智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文

1、西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文I智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著射頻技術(shù)的飛速發(fā)展及其應(yīng)用范圍的越發(fā)寬廣，在身份識(shí)別和安 防等行業(yè)，門禁系統(tǒng)作為智能建筑的重要單元越來越得到重視，從原始的機(jī)械鎖操作到如今刷卡的智能門禁系統(tǒng)。射頻識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了原來門禁系統(tǒng)的不 足，而且讓門禁系統(tǒng)變的更加安全、便捷和實(shí)用。射頻標(biāo)簽是采用非接觸式，具 有讀寫速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一種采用RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)的高安全性 的智能門禁系統(tǒng)。首先分析了門禁系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，闡述了門禁系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題，弓I出課題研究目的和意義，給出了智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2、，并對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了闡述，研究了射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理、主要技術(shù)參數(shù)和相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。其次完成了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，對(duì)硬件電路芯片的選擇、 硬件驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)、串口通訊程序的設(shè)計(jì)等作出了具體詳細(xì)的分析。最后對(duì)智能門禁系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)使用者進(jìn)入門禁系統(tǒng)的檢測(cè)范圍時(shí)， 系統(tǒng) 會(huì)自動(dòng)獲取身份信息確定該使用者是不是授權(quán)用戶， 并且記錄進(jìn)出人員信息，對(duì) 非授權(quán)用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：RFID;智能門禁；IC卡；STC89C52Design of intelligent access control system西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文IIAbstract: With t

3、he rapid developme nt of radio freque ncy (RFID) tech no logy and itsapplication more and more broad, in the identification and security industries, access controlsystem as an important element of intelligent building more and more importance has beenattached to the, from the original mechanical loc

4、k operation to todays credit card intelligentaccess control system. The emergence of radio freque ncy ide ntificatio n tech no logy hasmade up the shortage of the orig inal access con trol system, and makes access con trolsystem become more secure, convenient and practical. Radio freque ncy tags are

5、 non-contact, read and write fast and low power con sumptio n.In this paper, a high security intelligent access control system is designed, which isbased on RFID (Freque ncy Ide ntificati on Radio) tech no logy. Begi ns with an an alysis ofthe access con trol system of the domestic and foreig n deve

6、lopme nt status and tren ds,describes the problems existed in curre nt access con trol system, leads to the purpose andsig nifica nce of the topic research, based on the desig n scheme of the intelligent entranceguard system, and on the radio frequency identification tech no logy is discussed in thi

7、spaper, in troduces the radio freque ncy ide ntificati on system, the worki ng prin ciple, mai ntech ni cal parameters and related key tech no logies. Secon dly, the hardware and softwaredesig n of the system are in troduced, the choice of hardware circuit, the design of thehardware driver, the desi

8、gn of serial com muni cati on program, etc.Fin ally, summary the paper, summarizes the research contents and results of thispaper, whe n the user en ters the detect ion range of access con trol system, the system willautomatically obtain identity information to identify the user is not authorized to

9、 the user, andrecords and personnel information, to non authorized user sends out the alarm signal. Theproject also needs to improve the place, and the prospect of the developme nt of RFID techno logy.Key words：STC89C52, IC card, LCD1602, i ntellige nt access con trol西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文3目 錄第1章緒論.11.1課題研究的

10、背景及意義 .11.2國內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù).21.4本章小結(jié).3第2章門禁系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理.42.2硬件方案的選擇.42.2.1主控制芯片的選擇.42.2.2顯示模塊的選擇.52.2.3電源電路的比較與選擇 .52.2.4鍵盤輸入模塊的選擇 .52.2.5電子鎖門禁驅(qū)動(dòng)器件的選擇.62.2.6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的選擇.72.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .72.3.1 RFID通訊協(xié)議.72.3.2 RFID讀寫器.72.3.3軟件開發(fā)環(huán)境.82.4本章小結(jié).8第3章門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).103.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).103.1.1 STC89C52單片機(jī)介紹.1

11、03.1.2 51最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .103.2IC卡原理及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .123.2.1 Mifare射頻卡技術(shù)參數(shù) .123.2.2 IC卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹 .123.2.3 IC卡讀寫過程.14西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文43.2.4單片機(jī)與IC卡讀卡模塊接口電路設(shè)計(jì) .153.3鍵盤電路設(shè)計(jì) .15331鍵盤識(shí)別原理.15332鍵盤電路及鍵盤按鍵定義 .163.4電子鎖門禁繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .163.4.1繼電器介紹.163.4.2繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .17466LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì) .183.5.1 LCD1602液晶介紹.183.5.2單片機(jī)與LCD1602液晶接口介紹 .1

12、83.6本章小結(jié).19第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).20492系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) .20493IC卡讀寫子程序設(shè)計(jì) .214.3鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì) .221.LCD1602液晶顯示子程序 .224.6電子鎖門禁開關(guān)子程序設(shè)計(jì).234.7報(bào)警子程序設(shè)計(jì).244.8本章小結(jié).24第5章門禁系統(tǒng)的調(diào)試.255.1門禁系統(tǒng)模擬調(diào)試 .255.1.1單片機(jī)軟件模擬調(diào)試 .255.1.2單片機(jī)硬件模擬調(diào)試 .275.2系統(tǒng)硬件焊接與調(diào)試 .275.3功能驗(yàn)證.285.4本章小結(jié).31結(jié)論.32致謝.32參考文獻(xiàn).34附錄1電路圖.35西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文5附錄2部分軟件程序.36西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文1第

