【正文】 。PC機管理軟件的設計主要由卡片管理模塊、控制器管理模塊、權限管理模塊等組成。卡片管理模塊，發(fā)放或注銷序列號、卡號。控制器管理模塊，是用來注冊現(xiàn)有或新增的控制器，便于更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)。權限管理模塊，可分層設定操作者的各項權限，并通過Visual B設計開發(fā)簡單合理的人機界面。3硬件設計本系統(tǒng)的硬件設計這要包括電源的供電方式選擇，門禁控制系統(tǒng)的主控設備的選型及設計，讀卡模塊的選型及設計，LCD顯示模塊的選型及設計，電子鎖電路設計以及報警電路的設計。最后將以上各個模塊合理連接，完成硬件電路的設計。 電源設計電源的供電方式有很多種，常用的有開關電源、電池（或者充電電池）等。其中，開關電源的優(yōu)點是可以通過市電電源直接供電，使用起來簡單方便，但是這種電源的缺點是紋波效應比較嚴重，無法提供高精度直流電壓。由于無線設備對電源穩(wěn)定性的要求相對嚴格，因此本設計方案不推薦使用開關電源。另一種較常見的供電是電池供電，尤以充電電池的供電方式應用較為廣泛。因為這種供電方式不僅克服了開關電源的紋波效應，具備提供高精度直流電壓的能力，并且在斷電的情況下仍然能夠?qū)υO備持續(xù)供電。所以本方案采用充電電池為系統(tǒng)電源。 門禁控制器門禁系統(tǒng)的主控設備采用ATmega16單片機。AVR系列單片機是ATMEL公司開發(fā)的新一代單片機，在設計上打破常規(guī)，采用了全新的概念，突出的優(yōu)點是高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器，并且具有先進的RISC 結構，方便設計者使用。一般而言ATmega16在1 MHz, 3V, 25176。C 時的功耗正常模式時的工作電流為 ，空閑模式時的工作電流為 ，掉電模式時的工作電流 1 μA。此外，該系列單片機擁有各種流行接口，方便與目前許多種類的外圍設備連接通信，操作方便快捷，非常適合于低功耗、混合信號處理的產(chǎn)品與應用[10]。ATmega16的硬件設計特點如下：(1)CPU設計ATmega16單片機的CPU采用8位的RISC結構。擁有32個8位通用工作寄存器，其中X、Y、Z 特殊寄存器可以用作3 個16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實現(xiàn)高效的地址運算。(2)內(nèi)部存儲器分為程序存儲器(FLASH)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)ATmega16具有豐富的內(nèi)部存儲單元，包括16K字節(jié)的程序存儲器FLASH，512 字節(jié)EPROM和1K字節(jié)SRAM。(3)輸入/輸出(I/O)口ATmega16單片機32 個通用I/O 口線，作為通用數(shù)字I/O 使用時，所有AVR I/O 端口都具有真正的讀 修改 寫功能。這意味著用SBI 或CBI 指令改變某些管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻) 時不會無意地改變其他管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻)。有些引腳還具有特殊功能，包括可工作于主機/ 從機模式的SPI 串行接口。(4)定時／計數(shù)器ATmega16系列單片機有2個兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器(5)指令系統(tǒng)ATmega16系列單片機具有先進的RISC 結構，131條指令，并且大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期(6)睡眠模式空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴展的Standby模式綜上所述，ATmega16單片機是一款功能強大、集成資源豐富的智能型微控制器【11】。利用其上述特性，結合本系統(tǒng)的設計需求，主控設備需要實現(xiàn)以下的操作：（1）控制無線傳輸平臺的傳輸過程，包括發(fā)送、接收模塊的配置與控制.（2）控制電子鎖的開啟（3）LCD輸出顯示的驅(qū)動程序（4）報警模塊的驅(qū)動程序針對以上需實現(xiàn)的功能，ATmega16單片機預留相應的資源與之對應。PB端口與無線傳輸系統(tǒng)的RF模塊相連接，PC端口與LCD顯示模塊相連接，PD口與讀卡模塊相連接，PA口用于電子鎖和報警模塊相連接。ATmega16單片機的引腳圖如圖31所示。圖31 ATmega16單片機的引腳圖在現(xiàn)有的無線傳輸網(wǎng)絡中，基于RF模塊的無線傳輸網(wǎng)絡功耗小、成本低、組網(wǎng)方式簡單，非常適合小型無線網(wǎng)絡的場合。針對無線門禁系統(tǒng)傳輸距離較短，通信方式較簡單等特點，本設計采用基于RF模塊的無線傳輸平臺。無線模塊的傳輸原理框圖如圖32所示。單片機發(fā)送端控制無線發(fā)射無線接收單片機接收端控制PC機圖32 無線模塊傳輸原理框圖目前市場上RF模塊有許多款，然而符合設計需求，支持較大的傳輸速率、擁有大量的可配置頻段、成本較低的RF模塊并不多。綜合考慮本系統(tǒng)采用深圳市惠貽華普電子有限公司生產(chǎn)的RFM12作為RF模塊。