智能門鎖；射頻識別；門禁系統(tǒng)；指紋識別

PAGEIV摘要隨著我國科技進(jìn)步社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，射頻識別技術(shù)和指紋識別技術(shù)逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)，如：商業(yè)、家居、信息和資金等方面得到越來越多的重視。智能門禁系統(tǒng)為我們的日常生活帶來了更多的便利和安全保障。門禁系統(tǒng)中射頻識別技術(shù)與指紋識別技術(shù)，隨著科技的不斷發(fā)展逐漸普及到人們的日常生活中，現(xiàn)在，人們在選擇門鎖時(shí)首先會考慮智能鎖，這不僅僅是智能鎖更加便利，其安全性也更加有保障。本文首先介紹射頻識別技術(shù)與指紋識別技術(shù)的的工作原理與應(yīng)用空間，其次介紹本次設(shè)計(jì)主要使用的射頻芯片MFRC522與指紋識別器AS608。采用射頻卡和指紋讀取完成刷卡進(jìn)門。門禁的工作流程為：當(dāng)使用射頻卡開始開門時(shí)，若是已被錄入的合法卡在距離接收器1-5厘米時(shí)識別成功同時(shí)繼電器工作將門鎖打開。若是非法卡則蜂鳴器報(bào)警，門鎖不會打開。同樣若是采用指紋進(jìn)行開門時(shí)，若是已被錄入的指紋則會顯示識別成功，同時(shí)繼電器工作將門鎖打開。若是沒有被錄入的非法者則蜂鳴器報(bào)警。使用智能門鎖極大的方便人們了人們的生活。關(guān)鍵詞：智能門鎖；射頻識別；門禁系統(tǒng)；指紋識別AbstractWiththeprogressofscienceandtechnologyandtherapiddevelopmentofsocialeconomyinourcountry,radiofrequencyidentificationtechnologyandfingerprintidentificationtechnologyaregraduallyappliedinallwalksoflife,suchascommerce,home,information,capitalandsoon,whicharereceivingmoreandmoreattention.Intelligententranceguardsystemhasbroughtmoreconvenienceandsecuritytoourdailylife.Radiofrequencyidentificationtechnologyandfingerprintidentificationtechnologyinentranceguardsystemaregraduallypopularizedtopeople'sdailylifewiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology.Now,peoplewillfirstconsiderintelligentlockswhenchoosingdoorlocks,whichisnotonlymoreconvenientforintelligentlocks,butalsomoresecure.Thispaperfirstintroducestheworkingprincipleandapplicationspaceofradiofrequencyidentificationtechnologyandfingerprintidentificationtechnology,andthenintroducestheRFchipMFRC522andfingerprintidentifierAS608whicharemainlyusedinthisdesign.Radiofrequencycardandfingerprintreadingareusedtocompletethecreditcardentry.Theworkflowofentranceguardisasfollows:whentheradiofrequencycardisusedtoopenthedoor,ifthelegalcardthathasbeenenteredisrecognizedsuccessfullywhenitis1-5cmawayfromthereceiver,andtherelayworkstoopenthedoorlock.Ifthecardisillegal,thebuzzerwillalarmandthedoorlockwillnotopen.Similarly,ifthefingerprintisusedtoopenthedoor,ifthefingerprinthasbeenentered,therecognitionwillbesuccessful,andtherelaywillopenthedoorlock.Ifthereisnoillegalpersonentered,thebuzzerwillgiveanalarm.Theuseofintelligentdoorlocksgreatlyfacilitatespeople'slives.Keywords:SmartlocksRadiofrequencyidentificationAccesscontrolsystemFingerprintidentification目錄TOC\o"1-4"\h\z\u10553摘要 I6224Abstract II13188第1章緒論 1115641.1課題背景 141871.2目的及意義 183351.3系統(tǒng)要求 210521.3.1基本功能 263091.3.2主要技術(shù)參數(shù) 227247第2章方案設(shè)計(jì) 382092.1主控部分 3129482.2指紋傳感器的選擇 38972.3按鍵的選擇 4202992.4射頻卡的選擇 416120第3章硬件設(shè)計(jì) 6202723.