13、1 章緒論1.1 課題研究的背景及意義IC卡門考勤與門禁系統(tǒng)有人也稱門禁系統(tǒng)器。其中比較核心的是IC讀卡器部分。提起IC卡讀卡器，很多人都立即會(huì)想到這種產(chǎn)品是配合數(shù)碼相機(jī)而產(chǎn)生的，不過目前已經(jīng)不再局 限于數(shù)碼相機(jī)使用了，而是擴(kuò)展到了更多的領(lǐng)域?！白x卡器”顧名思義這是一種讀取數(shù)據(jù)的 設(shè)備，但其不單單可以支持?jǐn)?shù)據(jù)的讀取同樣支持?jǐn)?shù)據(jù)的寫入。其初期的設(shè)計(jì)思路主要是為了 彌補(bǔ)數(shù)碼相機(jī)數(shù)據(jù)輸出的缺陷而產(chǎn)生的。由于早期USB接口并不普及，因此數(shù)碼相機(jī)的輸出口都是同電腦的串口連接的，由于串口的數(shù)據(jù)傳輸速度很低，如果把這些數(shù)據(jù)拷貝到硬盤上， 那就要花費(fèi)大量的等待時(shí)間了。因此，讀卡器就應(yīng)運(yùn)而生了。早在1970年I

14、C卡讀寫器就伴隨IC卡的產(chǎn)生而產(chǎn)生了，IC(Integrated Circuit)卡是1970年由法國人Rola nd More no發(fā)明的，他第一次將可編程設(shè)置的IC芯片放于卡片中，使卡片具 有更多功能。法國布爾(BULL)公司于1976年首先創(chuàng)造出IC卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金 融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)，使讀卡器也產(chǎn)生了不同的功能，和適應(yīng)不同場(chǎng)合的 不同類型，它提供了將微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起的IC卡與人直接溝通的樞紐，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。在我國的一些領(lǐng)域，如電信、交通、醫(yī)療等部門，使用IC卡也已經(jīng)很普遍，很多單位也已經(jīng)使用IC卡來進(jìn)行人員和財(cái)務(wù)管理。目前

15、市面上見到讀卡器都是被整合在自助一體付費(fèi)機(jī) 里，或連接在銀行柜臺(tái)服務(wù)員的電腦里。有接觸類和非接觸類之分，用于讀取不同的接觸類 卡片和非接觸類卡片。IC卡讀寫器主要應(yīng)用于為智能卡進(jìn)行余額查詢和充值的讀寫數(shù)據(jù)工作。如今，IC卡考勤與門禁系統(tǒng)的制作成本將不斷降低，IC卡芯片隨著半導(dǎo)體技術(shù)、大規(guī)模 集成電路芯片的發(fā)展而產(chǎn)生，也必將隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的高速發(fā)展而迅速發(fā)展壯 大。而與其相伴而生的考勤與門禁系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)和制造工藝也再不斷進(jìn)步。IC卡發(fā)展的如此迅疾自然也會(huì)導(dǎo)致其讀寫器的性能越來越好，功能也越來越強(qiáng)。IC卡考勤與門禁系統(tǒng)現(xiàn)在在銀行、消費(fèi)辦公場(chǎng)所到處可見。今天我們用的校園一卡通，在卡務(wù)中

16、心就是通過IC卡讀寫器將IC卡與電腦相連來進(jìn)行充值的，所以本設(shè)計(jì)將對(duì)IC卡考勤與門禁系統(tǒng)裝置展開研究。1.2 國內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀門禁控制系統(tǒng)是跟隨著自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展起來的，擁有很大的市場(chǎng)，有很多公司都從事門 禁控制系統(tǒng)的生產(chǎn)和開發(fā)。在國外的門禁系統(tǒng)有很多品牌,主要有美國的休斯(HID)、摩托羅拉(MOTOROLA)、英國的集寶,以色列的SERVANT等品牌，國內(nèi)門禁系統(tǒng)的品牌主要有清華 紫光和捷順等。門禁系統(tǒng)可有效管理門的開啟與關(guān)閉，保證授權(quán)人員自由出入，限制未授權(quán) 人員進(jìn)入。智能化門西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文2禁管理不僅方便了內(nèi)部管理，而且增強(qiáng)了內(nèi)部的保安，從而為用戶提供 一個(gè)高效和具有經(jīng)

17、濟(jì)效益的工作環(huán)境?；赗FID技術(shù)的門禁管理系統(tǒng)將“感應(yīng)卡”與“鎖具”有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而由“感應(yīng)卡” 替代“鑰匙”，配合電腦實(shí)行智能化管理。正是由于感應(yīng)卡的上市，使用者再也不需要攜帶 鑰匙，更免除了鑰匙被復(fù)制的煩惱，再也不必?fù)?dān)心財(cái)物可能蒙受損失。同時(shí)，它在功能上實(shí) 現(xiàn)了通訊自動(dòng)化、辦公自動(dòng)和管理自動(dòng)化，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為橋梁，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)通訊系統(tǒng)、辦 公自動(dòng)化系統(tǒng)的綜合管理?；赗FID技術(shù)的門禁系統(tǒng)作為一項(xiàng)先進(jìn)的高科技技術(shù)防范和管 理手段，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)、博物館、酒店、商場(chǎng)、醫(yī)療監(jiān) 護(hù)、銀行、監(jiān)獄等，正是因?yàn)殚T禁技術(shù)應(yīng)用的多樣性，功能的完善和廣泛的適應(yīng)性，已成為 安防技術(shù)