RFM12 是一款低成本的 ISM 頻段 FSK 收發(fā)模塊,其核心電路采用的是帶鎖相環(huán)（PLL）技術的 RF12 射頻收發(fā)芯片。 RFM12 可工作在315/433/868/915MHZ 四個頻段,并符合 FCC 和ETSI SPI 接口,實現(xiàn)由 MCU通過軟件去設置各種射頻參數(shù)和其它輔助功能[12，19]。圖33為RFM12模塊的引腳圖。圖33 RFM12無線模塊引腳圖各引腳的功能見表31所示。表31 RFM12引腳功能表名稱類型功能nINT/VDIDI/ DO中斷輸入（低電平有效）/有效數(shù)據(jù)指示輸出VDDS正電源電壓SDIDI串行控制接口數(shù)據(jù)輸入SCKDI串行控制接口時鐘輸入nSELDI串行控制接口片選輸入（低電平有效）SDODO串行數(shù)據(jù)輸出nIRQDO中斷請求輸出（低電平有效）FSK/DATA/nFFS DI/DO/DIFSK數(shù)據(jù)輸入/接收數(shù)據(jù)輸出/先入先出寄存器模式選擇輸入DCLK/CFIL/FFITDO/AIO/DO接收數(shù)據(jù)的始終輸出/外接數(shù)據(jù)濾波電容/先入先出寄存器中斷CLKDO供MCU使用的時鐘輸出nRESDIO用內(nèi)部上拉和輸入緩沖開啟復位輸出（低電平有效）RFM12無線通信模塊的主要特點：（1） 成本低,性價比高.（2） 生產(chǎn)免調(diào)試（3） 采用PLL和零中頻技術鎖相時間快（4） 鎖相時間快（5） 高分辯率的PLL，（6） 高數(shù)據(jù)傳輸率(,使用模擬濾波器最高256kbps)（7） 直接差分天線輸入/輸出（8） 天線阻抗自動調(diào)諧（9） 可編程發(fā)射頻偏(15KHz到240KHz，15kHz間隔)（10） 可編程接收帶寬(67kHz到400kHz)（11） 模擬和數(shù)字接收信號強度指示（ARSSI/DRSSI）（12） 自動頻率控制(AFC)（13） 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(DQD)（14） 內(nèi)部數(shù)據(jù)過濾（15） 接收同步pattern硬件識別（16） SPI控制接口（17） 可為MCU提供時鐘和復位信號（18） 16位接收數(shù)據(jù)寄存器（先入先出隊列）（19） 兩個8位發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器（20） 標準10MHz晶振（21） 喚醒定時器（22） （23） 低功耗（24） 低靜電流()綜上所述，RFM12是一款性性價比較高的無線收發(fā)模塊。在無需外加功放電路的情況下，距離可達200米以上。因此本系統(tǒng)采用兩套RFM12無線傳輸模塊，讓它工作在433MHz，頻段帶寬為134KHz，發(fā)射調(diào)制頻偏為60KHz的空曠，無干擾地域。其中一塊和單片機相連負責把讀卡器的數(shù)據(jù)傳輸給PC機，一塊和PC機相連負責接收單片機的數(shù)據(jù)以及反饋數(shù)據(jù)給單片機。目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻、和超高頻三種頻率范圍，不同頻段的RFID產(chǎn)品有不同的特性[13]。（從125KHz到134KHz）該頻段主要是通過電感耦合的方式進行工作，也就是在讀寫器線圈和感應器線圈件存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的而典雅被蒸餾，可作供電電壓使用。磁場區(qū)域能夠很好的被定義，但是場強下降的太快，且傳輸速率慢，價格高。（）在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕活著的方式制作天線。感應器一般通過負載調(diào)制的方式進行工作。也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實現(xiàn)用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調(diào)制。如果通過數(shù)據(jù)控制負載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應器傳輸?shù)阶x寫器。它的感應器一般是電子標簽的形式，可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標簽中。傳輸速率高，價格合理。3. 超高頻（工作頻率為860MHz到960MHz）超高頻系統(tǒng)通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠，無源可達10m左右。這要是通過電容耦合的方式進行實現(xiàn)。目前使用較多的是ISO14443協(xié)議，而ISO15693是對于ISO14443對應于高頻范圍的一種協(xié)議。因為ISO15693疏耦合卡在高頻時讀取距離可達1m，所以本系統(tǒng)采用基于ISO15693協(xié)議的高頻讀寫器，、寫、鎖操作[14]。