畢業(yè)論文 基于單片機IC卡的門禁系統(tǒng)的設計與應用

1、論文題目：基于單片機ic卡的門禁系統(tǒng)的設計與應用目 錄 第一章 門禁系統(tǒng)41.1 門禁系統(tǒng)概述41.2 門禁系統(tǒng)的分類41.3 領域應用61.3.1. 門禁在智能化大廈寫字樓公司辦公中的應用61.3.2 在智能化小區(qū)出入管理控制的應用71.3.3 門禁在政府辦公機構中的應用71.3.4門禁在電信基站和供電局變電站的應用71.3.5密碼門禁系統(tǒng)的優(yōu)缺點8 第二章 讀寫模塊zlg500簡介82.1 zlg500與mcu的接口原理82.2 zlg500與mcu接口的時序及通信協(xié)議8 第三章 智能卡門禁系統(tǒng)設計93.1 總體結構93.2 主控模塊113.2.1 數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸模塊113.2.2 主

2、模塊的軟接口133.2.3 時鐘控制1514內容摘要現(xiàn)代科技技術的進步以計算機技術的進步為代表。不斷革新的計算機技術，從各個層面上影響著、引導著各行各業(yè)的技術更新。計算機強大的處理能力，使得它成為一種很好的工具，其應用范圍也越來越廣泛。ic卡作為信息時代的一種產(chǎn)物，以其體積小，重量輕，價格便宜，便于攜帶，抗干擾性強，易于使用等優(yōu)點，自從其誕生以來就備受重視，其應用領域已從最初的銀行信用卡單一領域，滲透到包括保安，付費電話，賓館旅游等幾十甚至上百個領域，用單片機控制的ic卡電子門禁也應用到成熟階段。隨著微電子技術的發(fā)展和社會對服務行業(yè)自動化的迫切需要，越來越多的場合采用了智能ic卡門禁系統(tǒng)，如校

3、園一卡通系統(tǒng)、城市公交系統(tǒng)、大型會議簽到系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)。當前社會生活中使用的ic卡主要為非接觸式的ic卡，非接觸式ic卡是現(xiàn)代信息工程、半導體工業(yè)領域中的一個熱點。本文以zlg500讀寫模塊作為卡與門禁機交換數(shù)據(jù)的接口模塊，介紹了zlg500在智能卡門禁系統(tǒng)中的應用。智能卡門禁系統(tǒng)中主控模塊主要mcu(at89c52)、zlg500、復位電路、時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲接口電路、鍵盤與顯示接口電路及電鎖等幾部分組成。數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸部分、實時時鐘和掉電保護部分、鍵盤和顯示部分、驅動控制部分。讀卡器采用at89c52單片機作控制器，擴展實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲器、8個led顯示器及顯示驅動等。隨著

4、感應卡技術，生物識別技術的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，出現(xiàn)了感應卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)等各種技術的系統(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)的應用領域也越來越廣。關鍵詞 ：mifare智能lc卡 門禁系統(tǒng) 單片機 zlg500abstractabstract the advances in modern technology and advances in computer technology representatives. innovation in computer technology, from all levels of influence and

5、guide the technological upgrading all walks of life. computer processing power, making it a good tool, and its increasingly wide range of applications. ic card as a product of the information age, with its small size, light weight, cheap, easy to carry, strong anti-interference, ease of use, etc., s

6、ince much attention since its birth, its applications from the initial credit card single field, penetrate to include security, pay phones, hotel and tourism dozens or even hundreds of fields, with the ic card microprocessor controlled electronic access control is also applied to the mature stage. w

7、ith the development of microelectronics technology and society to the urgent need for automation of the service sector, where more and more intelligent use of the ic card access control systems, such as campus card systems, urban transit systems, large meeting attendance system, attendance systems,

8、access control system. used in the current social life mainly non-contact ic card, the ic card, contactless ic card is a modern information technology, the semiconductor industry in a hot spot. in this paper, zlg500 reader module card and access control as a data exchange interface module, introduce

9、d zlg500 in the smart card access control system. smart card access control system control module main mcu (at89c52), zlg500, reset circuit, clock circuit, data storage interface circuit, keyboard and display interface circuit and electronic locks and other several parts. part of data storage and da

10、ta transmission, real-time clock and power-down protection component, keyboard and display part of the drive control section. reader using at89c52 microcontroller as the controller, extended real-time clock, data memory, 8 led display and display driver and so on. with the proximity card technology,