18、重點(diǎn)研究和開發(fā)的方向。射頻識(shí)別與手動(dòng)系統(tǒng)如條形碼相比有幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。即便標(biāo)簽被他物遮蓋或者不可見，射頻 標(biāo)簽只要靠近通過一個(gè)讀取器就可以讀取。無論是在手提箱里，紙箱里，盒子里，或是其他 什么容器里，射頻標(biāo)簽都可以被讀取。讀取機(jī)可以一次讀取上百個(gè)射頻標(biāo)簽，而條形碼只能 一次一讀。射頻識(shí)別技術(shù)可應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，主要決定因素是該項(xiàng)技術(shù)在相應(yīng)領(lǐng)域中的經(jīng)濟(jì)效 益。經(jīng)常提到的具體應(yīng)用包括：門禁系統(tǒng)、身份證、通行證（包括門票）、電子收費(fèi)系統(tǒng)（高 速公路收費(fèi)、停車場(chǎng)收費(fèi)）、飼養(yǎng)動(dòng)物識(shí)別、圖書管理、物流管理等。在我國讀寫器也已經(jīng)很普遍，IC卡讀寫器也就是我們平時(shí)應(yīng)用到的智能卡的讀寫機(jī)具、 考勤與門禁系統(tǒng)等等。比

19、如我們用的預(yù)付費(fèi)電卡、煤氣表卡、水表卡、乘車的公交卡等。目 前市面上見到讀卡器都是被整合在自助一體付費(fèi)機(jī)里，或連接在銀行柜臺(tái)服務(wù)員的電腦里。 有接觸類和非接觸類之分，用于讀取不同的接觸類卡片和非接觸類卡片。IC卡讀寫器主要應(yīng)用于為智能卡進(jìn)行余額查詢和充值的讀寫數(shù)據(jù)工作。1.3 設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)任務(wù)智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括射頻卡讀寫 器電路的設(shè)計(jì)和相關(guān)芯片的選擇；軟件系統(tǒng)包括非接觸式IC卡讀寫程序的設(shè)計(jì)、防沖突程序 等的設(shè)計(jì)和串口通信程序的編寫，以及門禁系統(tǒng)管理界面的設(shè)計(jì)。以射頻識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)， 依照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14443,設(shè)計(jì)出一種完整的非接觸式IC卡

20、讀寫模塊并提出網(wǎng)絡(luò)化門禁系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)以89C51系列單片機(jī)STC89C52為控制核心，利用非接觸式高頻Mifare IC卡模塊 讀取用戶手中的IC卡信息，識(shí)別成功后與系統(tǒng)存儲(chǔ)的IC卡庫數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)，如果IC卡 數(shù)據(jù)庫中有IC卡則證明IC卡合法，單片機(jī)通過控制繼電器控制電子鎖門禁開啟和關(guān)閉。同 時(shí)系統(tǒng)采用4*4矩陣鍵盤作為輸入，LCD1602液晶作為人機(jī)交互顯示，讓系統(tǒng)具備更大的實(shí) 用價(jià)值。本課題設(shè)計(jì)功能有：（1）51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文3（2）射頻IC卡模塊電路及驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。（3）LCD1602液晶顯示模塊及驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。（4）電子鎖繼電器驅(qū)動(dòng)模塊及

21、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。（5）4*4鍵盤模塊及驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。（6）蜂鳴器/LED報(bào)警提示模塊電路及驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。1.4 本章小結(jié)本章通過調(diào)研此課題研究背景及國內(nèi)外射頻技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，分析了門禁系統(tǒng)的重要意 義，確定了本課題研究的主要意義及目標(biāo)任務(wù)。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文4第 2 章 門禁系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理本系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的IC卡門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩個(gè)部分構(gòu)成：硬件電路 部分和軟件部分。硬件部分主要是電路板的設(shè)計(jì)與制作，軟件部分主要是各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)及 總程序調(diào)試與實(shí)現(xiàn)。硬件電路主要由：51單片機(jī)最小系統(tǒng)、射頻IC卡模塊、LCD1602液晶顯示模塊、報(bào)警 提示模塊、

22、4*4鍵盤模塊、電子鎖繼電器模塊、電源模塊等構(gòu)成。設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)總體框圖如 圖2-1所示。圖 2-1 門禁系統(tǒng)總體框圖2.2 硬件方案的選擇2.2.1主控制芯片的選擇方案一：采用ARM9微處理器作為控制器。ARM9引系列處理器是英國ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器ARM9內(nèi)核是0.9MIPS/MHZ的三級(jí)流水線和馮諾伊曼結(jié)構(gòu)；ARM9內(nèi)核是5級(jí)流水線，提供1.1MIPS/MHZ的哈佛結(jié)構(gòu)。ARM7沒有MMU,ARM720 T是MMU的，ARM9主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列ARM9是有MMU的，ARM940T只有Memory protection unit.不是一個(gè)完 整的MMU

23、。ARM7是典型的微處理器，體積小、處理能力強(qiáng)、功耗低，但價(jià)格昂貴，會(huì)造 成產(chǎn)品成本增加。方案二：采用STC89C52單片機(jī)作為控制器STC89C52單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容In tel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī) 的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn) 展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣 泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文5之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很 長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，

