射頻電路結(jié)課

本文格式為Word版，下載可任意編輯——射頻電路結(jié)課一設計題目

設計一款基于RFID的門禁系統(tǒng)。本設計采用AT89C52作為主控芯片，用北京易火眼公司的YHY502ATG專用讀卡器模塊用來讀射頻卡的信息，當有卡進入到讀卡器讀卡的范圍內(nèi)時就會讀取到相應的卡序列號，并根據(jù)得到的卡序列號做出相應的操作。上位機與下位機之間的通信采用串口通信，選用MAX232CPE芯片完成上、下位機之間的通信。按鍵部分采用的是自制的3*4按鍵矩陣，采用線反轉(zhuǎn)法來判斷是哪個按鍵按下。本設計實現(xiàn)了自動、確鑿的識別卡序列號，對門禁系統(tǒng)起著重要的作用。

二目的和意義

門禁系統(tǒng)又稱門禁出入口保安自動化管理系統(tǒng)。智能建筑通過對四個基本元素，即結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務和管理進行最優(yōu)化的考慮，從而為用戶提供一個高效和高經(jīng)濟效益的工作環(huán)境。它在功能上實現(xiàn)了通訊自動化（CA）、辦公自動化（OA）和樓宇自動化（BA），通過綜合配置在建筑內(nèi)的各功能子系統(tǒng)，以綜合布線系統(tǒng)為基礎，以計算機網(wǎng)絡為橋梁，全面實現(xiàn)對通訊系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)的綜合管理。門禁系統(tǒng)屬于樓宇自動化系統(tǒng)的一部分，具有對門戶出入控制，保安防盜，報警等多種功能，它主要便利內(nèi)部員工或住戶出入，杜絕外來人員隨意出入，既便利了內(nèi)部管理，又加強了內(nèi)部的保安。一套現(xiàn)代化的，功能齊全的門禁系統(tǒng)，不止是作為進出口管理使用，而且還有助于內(nèi)部的有序管理。它將時刻自動記錄人員的出入狀況，限制內(nèi)部人員的出入?yún)^(qū)域，出入時間，禮貌的拒絕不速之客。同時也將有效地保護財產(chǎn)不受非法侵擾。

三系統(tǒng)的總體設計

依據(jù)設計的要求，系統(tǒng)中模塊分別為：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示模塊、串口發(fā)送/接收模塊、密碼輸入模塊、報警機制模塊。

各功能模塊具體功能如下：

1.數(shù)據(jù)采集模塊：當RFID卡進入到讀卡器讀卡范圍時，讀卡器讀取卡序列號的過程。2.數(shù)據(jù)處理模塊：針對于采集到的數(shù)據(jù)處理，從而對得到的數(shù)據(jù)進行判斷其有效性。3.數(shù)據(jù)存儲模塊：用來存儲數(shù)據(jù)。

4.顯示模塊：用來接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行操作從而得到要顯示的信息。5.串口發(fā)送/接收模塊：主要用來通過串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

6.密碼輸入模塊：針對于用按鍵輸入密碼，根據(jù)密碼的正確與否來進行相應的操作。7.報警機制模塊：當出現(xiàn)非法卡或輸入的密碼不正確時產(chǎn)生報警

綜合數(shù)據(jù)處理模塊讀卡器處理模塊密碼處理模塊讀卡模塊存儲模塊門控模塊報警模塊顯示模塊存儲模塊門控模塊報警模塊顯示模塊系統(tǒng)硬件設計主要由AT89C52主控芯片和YHY502ATG讀卡器模塊構(gòu)成。硬件電路由

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

八部分構(gòu)成：微控制器AT89C52、讀卡器模塊YHY502ATG、LCD1602顯示、串口通信MAX232、按鍵電路、AT24C04存儲、報警電路、門控電路。

微控制器AT89C52負責YHY502ATG的初始化，上位機通過串口向YHY502ATG發(fā)送命令，YHY502ATG根據(jù)上位機發(fā)送的命令做相應的操作，然后將得到的信息傳送給微控制器AT89C52，然后微控制器控制其它模塊完成顯示、報警、判斷和門控操作。上位機與下位機之間的連接主要是通過串口進行通信，采用MAX232芯片并將芯片的輸入和輸出管腳連接到AT89C52的I/O口，在MAX232的引腳上連接10μF的電解電容用來濾波。讀卡器模塊YHY502ATG與微控制器AT89C52之間的通信是通過I2C總線進行的，由于AT89C52單片機本身并沒有I2C總線，所以將YHY502ATG模塊的串行時鐘線與數(shù)據(jù)線接到AT89C52的兩個I/O口，然后通過模擬I2C時序來完成AT89C52與YHY502ATG之間的通信，為了防止出現(xiàn)三態(tài)，在YHY502ATG的串行時鐘線和數(shù)據(jù)線上分別上拉10k電阻。而YHY502ATG讀卡器與RFID卡之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過天線進行的。AT24C04與AT89C52之間的通信也是通過模擬I2C時序進行，同時為了防止出現(xiàn)三態(tài)，在時鐘線與數(shù)據(jù)線上分別連接5.1k的上拉電阻。LCD1602與AT89C52之間的通信是通過將LCD1602的3條控制線和8條數(shù)據(jù)線與AT89C52的I/O口相連。對于按鍵電路的設計是將3*4按鍵直接連接到AT89C52的7位I/O口，采用線反轉(zhuǎn)法通過查詢方式進行工作。