11、 biometrics technology, access control system has been leap-type development, there has been induction card access control system, fingerprint access control systems and other technology-based systems, their safety, convenience, ease of management and so on have their own expertise, access control s

12、ystem applications and more widely. keywords: mifare smart lc cards access control systems microcontroller zlg500 modul朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典第一章 門禁系統(tǒng)1.1門禁系統(tǒng)概述出入口門禁安全管理系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，光學，計算機技術，通訊技術，生物技術等諸多新技術。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施。適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間,智能化小區(qū)，工廠等。在

13、數(shù)字技術網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展的今天門禁技術得到了迅猛的發(fā)展。門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。在該系統(tǒng)的基礎上增加相應的輔助設備可以進行電梯控制、車輛進出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、保安巡檢管理、餐飲收費管理等，真正實現(xiàn)區(qū)域內一卡智能管理。最近幾年隨著感應卡技術，生物識別技術的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進入了成熟期，出現(xiàn)了感應卡式門禁系統(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)的應用領域也越

14、來越廣。1.2 門禁系統(tǒng)的分類門禁系統(tǒng)按進出識別方式可分為以下三大類：1、密碼識別密碼識別：通過檢驗輸入密碼是否正確來識別進出權限。  密碼鍵盤這類產(chǎn)品又分兩類：一類是普通型，一類是亂序鍵盤型（鍵盤上的數(shù)字不固定，不定期自動變化）。普通型：優(yōu)點：操作方便，無須攜帶卡片；成本低。缺點：同時只能容納三組密碼，容易泄露，安全性很差；無進出記錄；只能單向控制。亂序鍵盤型（鍵盤上的數(shù)字不固定，不定期自動變化）：優(yōu)點：操作方便，無須攜帶卡片，安全系數(shù)稍高缺點：密碼容易泄露，安全性還是不高；無進出記錄；只能單向控制。成本高。2、卡片識別卡片識別：通過讀卡或讀卡加密碼方式來識別進出權限，按

15、卡片種類又分為  普通讀卡器：磁卡優(yōu)點：成本較低；一人一卡（+密碼），安全一般， 可聯(lián)微機，有開門記錄缺點：卡片，設備有磨損，壽命較短；卡片容易復制；不易雙向控制?？ㄆ畔⑷菀滓蛲饨绱艌鰜G失，使卡片無效。射頻卡優(yōu)點：卡片，設備無接觸，開門方便安全；壽命長，理論數(shù)據(jù)至少十年；安全性 高，可聯(lián)微機，有開門記錄；可以實現(xiàn)雙向控制?？ㄆ茈y被復制。缺點：成本較高3、生物識別生物識別：通過檢驗人員生物特征等方式來識別進出。有指紋型，虹膜型，面部識別型  指紋儀  虹膜識別設備優(yōu)點：從識別角度來說安全性極好；無須攜帶卡片缺點：成本很高。識別率不高

16、，對環(huán)境要求高，對使用者要求高（比如指紋不能劃傷，眼不能紅腫出血，臉上不能有傷，或胡子的多少），使用不方便（比如虹膜型的和面部識別型的，安裝高度位置一定了，但使用者的身高卻各不相同）值得注意的是一般人認為生物識別的門禁系統(tǒng)很安全，其實這是誤解，門禁系統(tǒng)的安全不僅僅是識別方式的安全性，還包括控制系統(tǒng)部分的安全，軟件系  掌形儀統(tǒng)的安全，通訊系統(tǒng)的安全，電源系統(tǒng)的安全整個系統(tǒng)是一個整體，哪方面不過關，整個系統(tǒng)都不安全。例如有的指紋門禁系統(tǒng)，它的控制器和指紋識別儀是一體的，安裝時要裝在室外，這樣一來控制鎖開關的線就露在室外，很容易被人打開。1.3領域應用智能化大廈寫字樓公司辦公,

17、智能化小區(qū)出入管理控制,門禁在政府辦公機構,醫(yī)療醫(yī)院系統(tǒng),電信基站和供電局變電站. .1.3.1.門禁在智能化大廈寫字樓公司辦公中的應用在公司大門上安裝門禁可以有效地阻止外來的推銷員進入公司擾亂辦公秩序,也可以有效地阻止外來閑雜人員進入公司,保證公司及員工財產(chǎn)的安全.可以顯示和提高公司的管理檔次,提高企業(yè)形象.可以有效地追蹤員工是否擅離崗位.可以通過配套的考勤管理軟件,進行考勤,無需購買打卡鐘,考勤結果更加客觀公正,而且統(tǒng)計速度快而且準確,可以大大降低人事部門的工作強度和工作量.可以有效解決某些員工離職后出于擔心不得不更換大門鑰匙的問題.可以方便靈活地安排任何人對各個門的權限和開門時間,只需攜