24、還是應(yīng)用最廣泛的一 種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。51成本低廉，使用方便，適合 與本門禁系統(tǒng)的識(shí)別與控制。綜上分析，我們采用了第二個(gè)方案，即采用STC89C52單片機(jī)作為主控制芯片。2.2.2顯示模塊的選擇方案一：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示具有亮度高、顯示簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔、成本低廉，可靠性高、響應(yīng)速度快等有點(diǎn)。但 如果采用數(shù)碼管顯示要想讓能見度較遠(yuǎn)并且醒目的同時(shí)又要顯示漢字、圖片等豐富的信息， 則需要的屏就要足夠大，理所當(dāng)然成本也就很高。電路復(fù)雜需器件也多。方案二：采用LCD1602液晶顯示。LCD1602液晶器件與數(shù)碼管顯示模塊相比，在硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多， 且

25、該器件的價(jià)格適中，批量?jī)r(jià)格更低。而且顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實(shí)現(xiàn)題目要求， 對(duì)后續(xù)的功能兼容性高。軟件操作簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。綜上分析，采用第二個(gè)方案。2.2.3電源電路的比較與選擇方案一：采用干電池供電。因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)工作電壓為5V直流，采用三節(jié)干電池串聯(lián)的方式能夠提供4.5V直流電 壓，能滿足本課題演示過程需要，而且也比較穩(wěn)定、方便。方案二：自制直流穩(wěn)壓電源模塊。將插線板電源經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出。為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。自制 電源會(huì)增加硬件成本，同時(shí)高壓轉(zhuǎn)抵押也帶來不穩(wěn)定等因素，因此不采用此方法。由于串聯(lián)干電池方式能達(dá)到很好的要求，同時(shí)自由度很大，能滿足系統(tǒng)的要求，且成本

26、低廉，因此我們選擇了方案一。2.2.4鍵盤輸入模塊的選擇方案一：采用獨(dú)立按鍵電路輸入獨(dú)立按鍵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用它方便，只需要單片機(jī)I/O口和地跨接即可，當(dāng)按下按鍵時(shí)候單片機(jī)I/O口電壓被拉低，單片機(jī)就可以檢測(cè)到此電壓的變化，一次來判斷是否有按鍵按下。 但缺點(diǎn)是占用較多的I/O口資源。本系統(tǒng)需要按鍵數(shù)目較多，單片機(jī)I/O口相對(duì)緊張，不能占用太多I/O，因此此方法不可行。方案二：采用4*4矩陣鍵盤模塊。在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文63-5所示。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，

27、一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比直接將端口線用于鍵盤 多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做 鍵盤是比較合理的。綜上，本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸入、IC卡添加、刪除等復(fù)雜的功能，因此需要按鍵數(shù)據(jù)較多，所以我們選擇占用較少I/O口的方案二。2.2.5電子鎖門禁驅(qū)動(dòng)器件的選擇方案一：采用S8550三極管、繼電器驅(qū)動(dòng)。S8550是一種常用的普通三極管。它是一種低電壓，大電流，小信號(hào)的PNP型硅三極管。三極管驅(qū)動(dòng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等特點(diǎn)，比較適合此類設(shè)計(jì)。繼

28、電器是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出 電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控 制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用 小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換 電路等作用。在使用時(shí)增大S8850三極管驅(qū)動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)繼電器開關(guān)，進(jìn)而來控制電子鎖部件。方案二：采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一種雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中每個(gè)H橋可以提供2A的電流，功率部分的供 電電壓范圍是2.5v-48v,邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。LN29

29、8內(nèi)部繼承大功率H橋路。 具有穩(wěn)定性高、使用簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)力大等特點(diǎn)。由于L298N芯片器件成本較高， 會(huì)大大加大開發(fā)成本， 同時(shí)光耦元件適用于高速低電壓 的開關(guān)場(chǎng)合，因此本方案不可取。綜上分析，我們采用了第一個(gè)方案。226數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的選擇方案一：采用單片機(jī)自帶的EEPROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。STC89C52單片機(jī)片內(nèi)自帶了2K的EEPROM閃存。改閃存可以反復(fù)擦除和讀寫很多次， 不需要采用另外的存儲(chǔ)器，使用起來方便快捷、而且不增加成本。方案二：采用AT24C02存儲(chǔ)芯片。AT24C02是TI公司退出的典型的基于IIC總線協(xié)議的DIP8封裝的偏外存儲(chǔ)芯片。其內(nèi) 部是一個(gè)2K位串行CMOS EEPROM，

30、內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)。AT24C02支持I2C，總線 數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接 收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文7送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。 通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)AT24C02器件連接到總線上。此芯 片性能較好，完全能夠滿足次設(shè)計(jì)的要求，但此芯片價(jià)格昂貴，需要增加外部電路和硬件成 本，因此用于本課題大材小用。綜上分析，我們采用了第一個(gè)方案。2.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1RFID通訊協(xié)議讀卡器與電子標(biāo)簽之間的通信方式是非接觸式的無線通信，系統(tǒng)要與RFID通信并獲