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 6138093.2主控模塊分析 66783.2.1STC89C52概述 610383.2.2主要特性 7189253.2.3引腳說明 7225233.2.4串口結(jié)構(gòu) 953753.3射頻卡識別單元 10219793.3.1RC522概述 10254013.3.2RC522的工作過程 10256603.3.3RC522的接口設(shè)計(jì) 11233133.4指紋識別單元 12269853.4.1光學(xué)指紋傳感器 1211603.4.2AS608光學(xué)指紋傳感器的技術(shù)指標(biāo) 12175723.4.3AS608光學(xué)指紋傳感器的接口設(shè)計(jì) 13256263.5LCD1602顯示輸出單元 13270803.5.1LCD1602概述 13251463.5.2LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能 14315883.5.3LCD1602的指令說明及時(shí)序 1529683.5.4LCD1602硬件設(shè)計(jì) 16241473.6鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 16227323.6.1鍵盤工作原理 16233793.6.2按鍵的識別 16245993.6.3鍵盤的編碼 17179723.6.4鍵盤掃描方式 178080第4章軟件設(shè)計(jì) 19277194.1軟件總體程序設(shè)計(jì) 1933714.2指紋模塊程序設(shè)計(jì) 20123144.3射頻卡模塊程序設(shè)計(jì) 2198334.4顯示模塊程序設(shè)計(jì) 2215755第5章系統(tǒng)調(diào)試 24216935.1硬件程序調(diào)試 24213725.1.1硬件程序調(diào)試環(huán)境 2424115.1.2硬件實(shí)物圖 2449975.1.3硬件調(diào)試 25271905.2軟件程序調(diào)試 26238365.2.1軟件環(huán)境 26239795.2.2軟件調(diào)試 27219285.3系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 282295結(jié)論 30哈爾濱華德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE30緒論課題背景智能門禁控制系統(tǒng)，又稱訪問人口出入控制系統(tǒng)。門禁制度最基本的功能是：某些人被允許進(jìn)出，某些人被拒絕進(jìn)入和離開，并發(fā)出警報(bào)記錄人員的出入情況。進(jìn)入21世紀(jì)以來智能門禁的發(fā)展越來越快，相比較以前盜竊案件時(shí)常發(fā)生，就是因?yàn)殚T禁制度的不成熟。為了自己的財(cái)產(chǎn)不被盜竊，人們用木棍或鐵鏈鎖門。隨著社會的不斷發(fā)展人們對門鎖的安全等級的要求越來越高，鐵鎖、隱蔽鎖、智能鎖等門鎖設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)如今我國社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人們的生活發(fā)生翻天覆地的變化，城市建筑越來越美觀，高層建筑越來越多，由此產(chǎn)生的安全隱患相比較以前變得越來越多，高科技犯罪變得頻繁起來，這些直接威脅到我們每個(gè)人的財(cái)產(chǎn)安全和人身安全。由此可見，現(xiàn)如今僅僅依靠傳統(tǒng)的門鎖和防盜門是不夠的，越來越多的人更傾向于使用智能門禁系統(tǒng)。目的及意義現(xiàn)如今在絕大多數(shù)建筑中智能門禁系統(tǒng)發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用，諸如讀卡器和鍵盤之類的控制設(shè)備被安裝在門口、電梯和其他人員經(jīng)常來或重要的地方。如果人員想輸入，他們必須有一張有效的卡片，然后在可以通過之前輸入正確的密碼，這樣大幅度的提高了其安全性。而傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是一種簡單的機(jī)械裝置。只要想打開它總會有辦法，不管這個(gè)機(jī)械門鎖設(shè)計(jì)的多么復(fù)雜多么合理。為控制和監(jiān)控諸如住宅區(qū)等大型交通的地區(qū)人員的流動(dòng)，對人們來說是非常重要的。相比于傳統(tǒng)門鎖，智能門禁系統(tǒng)有不易被破解，可靠性強(qiáng)、安全性高的優(yōu)勢。指紋控制系統(tǒng)與RFID射頻控制系統(tǒng)看似十分復(fù)雜的技術(shù)，隨著社會科技的發(fā)展，在人們的日常生活中變得越來越普遍，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家，它被廣泛用于科學(xué)研究、工業(yè)、博物館、旅館、購物中心、醫(yī)療監(jiān)督、銀行、監(jiān)獄等等。系統(tǒng)要求采用射頻卡和指紋讀取完成刷卡進(jìn)門。門禁的工作流程為：當(dāng)使用射頻卡開始開門時(shí)，若是已被錄入的合法卡在距離接收器1-5厘米時(shí)識別成功同時(shí)繼電器工作將門鎖打開。若是非法卡則蜂鳴器報(bào)警，門鎖不會打開。同樣若是采用指紋進(jìn)行開門時(shí)，若是已被錄入的指紋則會顯示識別成功，同時(shí)繼電器工作將門鎖打開。若是沒有被錄入的非法者則蜂鳴器報(bào)警?；竟δ茉撓到y(tǒng)的基本功能如下：1.射頻卡識別開鎖；2.指紋識別開鎖；3.密碼識別開鎖；4．蜂鳴器報(bào)警。主要技術(shù)參數(shù)該系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如下：1.射頻卡識別范圍：1-5厘米；2.測量精度：1厘米；3.指紋識別類型：光學(xué)指紋識別；4.將指紋圖像中每個(gè)像素的灰度值設(shè)置為0或255；5.顯示方式：允許進(jìn)入者：液晶顯示非法進(jìn)入者：液晶顯示；6.