频读卡器模块FM1702，能读写荷兰Philips公司的Mifare非接触式射频卡，读卡距离约10

3、cm。控制模块采用STC89C52单片机，它具有8K可编程 Flash 存储器。单片机与读卡器通信是采用SPI通信。1.1 STC89C52单片机介绍控制的核心选用STC89C52。其主要性能如下：1. STC89C52单片机与MCS-51单片机产品能够兼容2. 在系统可编程Flash存储器8K字节3.擦写周期可到达100000次4.程序存储器可做到三级加密5.可编程I/O口线数量到达32个6.总共有三个16位计数器7.中断源的数目到达了8个8.单片机具有全双工UART串行通道9.不启动是能耗低10.停电以后中断可复位1功能特性描述该STC89C52单片机作为低功耗、高性能CMOS的8位微控制

4、器，系统可编程 Flash 存储器拥有8K。运用Atmel 公司独特的高密度难丧失存储器技术制造，与工业上的80C51 产品说明可以和引脚完全的兼容。单片机上Flash做到程序存储器在系统中可以编程，群众化编程器也可进展编程。在单片机的芯片上，有 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，做到了 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、极为有效的的解决方案。2引脚图如下：图1.1 STC89C52引脚图3引脚介绍：VCC :接电源GND:接地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部

5、程序和数据存储器时， P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流IIL。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入P1.0/T2和时器/计数器2的触发输入P1.1/T2EX，具体如下表所示。在flash编

6、程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表1.1 P0口第二功能引脚第2功能P1.0T2定时器/计数器T2的外部计数输入，时钟输出P1.1P1.1 T2EX定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制P1.5MOSI在系统编程用P1.6MISO在系统编程用P1.7SCK在系统编程用P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流IIL。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器例如执行MO

7、VX DPTR时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送 1。在使用8位地址如MOVX RI访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流IIL。P3口亦作为AT89S52特殊功能第二功能使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

8、表1.2 P3口第二功能引脚第2功能P3.0 RXD (串行口输入端)P3.1 TXD 串行口输出端P3.2外部中断0请求输入端，低电平有效P3.3外部中断1请求输入端，低电平有效表1.3 P3口第二功能引脚第2功能P3.4 T0 定时器/计数器0计数脉冲输入端P3.5T1 定时器/计数器1计数脉冲输入端P3.6外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效P3.7外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊存放器 AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位

9、可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号ALE是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚PROG也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1， ALE操作将无效。这一位置“1，ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否那么，ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位地址为8EH的SFR的第0位的设置对微控制器处于外部执行模

10、式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号PSEN是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。1.2 FM1702高频读卡器模块介绍性能参数：1、输入电压：55.5V 2、输入电流：刷卡电

11、流25mA 3、通讯方式：SPI4、有效刷卡高度：3-10cm(视天线、卡和周围环境而不同) 5、使用环境：-2570 摄氏度6、尺寸：95.8*54.3 (单位：mm) 1.3 Mifare射频卡介绍本设计中采用的射频卡为Mifare射频卡,其核心是PHILIPS公司的Mifare1IC S50系列微芯片。卡片上无源,工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号祸合到卡片上天线而产生电能,一般可达2V以上,供卡片上IC工作。工作频率13.56MHZ。Mifare的主要指标容量为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

12、控制每卡有唯一序列号,为32位具有防冲突机制,支持多卡操作无电源,自带天线,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,读无限次工作频率:13.56MHZ通信速率:106KBPS读写距离:10mm以(与读写器有关)1卡与读写器的通讯复位应答 Mifare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。防冲突机制当有多卡进入读写器操作围时,防冲突机制会从其中选择一进展操作,未选中的那么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。选择卡片选择被选中的卡的序列号,并同时返回卡

13、的容量代码。三次互相确认选定要处理的卡片之后,读写器就确定要访问的扇区号,并对该扇区密码进展密码校验,在三次相互认证之后就可以通过加密流进展通讯。在选择另一扇区时,那么必须进展另一扇区密码校验。2系统的工作方式为：STC89C52控制FM1702,驱动天线对Mifare卡进展读写操作；然后根据所得的数据对其他接口器件,如和上位PC机之间进展通信,把数据传给上位机。与上位机的通信采用RS485通信模块,通信距离能够到达1200米左右。整个系统由5V电源供电。3工作原理：系统数据存储在无源Mifare中。读写器的主要任务是传输能量给Mifare卡,并建立与之的通信。单片机控制MF RC500，将其