31、取相 關(guān)的信息，電子標(biāo)簽要給系統(tǒng)返回命令執(zhí)行的結(jié)果，讀寫器與門禁控制器之間的通信和數(shù)據(jù)交 換是通過雙向的智能無線通訊來完成的。（1）編碼方式在該門禁控制系統(tǒng)中電子標(biāo)簽與讀卡器之間采用的是半雙工的通信方式，編碼方式采用的是脈寬調(diào)制編碼方式,即PWM編碼方式,該系統(tǒng)中PWI信號(hào)不是由硬件產(chǎn)生的,由單片機(jī)通 過軟件方式產(chǎn)生和調(diào)制PWM信號(hào)。設(shè)Te為PWM信號(hào)的碼元周期，一般情況下Te取100娜 到400娜之間,由碼元周期Te可知該通信過程中的波特率為1/Te。 在編碼的過程中如果用3位碼元來表示1位要發(fā)送的數(shù)據(jù)，第一和第三位碼元為起始和終止碼元，用中間的碼元作為信 息碼元,即要發(fā)送的數(shù)據(jù),采用3位碼

32、元來表示一位數(shù)據(jù)的PWM的編碼方式。（2） 數(shù)據(jù)格式門禁控制器與電子標(biāo)簽之間的通信是通過約定好的協(xié)議來完成。射頻標(biāo)簽向讀寫器發(fā)送 數(shù)據(jù)是通過RF發(fā)射模塊來完成的，RF數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)是由滾動(dòng)碼和固定碼組成的，該系統(tǒng)中約 定采用32位滾動(dòng)碼和34位固定碼的數(shù)據(jù)幀格式，固定碼是由28位的序列號(hào)、4位功能碼和2位狀態(tài)碼組成的?？刂破飨騃D卡發(fā)送數(shù)據(jù)幀是通過門禁控制器的LF發(fā)射模塊來實(shí)現(xiàn)的。2RFID讀寫器RFID系統(tǒng)的工作方式為：MCU（微控制器，即STC89C52）通過串行口接收PC機(jī)的控制 指令，與MFRC500進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；讀寫器的核心部分MF RC500負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼、解 碼，信號(hào)的調(diào)制、解

33、調(diào)并通過天線建立讀寫器同射頻Mifare卡之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻Mifarel卡進(jìn)行讀寫等一系列操作。為實(shí)現(xiàn)讀寫器的功能，并根據(jù)系統(tǒng)硬件電路可知，硬件電路確定之后，射頻讀卡系統(tǒng)的 主要功能將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)，讀寫器軟件部分設(shè)計(jì)包括三部分：系統(tǒng)硬件配置初始化、對(duì)Mifare1卡的讀寫操作、利用液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)。7系統(tǒng)硬件配置初始化：包括對(duì)LCD液晶顯示的初始化，射頻模塊接口的初始化。初 始化成功后系統(tǒng)才可以正常工作。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文88對(duì)Mifare1卡的讀寫操作：這個(gè)過程包括裝載密碼，尋卡，防沖突，選卡，驗(yàn)證密碼， 讀寫卡，?？ǖ纫幌盗羞^程。9液晶顯示屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)：液晶顯示模塊可

34、以顯示Mifare1卡的序列號(hào)等相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以顯示初始化、讀寫卡等相關(guān)程序的執(zhí)行情況。2.3.3軟件開發(fā)環(huán)境單片機(jī)開發(fā)所使用的語言一般為匯編語言和C語言。本讀寫器中使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。KEIL C51是德國KEIL公司推出的WINDOWS版的MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)套件，可以直接對(duì)8051單片機(jī)的內(nèi)部特殊功能寄存器I/O口進(jìn)行操作，直接訪問片內(nèi)或者片外存 儲(chǔ)器，還可以進(jìn)行各種位操作，能夠產(chǎn)生簡(jiǎn)潔、高效率的程序代碼，在代碼質(zhì)量上可以與匯 編語言的特點(diǎn)相媲美，可用于編譯匯編源程序、C源程序,鏈接和定位目標(biāo)文件和庫，創(chuàng)建HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序，并內(nèi)嵌有RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化復(fù)雜的

35、多任務(wù)實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)。因此選用KEIL C51軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4 本章小結(jié)通過對(duì)主控芯片、顯示模塊和電源電路等模塊不同方案的比較，擇優(yōu)選取了適合本設(shè)計(jì) 要求的既能滿足要求又實(shí)惠的器件，來完成硬件部分模塊的設(shè)計(jì)。并介紹了RFID通信協(xié)議、RFID讀寫器的和軟件開發(fā)環(huán)境。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文10第 3 章門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)硬件電路由：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、4*4鍵盤模塊、LCD1602液晶顯示模塊、IC卡讀卡模塊、電子鎖門禁繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等組成。：3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)51單片機(jī)最小系統(tǒng)一般有：51單片機(jī)、電源模塊、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路。STC89C52單片機(jī)介紹S

36、TC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系 統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具 有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash， 使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash, 512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口

37、。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。51最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)a.復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種。上電復(fù)位電路：由22uf電解電容和10K電阻構(gòu)成。原理是上電瞬間，電容充電電流最大， 電容相當(dāng)于短路，RST端為高電平，自動(dòng)復(fù)位；電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓時(shí)，電容充電 電流為零，電容相當(dāng)于開路，RST端為低電平，程序正常運(yùn)行。