它的功能特點如下：l 工作頻率：l 閱讀距離：610cml 電子標簽標準：ISO15693(TagIT HFI、IcodeⅡ)l 對電子標簽多個數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容進行讀、寫、鎖操作l 具有防沖撞讀寫功能，最多可檢測16張電子標簽l 具有RS23RS48它的卡結構為64位ID號，共計64個數(shù)據(jù)塊，每個塊都可讀，沒被鎖的快可寫。串口通訊，默認波特率為19200bps，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無校驗。讀卡模塊引腳圖見圖34圖34 讀卡模塊引腳圖 RS232 轉(zhuǎn)化電路RS232接口是目前最常引用的一種串行通訊接口。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”，它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會聯(lián)合貝爾統(tǒng)統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同指定的用于串行通訊的標準。因為讀卡器采用RS232通信，所以要在單片機的UCSRA口擴展RS232轉(zhuǎn)換電路。本系統(tǒng)采用SIPEX公司的SP232ACP芯片。它具有以下特點：l 工作于+5 V單電源l 對所有的RS232協(xié)議和ITU l l 高數(shù)據(jù)速率 — 負載時速率可達120Kbpsl 低功耗CMOS — 工作電流為3mAl 無需外部電容 l 低功耗關斷l(xiāng) 增強型ESD保護SP232芯片的引腳圖如圖35所示：圖35 SP232引腳圖UNLK端口接單片機的口，通過單片機編程實現(xiàn)開鎖動作。74HC14是集電極開路具有緩沖型反相器，接收并產(chǎn)生標準的TTL信號。可以不規(guī)則信號轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定規(guī)則的輸出信號。連接單片機的口對其提供反向操作。圖36為開鎖原理圖圖36 開鎖電路（1）指示燈指示信號燈由兩個LED燈構成。綠色的燈為電源指示信號，表示系統(tǒng)處于待機就緒狀態(tài)。當有非法卡進入感應區(qū)，紅色指示燈常亮起警示作用。（2）報警電路報警電路時在門禁系統(tǒng)出現(xiàn)意外狀況時啟用，即當有卡進入感應區(qū)是，若遇到非法卡時將發(fā)出報警聲。報警電路如圖37所示。 圖37 報警電路（3）LCD輸出顯示模塊終端設備使用CA12864K型號的LCD液晶顯示器作為輸出設備。CA12864K 是一款帶中文字庫的圖形點陣模塊，由動態(tài)驅(qū)動方式驅(qū)動12864 點陣顯示。低功耗，供應電電壓范圍寬。有自動復位（RESET）功能。內(nèi)含多功能的指令集，可完成繪圖及文字畫面混合顯示等功能，操作簡易[15]。它的主要特性如下：l 提供8位，4位及串行接口可選l 64*14位字符顯示RAMl 2M位中文字型ROM，總共提供8192個中文字型l 16K位半寬字型ROM，總共提供126個西文字型l 64*14位字符產(chǎn)生RAMl 15*16位總共240點的ICON RAMCA12864K型LCD液晶顯示器的引腳圖如圖38所示：圖38 LCD顯示器引腳圖各引腳的功能如表32所示表32 LCD顯示器引腳功能表管腳名稱符號電平功能描述1VSS 0V接地（GND）2VDD電源電壓3V0負壓液晶顯示器驅(qū)動電壓調(diào)節(jié)端4RSH/L并口模式寄存器選擇 H：數(shù)據(jù)；L：指令5R/WH/L并口模式 H：讀； L；寫6EH/L并口：讀/寫起始腳7到10DB0到DB3H/L數(shù)據(jù)總線低4位，4位并口時懸空11到14DB4到DB7H/L數(shù)據(jù)總線高4位15PSBH/LH:8/4位數(shù)據(jù)接口模式L:串行接口模式由硬件設置時，此腳懸空16NCH/L懸空17RESH/L復位信號，選擇硬件復位時，此腳懸空18VOUT負壓液晶顯示器驅(qū)動電壓19BLA5V背光正20BLK0V背光負系統(tǒng)的硬件原理圖如圖39所示：圖39 系統(tǒng)硬件原理圖4 軟件設計本系統(tǒng)的軟件設計包括基于ATmega16單片機的主控設備的流程圖以及主程序的編寫，基于RFM12無線傳輸模塊的通信協(xié)議以及編程，用Visual Basic語言設計開發(fā)人機界面。 主控設備的軟件設計ATmega16單片機的工作流程是當沒有卡片進入讀卡區(qū)時，信號指示燈綠燈常亮，表示門禁系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，LCD顯示當前時間以及歡迎觀臨。當讀卡器感應到有卡進入讀卡區(qū)后會把讀取的相應的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給單片機，單片機正確的讀到數(shù)據(jù)以后就會通過無線模塊發(fā)送到PC機，PC機把這個數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的合法信息比對，做出判斷后返回一個結果給單片機。如果該數(shù)據(jù)是合法的，單片機執(zhí)行一個開鎖命令，并且通過LCD顯示“ 請進”。如果數(shù)據(jù)是非法的，蜂鳴器報警，警告信號燈紅燈閃爍，LCD顯示 “對不起”。綜上ATmega16單片機的程序包括串口中斷子程序，