報(bào)警模式：三極管驅(qū)動(dòng)的蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。方案設(shè)計(jì)在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件和軟件是密切相關(guān)的。一個(gè)好的選擇方案可以減輕主控制器的負(fù)擔(dān)，大大提高工作效率。但是對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，有些硬件需要單獨(dú)測試，有些則需要連接在一起，我們需要通過更多的實(shí)驗(yàn)來找到最佳的解決方案。主控部分方案一：采用AVR。AVR具有很多有點(diǎn)比如價(jià)格低廉、功耗較低，功能比較全面，減少外部管理，硬件結(jié)構(gòu)相對簡化，降低了成本，簡稱AVR。使用ATMEL公司的新閃存技術(shù)使AVR系列單片機(jī)片內(nèi)資源更為豐富。方案二：采用STC89C52。該該芯片是STC公司生產(chǎn)的可編程Flash的存儲器。功耗低但是性能十分優(yōu)越。它不僅可以在不進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的情況下滿足任務(wù)要求，還大幅度提高了該產(chǎn)品功能的效率。指令代碼和傳統(tǒng)STC89C51系列芯片完全兼容的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了串行通訊中斷。芯片的最大特點(diǎn)是芯片上的4K程序存儲器可以在線編程同時(shí)程序員可以在此基礎(chǔ)上反復(fù)編程?，F(xiàn)在ST89C52廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，為許多嵌入式相關(guān)領(lǐng)域的問題，提供了更加靈活的解決方案。綜合考慮兩種方案，本系統(tǒng)選擇了功耗低但是性能十分優(yōu)越的ST89C52作為本系統(tǒng)的主控芯片。指紋傳感器的選擇方案一：半導(dǎo)體指紋傳感器。在半導(dǎo)體傳感器中電容性十分穩(wěn)定，通過們個(gè)指紋凹凸點(diǎn)的不同的特性進(jìn)行信息識別傳到，這種傳感器對電容的靈敏度要求相對較高，根據(jù)電容值的不同進(jìn)行指紋識別。半導(dǎo)體指紋傳感器有許多優(yōu)點(diǎn)，比如價(jià)格較低、體積較小等。但是它也有很多局限性，如易受靜電的影響。在一些嚴(yán)重的情況下，傳感器還有可能無法準(zhǔn)確的捕獲圖像，甚至有可能被損壞。如果批量生產(chǎn)的話成本較高，成像面積相比較而言較小，半導(dǎo)體指紋傳感器的可靠性與耐用性需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察。方案二：光學(xué)指紋傳感器。光學(xué)指紋傳感器就是利用光的漫反射原理，玻璃的折射率更大，相比之下空氣的折射率就略小，在傳感器內(nèi)的玻璃三棱鏡產(chǎn)生鏡面反射，這樣可以更加清晰的看出每個(gè)指紋的細(xì)微差別，這樣生成的圖像更加清晰準(zhǔn)確，將生成的圖像通過一系列傳導(dǎo)，最終傳到傳感器的處理中心，這樣就完成了初始圖像的采集。再由光敏傳感器進(jìn)行進(jìn)一步的識別處理這樣就能的到十分準(zhǔn)確的指紋信息。光學(xué)指紋識別：價(jià)格便宜，不易磨損，不受靜電影響。綜合比較方案二操作簡便，結(jié)實(shí)耐用，價(jià)格便宜，不易磨損，不受靜電影響，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的指紋傳感器。2.3按鍵的選擇方案一：獨(dú)立按鍵。51單片機(jī)中，除了P0端口，P2、P3和P4是具有內(nèi)置拉起電阻的準(zhǔn)雙向IO端口。一般的51個(gè)P0引腳是外部連接的拉起電阻器，當(dāng)然也可以用作輸入端口。在輸入之前，需要把它拉高。當(dāng)一個(gè)鍵被按下，導(dǎo)致微控制器的一個(gè)引腳接地并降低時(shí)，我們假設(shè)按鍵已經(jīng)被按下了。當(dāng)鍵被釋放時(shí)，引腳拉高返回到高水平，因?yàn)檩斎氩粫i存。方案二：矩陣鍵盤。當(dāng)鍵盤中的按鍵數(shù)較大時(shí)，為了減少對I/O端口的占用，按鍵一般來說會以4*4的方式進(jìn)行排列。在矩陣鍵盤中，會通過每個(gè)按鍵進(jìn)行連接，這樣一個(gè)端口(例如端口P1)可以形成4*4＝16個(gè)密鑰，該4*4＝16個(gè)密鑰這是直接使用鍵盤的端口線的兩倍，所以，當(dāng)需要的按鍵數(shù)量相對較大時(shí)，使用矩陣方法制作鍵盤是合理的。綜合以上兩種方案，本系統(tǒng)選擇了第二種方案，需要的鍵數(shù)比較多因此選擇矩陣鍵盤。2.4射頻卡的選擇方案一：采用有源RFID。有源RFID雖然才剛剛起步，但是發(fā)展的速度令人側(cè)目，比如現(xiàn)在常見的ETC（不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)）就是采用有源RFID實(shí)現(xiàn)的。有源RFID需要的電壓更高，所以不能使用內(nèi)部供電，但是接收信號十分靈敏。有源RFID讀取范圍十分廣遠(yuǎn)，讀取速度相對較快，它的體積比較大。然而，它也有較長的傳輸距離和較高的傳輸速度。有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz和5.8GHz的高頻段，可以同時(shí)識別多個(gè)關(guān)鍵字。有源RFID識別效率高，識別范圍廣，性能相對優(yōu)越在當(dāng)今社會中使用的越發(fā)頻繁。方案二：采用無源RFID。無源RFID技術(shù)相對成熟，現(xiàn)在很對企業(yè)更加傾向于使用無源RFID。無源標(biāo)簽也被叫做是被動(dòng)標(biāo)簽，在接到讀卡器釋放的無線電波后，將一些無線電波轉(zhuǎn)換成直流電為自身充能，這樣續(xù)航力和耐用性大大提高。