38、按鍵手動(dòng)復(fù)位電路：電路由按鍵、10K電阻、1K電阻、22uf構(gòu)成。原理是首先經(jīng)過上電 復(fù)位，當(dāng)按下按鍵時(shí)，RST直接與VCC相連，為高電平形成復(fù)位，同時(shí)電解電容被短路放電；按鍵松開時(shí)，VCC對(duì)電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復(fù)位，充電 完成后，電容相當(dāng)于開路，RST為低電平，正常工作。這里我們采用按鍵復(fù)位來實(shí)現(xiàn)，電路圖如3-1所示：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文11b.時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)的控制下各部件之間同根據(jù)產(chǎn)生的方式不同，分為內(nèi)部和外部?jī)煞N時(shí)鐘電路在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，其輸入端為芯片

39、引腳正弦波，這就是單片機(jī)的振蕩電路，如圖3-2所示圖 3-2 單片機(jī)振蕩電路通常，電容C2和C3這取30pf左右，主要作用是幫助振蕩器起振，晶體的振蕩頻率范 圍是1.2，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部,XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，在引腳XTAL1和XTAL2上輸出3V左右的圖 3-1 單片機(jī)復(fù)位電路20-TVE-XI丨西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文1212MHz。 晶體振蕩頻率高， 則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高， 單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。 在通 常應(yīng)用情況下，MCS-51使用振蕩頻率為6MHz或12MHz。在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中,為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘

40、信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩 脈沖。這是，外部的脈沖信號(hào)時(shí)經(jīng)過XTAL2引腳注入，其連接如圖3-2所示，由于XTAL2端邏輯電平不是TTL的，故需要外接一個(gè)上拉電阻，外接信號(hào)應(yīng)為時(shí)鐘頻率低于12MHz的方波信號(hào)。電源模塊主控部分的STC89C52芯片正常工作需5V電壓，射頻模塊的MFRC522芯片正常工作需3. 3V電壓，這就要求電源模塊將輸入的5V電壓轉(zhuǎn)化為3. 3V電壓，從而能提供穩(wěn)定的5V和3. 3V電壓。5V電壓轉(zhuǎn)化為3. 3V電壓采用的是AMS1117芯片，它是一款正電壓輸出的低壓降三端 線性穩(wěn)壓電路，固定輸出電壓為3. 3V的電壓精度為1%,在1A電

41、流下的壓降僅為1.2V，內(nèi) 部集成過熱保護(hù)和限流電路，溫度范圍在-4025之間，適用于各類電子產(chǎn)品。3.2 IC 卡原理及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)Mifare射頻卡技術(shù)參數(shù)（1）容量為8K位（bits）=1K字節(jié)（bytes）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(hào)，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）工作溫度：-20C50C（濕度為90%）（9）工作頻率：13.56MHZ（10） 通信速

42、率：106 KBPS（11） 讀寫距離：10 cm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）IC卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹（1）M1卡分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成，16個(gè)扇 區(qū)的64個(gè)塊按絕對(duì)地址編號(hào)為063,存貯結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文13（2）第0扇區(qū)的塊0（即絕對(duì)地址0塊），它用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改（3）每個(gè)扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊可作兩種應(yīng)用:a） 用作一般的數(shù)據(jù)保存，可以進(jìn)行讀、寫操作；b） 用作數(shù)據(jù)值，可以進(jìn)行初始化值、加值、減值、讀值操作。（4）每個(gè)扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。具體結(jié)構(gòu)如下:A

43、0 A1 A2 A3 A4 A5 FF 07 80 69 B0 B1 B2 B3 B4密碼 A （6 字節(jié)） 存取控制（4 字節(jié)）密碼 B （6 字節(jié)）（5）每個(gè)扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨(dú)立的， 可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取 控制。存取控制為4個(gè)字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個(gè)塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條件 是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個(gè)塊都有相應(yīng)的三個(gè)控制位，定義如下：塊 0:C10C20C30塊 1 :C11C21C31塊 2：C12C22C32塊 3：C13C23C33三個(gè)控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權(quán)限（如進(jìn)行 減值操作必塊 0扇

44、區(qū) 0塊 1塊 2塊 3塊 0扇區(qū) 1塊 1塊 2塊 3數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊密碼 A存取控制密碼 B控制塊數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊密碼 A存取控制密碼 B控制塊數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊密碼 A存取控制密碼 B控制塊6061626301234567塊 0扇區(qū) 15 塊 1塊 2塊 3圖 3-3 M1 卡存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文14須驗(yàn)證KEY A，進(jìn)行加值操作必須驗(yàn)證KEY B，等等）。三個(gè)控制位在存取控制 字節(jié)中的位置，以塊0為例：表 3-1 對(duì)塊 0 的控制表bit76543210字節(jié) 6C20_bC10_b字節(jié) 7C10C30_b字節(jié) 8C30C20字節(jié) 9注：C10_b 表示 C10

45、取反。存取控制（4 字節(jié)，其中字節(jié) 9 為備用字節(jié)）結(jié)構(gòu)如下所示: 表 3-2 存取控制表bit76543210字節(jié) 6C23_bC22_bC21_bC20_bC13_bC12_bC11_bC10_b字節(jié) 7C13C12C11C10C33_bC32_bC31_bC30_b字節(jié) 8C33C32C31C30C23C22C21C20字節(jié) 9注：_b 表示取反。IC卡讀寫過程非接觸式IC卡的讀寫過程：通常由非接觸式IC卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀 寫操作。非接觸型IC卡本身是無源體，當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作時(shí)，在電磁波的激勵(lì)下， 卡片的LC串聯(lián)諧振電路，由于其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，使得卡片