18、帶一張卡,無需佩戴大量沉甸甸的鑰匙,而且安全性要比鑰匙更讓人放心.在公司領導辦公室門上安裝門禁系統(tǒng)可以保障領導辦公室的資料和文件不會被其他人看到而泄漏,可以給領導一個較安全 安靜的私密環(huán)境.在開發(fā)技術部門上安裝門禁系統(tǒng),可以保障核心技術資料不被外人進來隨手 輕易竊取.防止其他部門的員工到開發(fā)部串崗影響開發(fā)工作.在財務部門上安裝門禁系統(tǒng),可以保障財物的安全性,以及公司財務資料的安全性.在生產(chǎn)車間大門上安裝門禁系統(tǒng),可以有效地阻止閑雜的人進入生產(chǎn)車間,避免造成安全隱患.1.3.2 在智能化小區(qū)出入管理控制的應用一般在小區(qū)大門 柵欄門 電動門,單元的鐵門 防火門 防盜門上安裝門禁系統(tǒng). 可以有效地阻

19、止閑雜人員進入小區(qū),有效地對小區(qū)進行封閉式管理.可以改變小區(qū)保安依賴記憶來判斷是否是外人的不準確的不嚴謹?shù)墓芾矸绞?如果是小區(qū)業(yè)主,新來的保安加阻攔會引起業(yè)主的反感.如果外來的人員,穿著很好,保安也許以為是業(yè)主而未加盤問,這樣也會帶來安全隱患. 安全科學的門禁系統(tǒng)可以提高物業(yè)的檔次,更有利于發(fā)展商推廣樓盤.業(yè)主也會從科學有效的出入管理中得到實惠. 聯(lián)網(wǎng)型的門禁有利于保安隨時監(jiān)控所有大門的進出情況,如果有事故和案件可以事后查詢進出記錄提供證據(jù).可以和樓宇對講系統(tǒng)和可視對講系統(tǒng)結合使用.可以和小區(qū)內部消費 停車場管理等實現(xiàn)一卡通.1.3.3 門禁在政府辦公機構中的應用可以有效地規(guī)范辦公秩序,可以阻

20、止不法人員沖擊政府辦公部門,保護領導的人身安全.門禁在醫(yī)療醫(yī)院系統(tǒng)的應用:可以阻止外人進入傳染區(qū)域和精密儀器房間.可以阻止有人因為情緒激動將細菌帶入手術室等無菌場合.可以阻止不法群體沖擊醫(yī)院的管理部門,以免因為情緒激動損害公物和傷害醫(yī)療工作者和醫(yī)院領導.1.3.4門禁在電信基站和供電局變電站的應用典型基站和供電局變電站具備這樣的特點:基站很多,要求系統(tǒng)容量大.分布范圍很廣,甚至幾百平方公里,有自己的網(wǎng)絡進行聯(lián)網(wǎng),有的地方是無人值守的,需要中央調度室隨時機動調度現(xiàn)場的工作人員.實現(xiàn)方案是: 采用網(wǎng)絡型門禁控制器,通過局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)進行遠程管理1.3.5密碼門禁系統(tǒng)的優(yōu)缺點通過輸入密碼，門禁系統(tǒng)

21、判斷密碼正確就驅動電鎖，打開門放行。優(yōu)點：只需記住密碼，無需攜帶其他介質。成本最低。缺點：速度慢， 輸入密碼一般需要好幾秒中，如果進出的人員過多，需要排隊。如果輸入錯誤，還需重新輸入，耗時更長。安全性差，旁邊的人容易通過手勢記住別人的密碼，密碼容易忘記或者泄露。趨勢：密碼門禁使用的場合越來越少了，只在對安全性要求低，成本低，使用不頻繁的場合還在使用。例如：保險柜。第二章 讀寫模塊zlg500簡介2.1 zlg500與mcu的接口原理zlg500模塊采用philips公司最新的高集成iso14443讀卡芯片mf rc500，它能讀寫rc500內eeprom，提供三線制spi接口，并具有控制線輸出