比主動(dòng)標(biāo)簽更小更輕便。大多數(shù)用于近距離的接觸識別，這樣可以省略電池模塊的設(shè)計(jì)。無源RFID智能卡可以做的十分精細(xì)，人們在日常生活中常常用到無源RFID產(chǎn)品因?yàn)轶w積小所以使用起來十分方便。無源RFID產(chǎn)品制作成本比較低、不易發(fā)生故障從而大大延長了其使用壽命。無源RFID的工作頻段較低通常在125KHz和13.56MKHz之間。其典型應(yīng)用包括公共交通卡、第二代身份證、食堂飯卡等。綜合以上兩種方案，本系統(tǒng)選擇了第二種方案采用無源RFID的射頻器，比主動(dòng)標(biāo)簽更小更輕便，大多數(shù)用于近距離的接觸識別，這種射頻識別方式更適合與門禁系統(tǒng)。本章小結(jié)本章根據(jù)實(shí)際需要制定了具體的選擇方案，本章還提供了多種方案的選擇，以確保系統(tǒng)的適當(dāng)設(shè)計(jì)，并大大提高其效率，主要還是取決于具體的應(yīng)用程序的具體實(shí)施。最終本系統(tǒng)采用的方案是：RC522射頻卡，光學(xué)指紋傳感器，矩陣鍵盤模塊。硬件設(shè)計(jì)在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，每個(gè)硬件的功能是什么，如何工作，對整個(gè)系統(tǒng)起著決定性的作用。一次系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行和硬件的設(shè)計(jì)關(guān)系是息息相關(guān)的。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心在硬件上主要分為射頻識別模塊，指紋識別模塊、密碼按鍵模塊，繼電器控制模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊以及顯示模塊，系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1所示。液晶顯示液晶顯示蜂鳴器報(bào)警RC522射頻模塊指紋識別模塊密碼按鍵模塊繼電器控制模塊STC89C52圖3-1系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖主控制器的分析STC89C52概述STC89C52是一種功耗消耗低、可靠性強(qiáng)的8位微處理器，與傳統(tǒng)的51微處理器相比之下，有相當(dāng)大的改良，使得STC89C52成為了大多數(shù)嵌入式操控領(lǐng)域系統(tǒng)的首要選擇，既有效率又方便。主要特性1：內(nèi)部含有的只讀存儲器可以被查改近千次。2：擁有能夠在系統(tǒng)中直接編寫程序的提點(diǎn)。3：可以配搭上主機(jī)端的控制程序就可以把使用者的程序代碼傳輸?shù)轿⒖刂破鞯膬?nèi)部。4：引腳相對簡單方便，適合剛?cè)胧值牟僮?，但是價(jià)格相對昂貴。5：操作起來簡單快捷。引腳說明使用STC89C52來操控整個(gè)電路，其效率高，功耗消耗低。但是在不工作的時(shí)候其中央處理器的工作便會停止，但是對于隨機(jī)存儲器、串口、計(jì)數(shù)器等是允許繼續(xù)工作的。

在有掉電保護(hù)的狀況下，在隨機(jī)存儲器中的內(nèi)容是極易被保存的，同時(shí)會凍結(jié)振蕩器，

單片機(jī)的工作也會被停止，會一直持續(xù)到下一個(gè)硬件或中斷復(fù)位。最高工作35MHz

。對于大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)，

STC89C52單片機(jī)有著較高的靈活度和較低成本的優(yōu)勢。STC89C52的芯片引腳如圖3-2所示。圖3-2STC89C52引腳圖每個(gè)引腳功能如下：1：VCC的引腳功能為工作電壓。2：GND的引腳功能為接地。3：P0~P3端口為一個(gè)雙向的輸入輸出的接口。4：REST的引腳功能為復(fù)位輸入。ST89C52的實(shí)物圖如圖3-3所示。圖3-3ST89C52實(shí)物圖選擇STC89C52單片機(jī)，此單片機(jī)價(jià)格低廉，功耗低，并且包括基本的CPU運(yùn)算處理器、RAM和ROM類的存儲器。具備了CPU的處理能力同時(shí)具有強(qiáng)大的外設(shè)功能。并且編程較容易，采用我們比較熟悉的C語言就可以。相比較于DSP設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的精細(xì)控制，能夠同時(shí)控制較多點(diǎn)位，DSP設(shè)備多用于大型控制系統(tǒng)，并且控制的價(jià)格較貴，對于實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，還是不太劃算。ST89C52它具有獨(dú)立運(yùn)算功能，兼顧強(qiáng)大的外設(shè)，其包含SOC部分功能。ST89C52芯片的優(yōu)點(diǎn)：性價(jià)比相對特別高，指令簡單，適用做小型系統(tǒng)的核心控制器。串口結(jié)構(gòu)串行通信在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域是必不可少的，串口通信使用的數(shù)據(jù)線較少，這樣就可以節(jié)約很多成本，但是這種通信方式相比較來說也有一定的制約性，其傳輸速度就較并行通信方式低。它對軟件能不能實(shí)現(xiàn)起著決定性的作用，串行通信不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，需要一些特殊的寄存器來幫助實(shí)現(xiàn)，常見的寄存器有SCON、TMOD、SBUF等。SBUF這種寄存器的作用是對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，保證其穩(wěn)定性的同時(shí)工作效率也大幅度上升，因?yàn)檫@種寄存器提供了一種緩沖功能，這種功能對嵌入式領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸意義重大。