46、中的LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而是卡片的內(nèi)置電容有了電荷，并通過在此電容另一端接有的一個(gè)單項(xiàng)導(dǎo)通的 電子泵將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到一定值時(shí)，此電容作為 電源為電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用的是無源非接觸式IC卡，其卡片距離讀卡器的有效范圍是115cm，屬于近 耦合卡。整個(gè)讀寫卡過程包括裝載密碼、詢卡、防沖突、選卡、驗(yàn)證密碼、讀寫卡和?？ā＿@一 系列操作必須按固定的順序進(jìn)行。在非接觸通訊中，為了保證讀寫器和卡片之間數(shù)據(jù)傳遞完 整、可靠，采取以下措施：一是防沖突算法，二是通過16位CRC糾錯(cuò)，三是檢查每字節(jié)的奇偶校驗(yàn)位，四是檢查位數(shù)，

47、五是用編碼方式來區(qū)分“1”、“0”或無信息，而Mifarel卡片采用的是防沖突算法，在進(jìn)行硬件復(fù)位后就進(jìn)入防沖突機(jī)制。并且Mifare1卡是針對(duì)用戶便捷操作的需要來進(jìn)行優(yōu)化的，高速的數(shù)據(jù)傳輸使得用戶不必在讀卡器天線處停留，能夠形 成高通過率，這也是本設(shè)計(jì)中所要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo)。命令由讀卡器發(fā)出，根據(jù)讀寫條件受數(shù)字控制單元的控制。當(dāng)卡上電復(fù)位后，通過發(fā)送request應(yīng)答碼（ATQA,符合ISO/IEC14443A）,能夠回應(yīng)讀寫器向天線范圍內(nèi)所有卡發(fā)出的request命令。并且只有通過了防沖突機(jī)制以后才能選定卡片和通過認(rèn)證，此后才能進(jìn)行數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)的一系列功能。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文153.2

48、.4單片機(jī)與IC卡讀卡模塊接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)單片機(jī)和IC卡讀卡器模塊通過5個(gè)I/O口相連，驅(qū)動(dòng)程序通過SPI總線模式 實(shí)現(xiàn)IC卡的讀寫操作。IC卡讀卡器與單片機(jī)接口電路如圖3-4所示：圖 3-4 接口電路3.3 鍵盤電路設(shè)計(jì)3.3.1鍵盤識(shí)別原理在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖1所示。在矩陣式鍵盤中， 每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通， 而是通過一個(gè)按鍵加以 連接。 這樣， 一個(gè)端口 （如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤 多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。矩陣鍵盤的掃描通常采用：行掃描法。行掃描法又稱為逐行（或

49、列）掃描查詢法，是一 種最常用的按鍵識(shí)別方法，介紹過程如下。（1）判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。（2）判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其 方法是：依次將行線置為低電平， 即在置某根行線為低電平時(shí)， 其它線為高電平。 在確定某 根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。 若某列為低， 則該列線與置為低電 平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文16332鍵盤

50、電路及鍵盤按鍵定義本系統(tǒng)中4*4矩陣鍵盤通過8個(gè)I/O口與單片機(jī)相接，電路中我們用到了P1口。每個(gè)按 鍵通過程序識(shí)別唯一的編號(hào)，然后在程序中對(duì)按鍵的鍵值進(jìn)行在定義， 讓按鍵具備新的功能。 矩陣鍵盤電路及按鍵定義如圖3-5所示：表 3-3鍵盤按鍵對(duì)應(yīng)功能表0123456789確認(rèn)退出設(shè)置+-密碼清除行線所接的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按 下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸 入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。3.4 電子鎖門禁繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.4.1繼電器介紹繼電器是具有隔離

51、功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制、機(jī) 電一體化及D$圖 3-5 4*4 鍵盤電路1西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文17電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。如圖3-6所示：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文18圖 3-6 繼電器示意圖繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、 速度、光等）的感應(yīng)機(jī)構(gòu)（輸入部分）；有能對(duì)被控電路實(shí)現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量進(jìn)行耦合隔離，功能 處理和對(duì)輸出部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的中間機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)部分）。3.4.2繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子鎖門禁系統(tǒng)，采用了

52、一只PNP三極管S8550來驅(qū)動(dòng)電路，其目的是增 大驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)槔^電器線圈驅(qū)動(dòng)需要較大的電流才能啟動(dòng)，而單片機(jī)I/O輸出的電流非常微弱，達(dá)不到驅(qū)動(dòng)的要求。當(dāng)單片機(jī)I /O口輸出低電平時(shí)S8550三極管導(dǎo)通，繼電器線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)將開關(guān)吸合， 就接通了電子鎖電源，電子鎖就可以開了。當(dāng)I/O口給高電平時(shí)，線圈沒有電流，繼電器斷 開。繼電器電路如圖3-7:VCCJDQ-DC5 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文19圖 3-7 繼電器驅(qū)動(dòng)電路西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文203.5 LCD1602 液晶顯示電路設(shè)計(jì)3.5.1LCD1602液晶介紹字符型液晶顯示是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，本

53、設(shè)計(jì)采用的是LCD1602型液晶顯示器，其外形尺寸為80X36X14,單5V供電，由左到右共16個(gè)引腳，其 實(shí)物如圖3-7所示：圖 3-8 LCD1602 實(shí)物圖LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符 圖形，如圖3.13所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文 假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。3.5.2單片機(jī)與LCD1602液晶接口介紹LCD1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)STC8