14、接收到的信号通过RS485传送给上位PC机。然后等待上位机传回的信号，确定是否控制执行器开门，还是报警。2 STC89C52的电路连接本系统中, STC89C52电路连接图如下列图2.2所示,采用SPI通信方式进展连接,与FM1702模块芯片的数据总线相连。P0口的一局部端口线与FM1702sl芯片的控制总线相连,在电源和地之间加上一个排阻，上电如果初始化成功，那么提示可以刷卡，如初始化失败，那么一直停留在初始化界面。图2.2刷卡模块接口原理图图2.3 STC89C52接线图3 LCD12864液晶显示屏的介绍LCD12864液晶显示屏是带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、

15、2 线或3 线串行多种接口方式，部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84 行1616 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不管硬件电路构造或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于一样点阵的图形液晶模块。3.1显示屏模块模块连接电路图图3.4显示屏模块连接图单片机与显示屏的接口电路局部：液晶显示

16、屏的数据接口线与单片机的P1口相连，P0.0,P0.1,P0.2用于使能和控制对液晶屏的读写等操作。4 AT 24C02介绍AT24C02是低电压工作的2K位串行电可擦除制度存储器，部组织为256个字节，每个字节8位，该芯片被广泛应用于低电压及低消耗的工商业领域。4.1AT 24C02存储模块模块连接电路图图3.7存储器模块接口原理图4.2 主要特性：1.工作电压：1.8V5.5V 2.输入/输出引脚兼容5V 3.应用在部构造：128x8(1K),256x8(2K),512x8(4K),1024x8(8K),2048x8(16K) 4.二线串行接口 5.输入引脚经施密特触发器滤波抑制噪声 6.

17、双向数据传输协议 7.兼容400KHz1.8V,2.5V,2.7V,3.6V 8.支持硬件写保护 9.高可靠性：读写次数：1,000,000次极限额定参数：引脚定义：表3.4引脚定义引脚名称引脚功能A0-A2器件地址输入SDA串行数据输入输出SCL串行时钟输入WP写保护VCC电源GND地引脚描述：串行时钟信号引脚SCL：在SCL输入时钟信号的上升沿将数据送入EEPROM器件，并在时钟的下降沿将数据读出。串行数据输入/输出引脚SDA：引脚可实现双向串行数据传输。该引脚为开漏输出，可与其他多个开漏输出器件或开集电极器件线或。器件/页地址脚A2，A1，A0：A2，A1和A0引脚为AT24C02的硬件

18、地址输入引脚，在一个总线上最一个总线上最多可寻址八个2K器件，A2，A1和A0必须部。写保护WP引脚：AT24C02具有用于硬件数据写保护功能的引脚。当该引脚接GND时，允许正常的读写操作，当该引脚接VCC时，芯片启动写保护功能。5电子锁控制电子锁控制采用9012三极管驱动5V继电器,单片机的输出OUT通过9012三极管驱动继电器, 继电器的输出直接接继电器线圈的一端,线圈的另一端接GND。继电器的公共点和长开点分别接电子锁的两跟控制线由于电子锁的开关是靠两根控制线是否连通来控制的,当两根控制线接在一起时就开门,反之如果两根控制线断开就锁门。因此当单片机的输出端输出高电平时三极管倒通,9012

19、的输入端为低电平,由于9012在这电路中起到开关作用,因此9012输出为高电平。此时继电器线圈上有电流流过,继电器吸合,电子锁的两根控制线接通,电子锁开门。反之,如果单片机输出高电平三极管不倒通, 9012三极管的输出为低电平,因此继电器线圈没电路,继电器不动作,电子锁的控制线保持断开,电子锁锁门。电路图如下：图3.8 继电器模块电路6报警电路报警电路有一个直流蜂鸣器和9012三极管构成,电路图如下图。图中Alarm为单片机的P2.4脚,当需要蜂鸣器报警时只需要将单片机的P2.4管脚置为高电平,三极管倒通,电流从+5V电源经过蜂鸣器和三极管的CE极流向地，蜂鸣器有电流流过那么发声报警。当单片机

20、P2.4管脚为低电平时,三极管截止,没有电流从蜂鸣器流过,蜂鸣器停顿发声,因此通过控制单片机P2.4管脚的高电平时间就可以控制缝鸣器的报警时间。图3.9蜂鸣器模块7射频卡读卡器块的复位电路射频卡读卡器块的采用了按键复位电路，当系统发生故障,可通过按下复位按键，系统将复位,让系统重新初始化运行。图3.10单片机复位模块8按键模块射频卡读卡器在系统初始化后进入工作模式，通过按键来切换各种模式。工作模式按下K1即进入注册模式，再次按下K1进入注册模式，接着按K1循环到工作模式。图3.11 按键模块9LED显示模块图3.12LCD显示模块射频卡读卡器工作模式下刷卡，当PowerLed为低电平D1亮，那