其緩沖的大致原理是因?yàn)樗l(fā)送和接受兩種功能而且相對獨(dú)立，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤我們想要修改時(shí)可以直接修改，而不會對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)造成影響，這就是數(shù)據(jù)緩沖的重要作用。這樣我們還可以免去中斷處理程序，使操作變得更加便捷。TMOD這種寄存器的功能主要是定時(shí)或計(jì)數(shù)。工作的內(nèi)容主要看所編的程序是什么，因此作為這種寄存器初始化是必要條件，其工作流程大致分為4部分：1.首先要確定程序的內(nèi)容來調(diào)整與其相對應(yīng)的工作模式。2.對程序進(jìn)行判斷并預(yù)先給出數(shù)值作為初始值。3.判斷程序是否需要中斷，如果需要?jiǎng)t做出相應(yīng)的調(diào)整。4.最后啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。SCON這種寄存器的主要功能是起到串行口控制，功能強(qiáng)大可以控制通信方式及其通信的流程狀態(tài)。SCON寄存器甚至可以細(xì)分為字節(jié)尋址和位尋址，解決了許多構(gòu)建難題，SCON自身可識別多種語言，并且可以對各種問題進(jìn)行分析，人們可以借此基礎(chǔ)之上對其進(jìn)行擴(kuò)展研究，這大大加速了串行通信的發(fā)展，在構(gòu)建緩沖機(jī)制的過程中可以提升其工作效率，可以識別很多種源代碼。串口通信依據(jù)位來進(jìn)行發(fā)送和接收相應(yīng)的字節(jié)。雖然這樣做比按照字節(jié)的并行通信慢，但是我們可以用另一種方式去解決，使用兩根線分別工作一根發(fā)送、一根接收，這樣不但簡化操作還增加了通信的距離，相比較并行通信串口通信的兩個(gè)設(shè)備之間的設(shè)備線可以達(dá)到1200米。比如說，ASCII碼字符的傳輸，這種串口通信使用3根線進(jìn)行工作，其工作內(nèi)容為接地、發(fā)送以及接收。由于串行通信是異步的，端口可以在一條線上發(fā)送數(shù)據(jù)，在另一條線上接收數(shù)據(jù)。其他行單獨(dú)進(jìn)行操作，但不是必需的。串行通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。這兩個(gè)端口必須匹配這些參數(shù)才能進(jìn)行通信。射頻卡識別單元RC522概述MFRC522功能強(qiáng)大，將許多功能集成在一起工作頻段在13.56MHz非接觸式通信中。MFRC522價(jià)格低、重量輕、效率高，是智能儀器儀表和便攜式手持設(shè)備研發(fā)的一個(gè)更好的選擇。RC522的工作過程首先，RFID-RC522射頻卡通過無線電波向識別器發(fā)送信號，當(dāng)識別器接收到的無線電波時(shí)會對其識別處理，將無線電波轉(zhuǎn)換成可識別的整流波率，這時(shí)穩(wěn)壓器開始工作，將其調(diào)整到可以正常工作的范圍，最后輸送到射頻卡的各各工作電路。其次，在收到調(diào)節(jié)后的信號后，射頻卡通過卡上的調(diào)節(jié)機(jī)制將其調(diào)制，并將處理后的信號發(fā)送到卡上的控制器進(jìn)行控制和處理。在非接觸卡處理數(shù)據(jù)之后，使用自身特有的天線向射頻卡發(fā)送調(diào)節(jié)后的信號。因?yàn)镽C522是無源射頻卡，所以當(dāng)射頻卡工作讀卡時(shí)，射頻識別器所發(fā)出的信號一共有兩種，一種是為自身提供正常工作的電壓的信號，另一種是發(fā)出各種指令的信號，我們想要利用RC522進(jìn)行各種操作的指令信號都是同這這種方式發(fā)送出來的。RC522的實(shí)物圖如圖3-4所示。圖3-4RC522射頻卡實(shí)物圖RC522的接口設(shè)計(jì)SDA接口為RFID-RC522的數(shù)據(jù)接口。由此可見，它是被選擇性地連接到單片機(jī)的P1.7上，用作射頻卡與ST89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SCK是連接到P1.6的時(shí)鐘接口。MOSI和MISO分別是SPI接口、主輸入/輸出和接口主輸入/輸出。MOSI與P1.5相連接和MISO與P1.4相連接來達(dá)成接口驅(qū)動(dòng)。復(fù)位信號接口為RST與P1.3相連接，從而達(dá)到射頻卡的復(fù)位。GND接口接地，V3.3接口連接3.3V電源。當(dāng)這些引腳與單片機(jī)相連接時(shí)，從而進(jìn)行射頻卡與ST89C52直接的通信。RFID-RC522接口電路設(shè)計(jì)如圖3-5所示。圖3-5RFID-RC522接口電路設(shè)計(jì)圖指紋識別單元3.4.1光學(xué)指紋傳感器ATK-AS608指紋識別模塊是由ALIENTEK公司推出的高性能光學(xué)指紋識別模塊。AS608光學(xué)指紋傳感器配有串口和USB通信接口?？梢愿鶕?jù)通信協(xié)議通過簡單的串口和USB對模塊進(jìn)行控制。該模塊可用于各種考勤機(jī)、指紋訪問控制系統(tǒng)、指紋鎖等場合。AS608光學(xué)指紋傳感器的技術(shù)指標(biāo)1.高靈敏度／快速響應(yīng)恢復(fù)；2.穩(wěn)定性十分好，使用壽命長相對較長；3.操作簡單便于驅(qū)動(dòng)。有關(guān)AS608光學(xué)指紋傳感器的技術(shù)指標(biāo)，如表3-1所示。表3-1光學(xué)指紋傳感器的技術(shù)指標(biāo)編號項(xiàng)目說明1工作電壓(V)3.0~3.6V，典型值：3.3V2工作電流(mA)30~60mA，典型值：40mA3USART通訊波特率(9600×N)，N=1~12。