54、9C52直接接口，DB0DB7與單片機(jī)的P0.0P0.7連接以便數(shù)據(jù)的傳送與接收，4管腳、5管腳、6管腳分別與STC89C52單片機(jī)的P2.7口、P2.6口、P2.5口連接，電路如圖3-9所示：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文21圖 3-9 液晶接口電路3.6 本章小結(jié)本章主要介紹的是RFID讀寫器系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、IC卡驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、鍵盤電路設(shè)計(jì)、LCD1602液晶電路設(shè)計(jì)，其中包括單片機(jī)的晶振電路和復(fù) 位電路、MFRC500外圍電路、天線設(shè)計(jì)電路、MFRC500芯片與單片機(jī)接口電路、按鍵選擇 電路、顯示電路和通信模塊電路的設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)各模塊的設(shè)計(jì)。VCC5OK$W寸二

55、-1=:kO2sp2叱22pOpo3kJP o5_2C765C2CLCD 1602西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文22第 4 章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)整個(gè)RFID系統(tǒng)的工作方式為：MCU（微控制器，即AT89C52）通過串行口接收PC機(jī)的控 制指令，與MF RC500進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；讀寫器的核心部分MF RC500負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼、 解碼，信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)并通過天線建立讀寫器同射頻Mifarel卡之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻Mifarel卡進(jìn)行讀寫等一系列操作。系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行初始化，完成液晶、鍵盤等初始化任 務(wù)。然后進(jìn)入死循環(huán)，單片機(jī)控制IC卡模塊時(shí)時(shí)掃描判斷是否有IC靠近，當(dāng)靠近時(shí)，啟

56、動(dòng)IC卡讀取程序，識(shí)別IC卡卡片信息后，與AT24C02芯片內(nèi)存儲(chǔ)的IC卡數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行比對(duì)， 如果校驗(yàn)成功則控制門禁開，反之則不開門禁。系統(tǒng)主流程圖如圖4-1所示：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文234.2 IC 卡讀寫子程序設(shè)計(jì)IC卡讀寫卡的過程一般包含如下幾個(gè)步驟：（1）復(fù)位應(yīng)答（Answer to reques）射頻卡的通訊協(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（Anticollision Loop ）當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫器操作范圍時(shí)，防沖突機(jī)制會(huì)從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中

57、的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會(huì)返回被選卡的序列號(hào)。（3）選擇卡片（Select Tag選擇被選中的卡的序列號(hào)，并同時(shí)返回卡的容量代碼。（4）三次互相確認(rèn)（3 Pass Authenticatio選定要處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號(hào)，并對(duì)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)。）IC卡讀寫流程圖如圖4-2所示：圖 4-2 IC 卡讀寫操作流程圖4.3 鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì)每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文24線分別通過兩并行接口

58、和CPU通信。鍵盤處理程序的任務(wù)是： 確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么，還要消除按鍵在閉合或 斷開時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè) 并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。矩陣鍵盤掃描子流程圖如圖4-3所示：圖 4-3 矩陣鍵盤掃描子程序流程圖4.5 LCD1602 液晶顯示子程序LCD1602液晶是字符型液晶，它的內(nèi)部自帶字符庫，它可以寫兩行的字符,同時(shí)每行可以寫40個(gè)字符。LCD1602液晶顯示程序流程圖如圖4-4所示：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文25圖 4-4 LCD1602 液晶顯示

59、子程序流程圖從此流程圖我們得出：LCD液晶顯示屏在寫顯示程序的時(shí)候，我們要先寫 命令，再設(shè)定字符顯示和漢字的位置，最后寫數(shù)據(jù)，在每寫一次命令或數(shù)據(jù)都需 要判斷液晶是否忙。打開液晶顯示屏進(jìn)入初始化狀態(tài)，開始寫命令，首先判斷LCD是否忙，如果是P0.7=0,那么進(jìn)入下一步寫命令，如果不是P0.7=0,返回LCD是否忙。4.6 電子鎖門禁開關(guān)子程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電子鎖門禁開關(guān)，單片機(jī)只需要輸出高低電平即可，輸出高電平代 表繼電器上電，模擬電機(jī)運(yùn)作，門禁開門，低電平即電機(jī)停止，門禁自動(dòng)關(guān)閉。 程序流程如圖4-5所示：開始電子鎖門禁開圖 4-5 門禁系統(tǒng)開關(guān)子程序流程圖4.7 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的報(bào)警提

60、示是通過蜂鳴器和LED來實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)報(bào)警電路原理，報(bào)警 是通過一個(gè)I/O口來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)I/O口輸出低電平，蜂鳴叫叫且LED亮；當(dāng)I/O口輸出高電平，蜂鳴器不叫且LED滅。報(bào)警提示子程序流程如圖4-6所示：LCD初始化r* LCD寫命令LCD判忙 jY設(shè)置顯示位+ 寫數(shù)據(jù)判忙 結(jié)束丿IC卡掃描I/O輸出低電平西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文26圖 4-6 蜂鳴器/LED 報(bào)警子程序流程圖4.8 本章小結(jié)本章主要完成了系統(tǒng)總程序的設(shè)計(jì)， 一系統(tǒng)框圖的方式，將各個(gè)模塊如何運(yùn) 行，完成各自需要的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能，其中包括了IC卡讀寫 子程序的設(shè)計(jì)和鍵盤掃描程序的設(shè)計(jì)，以及液晶顯示子程序等。西南