22、端口，能與任何mcu連接。zlg500與mcs51單片機的接口原理圖如圖1所示。此外該模塊的emc性能優(yōu)良，并且自帶無源蜂鳴器信號輸出，能用軟件控制其輸出頻率及輸出持續(xù)時間。圖中sclk、sdata、ss為zlg500與mcu相連接的控制線，分別為時鐘線、數(shù)據(jù)線和片選。主控制器的mcu和讀卡模塊內的mcu通過此三線相連。接口空閑時，主機的ss=1，sclk=o，sdata=0，而從機的ss=1，sclk=1，sdata=o。其中ss和data都是雙向的，而時鐘線sclk是單向的，即時鐘只能由主控制器產(chǎn)生，該信號必須嚴格遵守時序規(guī)范，否則將出現(xiàn)通信錯誤，此時讀卡模塊必須釋放該線。ss還作為數(shù)據(jù)發(fā)

23、送使能端。若一方有數(shù)據(jù)要發(fā)送給另一方，則該方控制ss線為低電平，并在發(fā)送結束后將該線置高電平。接收數(shù)據(jù)方不得控制該線，雙方必須遵守通信協(xié)議，不得同時控制該線。sdata為數(shù)據(jù)線，由數(shù)據(jù)發(fā)送端控制數(shù)據(jù)，接收端必須釋放該線。該線在一次傳輸開始時還同時作為數(shù)據(jù)接收端的響應信號。2.2 zlg500與mcu接口的時序及通信協(xié)議zlg500與mcu無論數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛉绾危瑂pi線上信號的波形總是如圖2所示。由圖中可以看出，在ss為低時，時鐘和數(shù)據(jù)線上的信號才有效；在 sclk為低時sdata變化，在sclk為高時sdata應保持穩(wěn)定。以上傳輸中，從數(shù)據(jù)發(fā)送器請求開始至數(shù)據(jù)接收器響應的時間是不確定的，取決

24、于接收器內的mcu是否忙，因此有必要設置看門狗定時器對數(shù)據(jù)接收器的響應進行監(jiān)視。一旦接收器響應，則mcu必須根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向，嚴格控制以下幾個時間，以確保數(shù)據(jù)傳輸無誤。    t1：數(shù)據(jù)接收器響應至mcu產(chǎn)生第一個sclk上升沿的時間。    t2：2個字節(jié)傳輸之間sclk低電平的持續(xù)時間。    t3：傳輸最后1個字節(jié)的最后1位的sclk信號的上升沿至ss上升沿的時間。    th：sclk信號的高電平持續(xù)時間。    tl：sclk信號的低電平持續(xù)時間。在數(shù)據(jù)傳輸方向不同時，對時間t1、t2

25、、t3、th和tl都有不同的要求。mcu與zlg500的通信必須先由mcu發(fā)送命令和數(shù)據(jù)給zlg500，zlg500執(zhí)行命令完畢后，將命令執(zhí)行的狀態(tài)和響應數(shù)據(jù)發(fā)回mcu。開始通信，收發(fā)雙方必須處于空閑狀態(tài)。首先由mcu發(fā)出ss下降沿信號，然后等待zlg500在sdata線上的響應，若在50 ms內未檢測到此信號，則退出本次傳輸。若正確響應，則mcu可將命令和數(shù)據(jù)發(fā)送出去。然后mcu等待zlg500發(fā)回的狀態(tài)和響應數(shù)據(jù)，即等待ss線上的下降沿信號。若在50 ms內未檢測到此信號，則退出本次傳輸；若正確檢測到ss信號，則可以接收狀態(tài)和數(shù)據(jù)。第三章 智能卡門禁系統(tǒng)設計3.1 總體結構 系統(tǒng)采用phi

26、lips公司的非接觸智能ic卡mifare 1(m1)卡。以m1卡作為用戶卡，以其全球唯一的序列號sn為依據(jù)控制門的開啟。由于它是一個高頻卡，工作頻率為135 mhz，因而具有較強的抗干擾能力且讀寫距離遠(2510 cm)。整個智能卡門禁系統(tǒng)分為三大部分：其一是讀寫器部分，包括mcu、復位電路、時鐘電路、顯示電路、鍵盤、數(shù)據(jù)存儲等主控模塊及非接觸ic卡讀寫模塊和電鎖驅動部分；其二是中央控制電腦的軟件管理系統(tǒng)模塊；其三是中央控制電腦與讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸模塊?？傮w系統(tǒng)框圖如圖3所示。 首先，在發(fā)卡系統(tǒng)(中央控制pc機)里把用戶的卡號及個人信息輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并將該卡號作為合法卡號下載給所有門禁機