默認(rèn)N=6,bps=57600(數(shù)據(jù)位:8停止位:1校驗(yàn)位:noneTTL電平)4USB通訊2.0FS(2.0全速)5傳感器圖像大小(pixel)256*288pixel6圖像處理時(shí)間(S)<0.4(S)7上電延時(shí)(S)<0.1(S),模塊上電后需要約0.1S初始化工作8搜索時(shí)間(S)<0.3(S)9拒真率(FRR)<1%10認(rèn)假率(FAR)<0.001%11指紋存容量300枚(ID:0~299)12工作環(huán)境溫度(°C):-20~60濕度<90%(無凝露)AS608光學(xué)指紋傳感器的接口設(shè)計(jì)AS608系列芯片具有豐富的片上外設(shè)，1個(gè)USB2.0全速設(shè)備接口、2個(gè)SPI主接口、1個(gè)SPI從接口、2個(gè)UART接口、1個(gè)I2C接口、1個(gè)光學(xué)CMOS傳感器接口(LOCSC)、1個(gè)智能卡主接口(SCI)、1個(gè)語音PWM輸出接口、1個(gè)SWPS接口，具有多達(dá)48個(gè)GPIO，并且每個(gè)GPUO都具有中斷功能。AS608系列芯片采用模擬混合技術(shù)設(shè)計(jì)，內(nèi)部集成多種功能的模擬模塊，減少外圍電路設(shè)計(jì)，有效降低版級系統(tǒng)的成本。AS608接口電路設(shè)計(jì)圖，如圖3-6所示。圖3-6AS608的接口電路設(shè)計(jì)圖LCD1602顯示輸出單元3.5.1LCD1602概述LCD顯示的種類有很多種其中就包括1602液晶屏，它是嵌入式方向經(jīng)常使用的液晶屏種類因?yàn)樗梢燥@示豐富的內(nèi)容。比如在對講機(jī)、智能計(jì)算器、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以見到，顯示出來的以數(shù)字、專用符號和圖形為主，在嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常使用的這種液晶顯示器。LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能LCD1602一共分為兩種，一種是帶背光另一種是不帶背光，LCD1602的基控制器絕大部分為HD44780，帶背光的相對于不帶背光的要厚一些，他們之間的應(yīng)用領(lǐng)域相同，兩者之間的區(qū)別如下圖3-7所示：圖3-71602LCD尺寸圖引腳功能說明：LCD1602采用的規(guī)格是標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，每個(gè)引腳接口說明如表3-2所示。表3-2引腳接口說明表LCD1602的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3-3所示。表3-3控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**讀寫操作時(shí)序如圖3-7所示：RSRSR/WEDB0-DB7tsp1tpwtFtHD1tHD!tHD2tctsp2tRValidData圖3-7LCD1602讀寫操作時(shí)序LCD1602硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用LCD1602顯示方式。3腳VL是液晶顯示器的對比度調(diào)節(jié)終端。當(dāng)使用時(shí)，對比可以通過10K電位器來調(diào)節(jié)。選擇P0端口作為數(shù)據(jù)輸出端口，P0端口為地址總線和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用端口，可驅(qū)動(dòng)8LSTTL負(fù)載。由于沒有內(nèi)部拉起電阻，所以使用端口P0作為輸出端口.選擇P2的三個(gè)端口作為寄存器選擇、讀寫信號和模擬端口線模式的啟用終端。LCD1602顯示器的電路設(shè)計(jì)圖，如圖3-8所示。圖3-8LCD1602顯示器電路圖鍵盤接口電路設(shè)計(jì)3.6.1鍵盤工作原理行鍵盤的鍵設(shè)置在行和列的交集處。該線路通過一個(gè)拉起電阻連接到5V。當(dāng)鍵未按下時(shí)，線處于高級狀態(tài)；當(dāng)按下鍵時(shí)，線和列線將處于打開狀態(tài)，此時(shí)，行級別將由與該線連接的線路級別確定。這是識別是否按下鍵的關(guān)鍵。但是，行列式鍵盤中的行、列行和多個(gè)鍵是連接的，它們相互影響，有必要將行線和列線信號組合起來，以便進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以確定是否有鍵和鍵位置。3.6.2按鍵的識別掃描識別按鍵是根據(jù)被發(fā)送到完整“0”掃描字的列行的狀態(tài)判斷的，以及被讀取到行中的行的狀態(tài)。方法是將給定行的所有I/O行設(shè)置為低級別，然后將行級狀態(tài)讀入累加器A。如果按下鍵，將始終有一行級別拉到較低級別，因此行輸入并非全部為1。按鍵盤中的哪個(gè)鍵，在下面的行中一個(gè)一個(gè)地設(shè)置較低的級別，以檢查行輸入狀態(tài)。方法是依次將低級別發(fā)送到列行，然后檢查所有行的狀態(tài)。如果所有行都為1，則按下的鍵不在此列中。如果不是所有的鍵都是1，則按下的鍵必須在該列中。它是“0”線交點(diǎn)處的鍵。3.6.3鍵盤的編碼鍵盤上的每個(gè)鍵都有一個(gè)鍵值。相對于獨(dú)立鍵盤來說，由于按鍵數(shù)量很少，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活編碼。編碼方法對不同的密鑰進(jìn)行更加離散的編碼，不利于對分散指令的密鑰進(jìn)行處理。所以應(yīng)當(dāng)排列密鑰號碼，以便它們可以逐行編碼。例如，上述數(shù)字中的4*4鍵盤可以編碼為：01H、02h、03h、…、10H等16個(gè)鍵數(shù)。代碼的轉(zhuǎn)換可以通過計(jì)算或查找表來實(shí)現(xiàn)。