按鍵模塊報警模塊顯示模塊AT89C52串口通信模塊存儲模塊讀卡器數(shù)據(jù)采集門控模塊

硬件接口電路

軟件的設計主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、存儲模塊、顯示模塊、門控模塊、報警模塊、鍵盤模塊和上位機軟件的設計幾個方面。

1.數(shù)據(jù)采集模塊：讀卡器YHY502ATG通過天線讀取RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送出去。

2.存儲模塊：AT89C52接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給AT24C04進行存儲。3.顯示模塊：AT89C52接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與AT24C04里存儲的數(shù)據(jù)進行對比，若兩者完全一致，則液晶顯示正確的信息；若不一致，則液晶顯示錯誤的信息。4.門控模塊：AT89C52接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與AT24C04里存儲的數(shù)據(jù)進行對比，若兩者完全一致，則進行開門操作；若不一致，則不開門。

5.報警模塊：AT89C52接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與AT24C04里存儲的數(shù)據(jù)進行對比，若不一致則報警。

6.鍵盤模塊：通過鍵盤輸入密碼，并根據(jù)輸入密碼的有效性做相應的操作。

基于RFID的門禁系統(tǒng)塊

數(shù)據(jù)采集模存儲模塊顯示模塊門控模塊報警模塊鍵盤模塊

軟件結(jié)構(gòu)框圖

四系統(tǒng)總體流程圖

開始系統(tǒng)初始化有鍵按下？N上位機發(fā)送讀卡命令Y確定鍵值存入密碼數(shù)組N有感應卡？Y驗證感應卡權(quán)限驗證密碼權(quán)限權(quán)限滿足？YN權(quán)限滿足？Y開門，顯示正確信息延時后，自動關(guān)門N報警，顯示錯誤信息是否終止？Y終止N工作原理流程

五整體電路原理圖

六射頻識別技術(shù)原理

尋常狀況下，RFID的應用系統(tǒng)主要由讀寫器和RFID卡兩部分組成的。其中，讀寫器一般作為計算機終端，用來實現(xiàn)對RFID卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。而RFID卡則是一種無源的應答器，主要是由一塊集成電路(IC)芯片及其外接天線組成，其中RFID卡芯片尋常集成有射頻前端、規(guī)律控制、存儲器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。

射頻識別系統(tǒng)原理圖

RFID應用系統(tǒng)的基本工作原理是RFID卡進入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時將帶信息的感應電流通過射頻前端電路檢得數(shù)字信號送入規(guī)律控制電路進行信息處理，所需回復的信息則從存儲器中獲取經(jīng)由規(guī)律

控制電路送回射頻前端電路，最終通過天線發(fā)回給讀寫器?？梢?，RFID卡與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起關(guān)鍵的作用是天線。一方面，無源的RFID卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了RFID卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式。

射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)主要是由兩部份組成：讀寫器和射頻卡。讀寫器同射頻卡之間通過無線方式通訊，因此它們都有無線收發(fā)模塊及天線（或感應線圈）。射頻卡中有存儲器，內(nèi)存容量為幾個比特到幾十千比特?？梢源鎯τ谰眯詳?shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)可以是射頻卡序列號，它是用來作為射頻卡的唯一身份標識，不能更改；非

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永久性數(shù)據(jù)寫在EPROM等可重寫的存儲器內(nèi)，用以存儲用戶數(shù)據(jù)。射頻卡可以根據(jù)讀寫器發(fā)出的指令對這些數(shù)據(jù)進行相應的實時讀寫操作。控制模塊完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負責數(shù)據(jù)安全等功能。射頻卡分無源卡和有源卡兩種，有源卡內(nèi)置天線和電池，而無源卡只有內(nèi)置天線沒有電池，其能量由讀寫器提供，由于無源卡無需電池因此其尺寸較小且使用壽命長，應用越來越廣泛。讀寫器內(nèi)的控制模塊往往具有很強的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務，還要實現(xiàn)相互認證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯、出錯報警及與計算機通信等功能。計算機的功能是向讀寫器發(fā)送指令，并與讀寫器之間進行數(shù)據(jù)交換。

RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

RFID系統(tǒng)的工作過程，這是一個無源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡工作的能量是由射頻讀寫模塊發(fā)出的射頻脈沖提供。

射頻讀寫模塊在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。

1.射頻卡進入這個區(qū)域時，接收到射頻讀寫模塊的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。

2.數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到規(guī)律控制部分。規(guī)律控制部分接收指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。3.假使需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)調(diào)制然后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。

4.讀寫模塊接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進行處理，必要時可以通過RS232或RS422或RS485或RJ45或無線接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機。讀寫器發(fā)送的射頻信號除提供能量外，尋常還提供時鐘信號，使

數(shù)據(jù)同步，從而簡化了系統(tǒng)的設計。有源系統(tǒng)的工作原理與此大致一致，不同處只是卡的工作電源由電池提供的。

七結(jié)論

本系統(tǒng)能在開啟電源并運行上位機后，能自動向下位機發(fā)送讀卡命令，當有RFID卡進入到讀卡器的讀卡范圍內(nèi)時，則會自動讀取卡序列號，并將卡序列號傳送給上位機，上位機判斷卡的有效性。若該卡是有效卡，系統(tǒng)會執(zhí)行開門并在液晶上顯示正確的信息；若該卡是非法卡，則會報警并顯示錯誤的信息。

本系統(tǒng)具體實現(xiàn)的功能如下：

1.數(shù)據(jù)采集：讀卡器YHY502ATG通過天線讀取RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送出去。

2.數(shù)據(jù)分析：AT89