21、么表示刷卡成功此卡为合法卡允许进入。当LED为低电平时D2亮，说明此是所刷的卡编号并未存储在存储器中进入报警状态。二射频卡读卡器的软件设计现在单片机编程使用的语言大多为汇编语言和C语言。运用汇编语言编程的好处是代码生成效率高,程序运行速度快；缺乏是程序的可读性和可移植性比拟差,用汇编语言编写单片机应用系统程序的周期长,调试和排错相当困难。C语言是一种通用的计算机程序设计语言,它既可用来编写计算机的系统程序,也可用来编写一般的应用程序,用它编写的程序,具有较好的可读性和可移植性。所以在本设计中运用C语言进展射频卡读卡器程序设计。1系统流程及主程序介绍系统工作是按固定顺序执行的，主要流程如图系统工

22、作流程图2读卡器读卡器主程序用要完成系统初始化，读卡器和高频频FM1702模块的中断处理程序，以及与PC机通信中断处理程序等操作.3读卡过程及程序设计介绍读卡器软件编程来进展对射频卡的一系列操作,主要有：防冲突程序、卡片的读写程序以及对卡片数据块的操作等。读卡程序的设计思路是在系统初始化后,射频场检测有Mifare1卡进入射频天线的有效围,读卡程序按顷序启动防冲突程序和认证程序,验证成功后最后操作卡片读写程序。程序流程图见图所示,下面介绍其中的几个主要过程。3.1寻卡过程Mifare1卡是一种以被动方式工作的卡,进入射频区的Mifare1卡上电后进入IDLE状态,它通过吸收感应区的磁场能量进展

23、工作,不会主动发出信号。读卡器必须不连续地向外发出请求信号,符合条件的卡只有在接收到请求信号之后才会进展响。程序中用Mf500ComReq函数不断向外循环发请求信号,检查感应区是否有符合条件的卡,一旦有符合条件的卡进入并被选中,程序退出循环请求过程,进入防冲突过程。Request std指令分为和Request all两个指令。Request al指令的功能是在天线围检查所有符合条件的卡,无论是处于IDLE状态还HALT状态的卡,都会响应。Request std指令只对天线围处于IDLE状态的卡有效,对HALT状态的卡无效。考虑到至少有两卡同时进入感应区的可能,设计中采用Request all

24、指令, Mf500ComReq函数主要代码及相关注释见附录。3.2防冲突所谓防冲突又叫防碰撞、防重叠,就是从多进入感应区的卡中选出一来进展操作。如果只有一进入感应区,并且已经知道了卡的序列号SN,那么可跳过此步,直接进入选卡命令,假设不知道卡的序列号,那么必须调用防冲突函数mF500CascAnticoll(),以得到感应区卡的序列号。假设同时有多卡在感应区,防冲突函数能够选择其中的一卡并得到其序列号。防冲突指令只是获得一Mifare 1卡的序列号,并没有真正选中这卡。选中卡应由Select见下一步指令完成。SN为40位长5个字节,实际有意义的只有前4个字节,最后一个字节是SN的异或校验的校验

25、码,在获得SN之后,一般应在程序中对所接收到的SN进展校验,以确保数据的正确性。mF500CascAnticoll()函数主要代码及相关注释见附录。3.3选择卡片选择卡片就是根据的序列号读出卡的容量编码一字节。只有经过这一步骤后才算真正选中了一卡,以后的操作都对这卡进展。选择卡片指令是很重要的,而且必须首先被使用,因为卡片只有先被选中了,然后才能进展读、写等操作。选择卡片过程是通过Mf500CascSelect函数实现的,其主要程序代码及相关注释见附录。3.4读取卡片如果完成了前面几个步骤,说明所选卡是本系统的卡,就可以对Mifare卡正常进展读、写了。读卡函数Mf500Read从已通过密码验证的扇区中读取一个数据块,共16个字节,其中前面几个字节即为卡号1个字节表示2位卡号,本系统卡号长度为10,所以需要前面5个字节。Mf500Read函数主要代码及相关注释见附录。3.5 卡挂起当对卡中的数据处理完后,程序应使卡处于挂起状态,此时即使卡在感应区域,读卡器也不会再对该卡进展任何操作。Mf500Halt函数用来实现卡挂起功能,其主要代码及相关注释见附录。附实物图教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。