3.6.4鍵盤掃描方式在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，常常使用鍵盤掃描完成按鍵處理。CPU完成的種種任務(wù)中就包括鍵盤掃描。當(dāng)CPU忙于各種任務(wù)時(shí)，怎樣考慮兼顧鍵盤掃描？也就是說，它不僅可以在不損失時(shí)間的情況下響應(yīng)關(guān)鍵操作，而且可以占用更多的CPU時(shí)間。本系統(tǒng)采用中斷掃描方式。鍵盤接口電路如圖3-9。圖3-8鍵盤接口電路圖本章小結(jié)本章主要介紹了實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的選擇和各各器件的硬件特性。選取了RC522射頻識別對讀卡芯片和天線進(jìn)行設(shè)計(jì)。指紋模塊選擇了價(jià)格便宜，不易磨損，不受靜電影響的AS608光學(xué)指紋識別器。主芯片選取ST89C52芯片。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了讀卡模塊、指紋模塊和密碼按鍵相應(yīng)的功能。軟件設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，最重要的是能做到設(shè)計(jì)的完整性，但是只有硬件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，想開設(shè)計(jì)出一個(gè)完整性高、性能穩(wěn)定、可靠行強(qiáng)、只擁有硬件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能所及的，軟件的設(shè)計(jì)在畢設(shè)中是必不可少，它會提高整體的全部性能，它是畢設(shè)的核心靈魂。4.1軟件總體程序設(shè)計(jì)程序首先要對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行初始化，根據(jù)想要操作的指令選擇相應(yīng)的射頻識別、指紋認(rèn)證或密碼登錄方式，并執(zhí)行相應(yīng)操作。如圖4-1所示。系統(tǒng)硬件初始化讀取HMI串口指令系統(tǒng)硬件初始化讀取HMI串口指令指令解析和處理子程序指紋/射頻/密碼認(rèn)證處理子程序NY開始結(jié)束結(jié)束圖4-1門禁系統(tǒng)總程序流程圖指紋模塊程序設(shè)計(jì)指紋模塊程序首先是對端口初始化，然后是延時(shí)等待信號，當(dāng)延時(shí)結(jié)束，判斷端口是否處于低水平。如果此時(shí)屬于低電平，則收集數(shù)據(jù)，將檢測到的數(shù)據(jù)存儲在變量中，然后進(jìn)行檢查。如果它不是低電平，繼續(xù)等待直到它變?yōu)榈碗娖?。如圖4-2所示。開始開始判斷是否為有效指紋？判斷是否為有效指紋？初始化延時(shí)等待采集數(shù)據(jù)校驗(yàn)數(shù)據(jù)YN結(jié)束結(jié)束圖4-2指紋識別程序流程圖4.3射頻卡模塊程序設(shè)計(jì)射頻卡模塊程序首先是判斷是否為有效卡，如果為有效卡則可以打開門鎖，若為為無效卡則視為非法進(jìn)入者，門鎖不開同時(shí)蜂鳴器報(bào)警。如圖4-3所示。N開始結(jié)束N初始化判斷是否為有效卡？YN打開門鎖開門N開始結(jié)束N初始化判斷是否為有效卡？YN打開門鎖開門是否有射頻卡？Y圖4-3射頻卡程序流程圖4.4顯示模塊程序設(shè)計(jì)首先對LCD1602進(jìn)行初始化，初始化結(jié)束之后判斷LCD1602是否為忙狀態(tài)，若果為忙狀態(tài)賊返回繼續(xù)等待，如果不是，則證明程序正常往下運(yùn)行，之后再進(jìn)行寫指令數(shù)據(jù)到LCD中，最后寫顯示數(shù)據(jù)到LCD1602中，LCD程序流程圖如圖4-4所示。開始開始LCD初始化LCD初始化判斷LCD是否為忙？判斷LCD是否為忙？YYNN寫指令數(shù)據(jù)到LCD寫指令數(shù)據(jù)到LCD寫入顯示數(shù)據(jù)到LCD寫入顯示數(shù)據(jù)到LCD結(jié)束結(jié)束圖4-4LCD程序流程圖本章小結(jié)本章介紹了實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，使用圖文結(jié)合的方式詳細(xì)的解釋了每個(gè)部分的設(shè)計(jì)思路，通過圖文結(jié)合的方式可以一目了然的看到程序流程和基本的編程思想，通過本章可以看出本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)的過程是很重要的，按照程序的結(jié)構(gòu)一步一步的編寫程序，這樣才能達(dá)到想要的效果。第5章系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個(gè)部分。只有通過對系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)哪里出現(xiàn)了問題，并針對這些問題進(jìn)一步完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在整個(gè)門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，軟件和硬件各模塊通常單獨(dú)設(shè)計(jì)，然后在軟件開發(fā)環(huán)境下對硬件電路和軟件進(jìn)行調(diào)試，最后對軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試。5.1硬件程序調(diào)試5.1.1硬件程序調(diào)試環(huán)境本系統(tǒng)中ST89C52控制器的軟件編寫是采用KEIL4軟件，該軟件集編譯和調(diào)試于一體，包括檢查各種輸入輸出端口，各個(gè)串口通信的連接，以及編寫的代碼輸入等等。5.1.2硬件實(shí)物圖硬件調(diào)試是先通過插器件將檢測電路調(diào)試成功后，在用萬用板焊器件進(jìn)行調(diào)試。