27、。當有1張m1卡在門禁機的有效工作范圍內時，系統(tǒng)會自動向卡發(fā)出命令，卡接收到命令后向門禁機反饋其sn。門禁機判斷收到的卡號是否合法，合法則驅動電磁門鎖開門，并實時上傳其開門記錄；如果是非法卡(未經(jīng)授權或已掛失的卡)則拒絕開門并上傳報警信息。只有最高授權者(掌握授權密碼)才可以發(fā)管理員卡，管理員必須用管理員卡方可登錄發(fā)卡系統(tǒng)進行發(fā)卡及下傳合法卡號、掛失、解掛、下傳黑名單等操作。 通過at89c52對zlg500的控制完成對卡的讀寫。系統(tǒng)外圍配有rs232轉rs485接口能與pc機互連成網(wǎng)絡，可以完成讀卡、顯示卡號和出入時間、身份識別、開鎖以及保存和上傳出入記錄、下載黑名單、設置開門權限等功能。門

28、禁機模塊的主控軟件主要完成門禁機模塊的初始化、卡的識別、開啟門鎖及保存有關數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)任宕蠊δ?。其總體工作流程如圖4所示。3.2 主控模塊由圖3可以看出，智能卡門禁系統(tǒng)中主控模塊主要由mcu(at89c52)、zlg500、復位電路、時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲接口電路、鍵盤與顯示接口電路及電鎖等幾部分組成?？梢钥闯鰉cu除了完成對zlg500讀寫模塊的控制外，還要承擔其他功能的控制，主要包括4部分：數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸部分、實時時鐘和掉電保護部分、鍵盤和顯示部分、驅動控制部分。3.2.1 數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸模塊各門禁點的出入記錄可采用實時上傳或定時采集的方式從門禁機傳輸給中央數(shù)據(jù)庫，前者對系統(tǒng)網(wǎng)絡速

29、度要求較高，當網(wǎng)絡堵塞時有丟失數(shù)據(jù)的可能。本系統(tǒng)采用出入記錄暫時存儲在門禁機中，每隔一段時間(例如每周一次)上傳給中央數(shù)據(jù)庫的方式。為此要求門禁機具備一定容量的存儲器，用于暫存門禁數(shù)據(jù)以及由中央數(shù)據(jù)庫下載的授權卡號。門禁機存儲器的容量取決于一個門禁記錄的長度、系統(tǒng)的卡容量以及定時上傳周期內最大的刷卡次數(shù)等，通常應留有一定的余量以免由于超出存儲容量而丟失數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用at24c256作為門禁機的存儲器，其存儲容量達64 kb，劃分成2個區(qū)：一個區(qū)用來存儲所讀取的記錄，另一個區(qū)用來存儲上位機下載的授權卡號。門禁機存儲器模塊的電路原理如圖5所示。at24c256是atmel公司的具有i2c總線結構

30、，可電擦寫與編程的只讀存儲芯片(eeprom)。mcu對at24c256的讀寫必須遵循i2c 總線傳輸?shù)臅r序要求，與at24c01基本一致，在此不再贅述。對于1個單一的讀寫器來講，自身的數(shù)據(jù)存儲是有限的。讀寫器外帶的數(shù)據(jù)存儲器主要作為數(shù)據(jù)的臨時存儲，對于大量的、需要長期保存的數(shù)據(jù)，一般是通過有線或無線，甚至是網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)街骺赜嬎銠C中進行保存。3.2.2主模塊的軟接口下面以主模塊中zlg500與mcu(at89c52)的通信為例來介紹智能卡門禁系統(tǒng)中主模塊的軟接口。zlg500初始化的子程序如下：上述程序中config子程序為rc500的復位和配置子程序，是由mcu向zlg500發(fā)出的不帶數(shù)據(jù)

31、的命令程序；request子程序是mcu向 zlg500發(fā)出的帶1個字節(jié)數(shù)據(jù)的命令程序，主要是檢查有效范圍內是否有卡存在；anticoll子程序是防沖突.3.2.3 時鐘控制在門禁系統(tǒng)中，需要實時記錄出入數(shù)據(jù)(開門的卡號及其出現(xiàn)的時間)。若采用單片機軟件計時，一方面要占用硬件計數(shù)器資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，耗費單片機的cpu資源。而在系統(tǒng)中采用芯片dsl302則能很好地解決這個問題。dsl302是美國dallas公司推出的高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周末、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓2555 v。圖6所示是實時時鐘芯片dsl302與mcu連接電路原理圖，dsl302采用三線接口與mcu進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或ram數(shù)據(jù)。mcu對dsl302的讀寫控制主要包括dsl302的初始化和讀取dsl302的時間和日期，初始化過程就是給dsl302賦予初