硬件焊接完成之后，通過與其仿真器和KEIL4共同調(diào)試電路。在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)，萬用表是不可少的，測電路通斷、元器件阻值的大小等。如圖5-1所示：圖5-1實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)實(shí)物圖5.1.3硬件調(diào)試整個(gè)程序在開始焊接電路板之前，必須先測試所使用的器件，以確保這些部件在焊接到電路板上之前可以正常使用。在焊接過程中應(yīng)注意到，在焊接過程中不要出現(xiàn)錯(cuò)誤的焊接，并且一些器件具有正極性和負(fù)極性。在焊接過程中，不要出現(xiàn)錯(cuò)誤的焊接方式連接正極和負(fù)極，以避免電源接通后發(fā)生短路和芯片燒毀。焊接設(shè)備時(shí)，應(yīng)該焊接一個(gè)模塊成功后繼續(xù)焊接，以便在焊接后進(jìn)行調(diào)試。只有在確認(rèn)無誤后才能進(jìn)行下一次模塊焊接。在焊接整個(gè)電路板后，靜態(tài)調(diào)試是消除硬件故障的第一步。在硬件中，如果組件之間存在內(nèi)部故障和邏輯錯(cuò)誤，則只能通過在線仿真和在線調(diào)試來消除故障。當(dāng)檢測到故障時(shí)，萬用表和其他工具可用于輔助檢測工作。在程序調(diào)試之前首先對手持端和控制端系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，先檢查系統(tǒng)電路焊接的是否正確，電解電容的正負(fù)有沒有接反，晶振工不工作，這些都很正常。在加載程序時(shí)用萬用表測試，不正常顯示電壓值，后來仔細(xì)檢查一下電路，引腳沒有接電源，接上后系統(tǒng)能正常運(yùn)行了。單片機(jī)是無法獨(dú)立完成程序調(diào)試的。在程序的運(yùn)行過程中還可以支持判斷和改正完善調(diào)試功能，使得達(dá)到程序正常運(yùn)作的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)調(diào)試主要包括主控制模塊調(diào)試、顯示模塊、硬件的功能調(diào)試等各個(gè)功能模塊的調(diào)試和整機(jī)調(diào)試。具體硬件調(diào)試內(nèi)容如表5-1所示。表5-1?硬件系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容調(diào)試步驟調(diào)試模塊預(yù)期結(jié)論1電源電路可以輸出比較穩(wěn)定的、紋波較小的5V電源電壓2LCD1602顯示狀態(tài)系統(tǒng)啟動(dòng)一切正常，顯示正常開門選項(xiàng)3密碼按鍵狀態(tài)收到的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳給主控制模塊4射頻卡識別情況識別到有效卡，顯示打開門鎖5指紋識別情況識別有效指紋，顯示打開門鎖5.2軟件程序調(diào)試軟件程序調(diào)試的總體內(nèi)容是對程序進(jìn)行調(diào)試，有很多種方法可以對軟件進(jìn)行調(diào)試，比如先單步后連續(xù)、先分塊后組合等等，本小節(jié)主要講述此次設(shè)計(jì)在軟件調(diào)式中所使用的方法和過程中出現(xiàn)的問題。為了使程序更加完整完善，通常程序調(diào)試是程序運(yùn)行的必經(jīng)步驟，要使程序正常運(yùn)行需要多次的調(diào)試才能達(dá)到完美，所以調(diào)試需要運(yùn)用到一種軟件那就是KEIL4，這款軟件的特點(diǎn)是可以輸入程序和程序的運(yùn)行。5.2.1軟件環(huán)境KEIL4可以對本系統(tǒng)進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)，可以更好地完成程序設(shè)計(jì)。軟件程序的調(diào)試主要用來驗(yàn)證所編程序。語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤是通過用戶對程序的編譯、運(yùn)行來發(fā)現(xiàn)，并去除和更正。在程序的運(yùn)行過程中還可以支持判斷和改正完善調(diào)試功能，使得達(dá)到程序正常運(yùn)作的標(biāo)準(zhǔn)。KEIL4主界面如圖5-2所示。圖5-2KEIL4調(diào)試界面5.2.2軟件調(diào)試軟件程序的調(diào)試主要用來驗(yàn)證所編程序。語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤是通過用戶對程序的編譯、運(yùn)行來發(fā)現(xiàn)，并去除和更正。軟件調(diào)試第一步是先進(jìn)行獨(dú)立，然后聯(lián)機(jī)協(xié)調(diào)。在分塊調(diào)試然后組合調(diào)試，先單步調(diào)試后連續(xù)調(diào)試。1．先獨(dú)立后聯(lián)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中，一些用戶應(yīng)用程序與硬件幾乎沒有關(guān)系。這是為了提取與硬件無關(guān)的相對獨(dú)立的功能和程序段，并與硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試同步以提高軟件測試速度。例如，最常用的延遲子程序與硬件無關(guān)，完全是軟件延遲，因此可以獨(dú)立調(diào)試。當(dāng)然，在調(diào)試過程中，可以獨(dú)立調(diào)試硬件相關(guān)的程序，因?yàn)镵EIL4軟件支持軟件仿真。通過這種方式，可以同時(shí)調(diào)試硬件和軟件，大大提高了工作效率。建立硬件電路后，可進(jìn)行相應(yīng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試。2．先