【正文】 。PC機(jī)管理軟件的設(shè)計(jì)主要由卡片管理模塊、控制器管理模塊、權(quán)限管理模塊等組成?？ㄆ芾砟K，發(fā)放或注銷序列號(hào)、卡號(hào)。控制器管理模塊，是用來(lái)注冊(cè)現(xiàn)有或新增的控制器，便于更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)。權(quán)限管理模塊，可分層設(shè)定操作者的各項(xiàng)權(quán)限，并通過Visual B設(shè)計(jì)開發(fā)簡(jiǎn)單合理的人機(jī)界面。3硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)這要包括電源的供電方式選擇，門禁控制系統(tǒng)的主控設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)，讀卡模塊的選型及設(shè)計(jì)，LCD顯示模塊的選型及設(shè)計(jì)，電子鎖電路設(shè)計(jì)以及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。最后將以上各個(gè)模塊合理連接，完成硬件電路的設(shè)計(jì)。 電源設(shè)計(jì)電源的供電方式有很多種，常用的有開關(guān)電源、電池（或者充電電池）等。其中，開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是可以通過市電電源直接供電，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便，但是這種電源的缺點(diǎn)是紋波效應(yīng)比較嚴(yán)重，無(wú)法提供高精度直流電壓。由于無(wú)線設(shè)備對(duì)電源穩(wěn)定性的要求相對(duì)嚴(yán)格，因此本設(shè)計(jì)方案不推薦使用開關(guān)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(yīng)用較為廣泛。因?yàn)檫@種供電方式不僅克服了開關(guān)電源的紋波效應(yīng)，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(shè)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(shè)備采用ATmega16單片機(jī)。AVR系列單片機(jī)是ATMEL公司開發(fā)的新一代單片機(jī)，在設(shè)計(jì)上打破常規(guī)，采用了全新的概念，突出的優(yōu)點(diǎn)是高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器，并且具有先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)，方便設(shè)計(jì)者使用。一般而言ATmega16在1 MHz, 3V, 25176。C 時(shí)的功耗正常模式時(shí)的工作電流為 ，空閑模式時(shí)的工作電流為 ，掉電模式時(shí)的工作電流 1 μA。此外，該系列單片機(jī)擁有各種流行接口，方便與目前許多種類的外圍設(shè)備連接通信，操作方便快捷，非常適合于低功耗、混合信號(hào)處理的產(chǎn)品與應(yīng)用[10]。ATmega16的硬件設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：(1)CPU設(shè)計(jì)ATmega16單片機(jī)的CPU采用8位的RISC結(jié)構(gòu)。擁有32個(gè)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(gè)16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。(2)內(nèi)部存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器(FLASH)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)ATmega16具有豐富的內(nèi)部存儲(chǔ)單元，包括16K字節(jié)的程序存儲(chǔ)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(jī)32 個(gè)通用I/O 口線，作為通用數(shù)字I/O 使用時(shí)，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(shí)不會(huì)無(wú)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(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口。(4)定時(shí)／計(jì)數(shù)器ATmega16系列單片機(jī)有2個(gè)兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(5)指令系統(tǒng)ATmega16系列單片機(jī)具有先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)，131條指令，并且大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)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(kuò)展的Standby模式綜上所述，ATmega16單片機(jī)是一款功能強(qiáng)大、集成資源豐富的智能型微控制器【11】。利用其上述特性，結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，主控設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)以下的操作：（1）控制無(wú)線傳輸平臺(tái)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(dòng)程序（4）報(bào)警模塊的驅(qū)動(dòng)程序針對(duì)以上需實(shí)現(xiàn)的功能，ATmega16單片機(jī)預(yù)留相應(yīng)的資源與之對(duì)應(yīng)。PB端口與無(wú)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(bào)警模塊相連接。ATmega16單片機(jī)的引腳圖如圖31所示。圖31 ATmega16單片機(jī)的引腳圖在現(xiàn)有的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中，基于RF模塊的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)功耗小、成本低、組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單，非常適合小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)合。針對(duì)無(wú)線門禁系統(tǒng)傳輸距離較短，通信方式較簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用基于RF模塊的無(wú)線傳輸平臺(tái)。無(wú)線模塊的傳輸原理框圖如圖32所示。單片機(jī)發(fā)送端控制無(wú)線發(fā)射無(wú)線接收單片機(jī)接收端控制PC機(jī)圖32 無(wú)線模塊傳輸原理框圖目前市場(chǎng)上RF模塊有許多款，然而符合設(shè)計(jì)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(shù)的 RF12 射頻收發(fā)芯片。 RFM12 可工作在315/433/868/915MHZ 四個(gè)頻段,并符合 FCC 和ETSI SPI 接口,實(shí)現(xiàn)由 MCU通過軟件去設(shè)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(wú)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(shí)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(qǐng)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(shí)鐘輸出nRESDIO用內(nèi)部上拉和輸入緩沖開啟復(fù)位輸出（低電平有效）RFM12無(wú)線通信模塊的主要特點(diǎn)：（1） 成本低,性價(jià)比高.（2） 生產(chǎn)免調(diào)試（3） 采用PLL和零中頻技術(shù)鎖相時(shí)間快（4） 鎖相時(shí)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(dòng)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(hào)強(qiáng)度指示（ARSSI/DRSSI）（12） 自動(dòng)頻率控制(AFC)（13） 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)(DQD)（14） 內(nèi)部數(shù)據(jù)過濾（15） 接收同步pattern硬件識(shí)別（16） SPI控制接口（17） 可為MCU提供時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)（18） 16位接收數(shù)據(jù)寄存器（先入先出隊(duì)列）（19） 兩個(gè)8位發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器（20） 標(biāo)準(zhǔn)10MHz晶振（21） 喚醒定時(shí)器（22） （23） 低功耗（24） 低靜電流()綜上所述，RFM12是一款性性價(jià)比較高的無(wú)線收發(fā)模塊。在無(wú)需外加功放電路的情況下，距離可達(dá)200米以上。因此本系統(tǒng)采用兩套R(shí)FM12無(wú)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(wú)干擾地域。其中一塊和單片機(jī)相連負(fù)責(zé)把讀卡器的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，一塊和PC機(jī)相連負(fù)責(zé)接收單片機(jī)的數(shù)據(jù)以及反饋數(shù)據(jù)給單片機(jī)。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(jìn)行工作，也就是在讀寫器線圈和感應(yīng)器線圈件存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場(chǎng)的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的而典雅被蒸餾，可作供電電壓使用。磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義，但是場(chǎng)強(qiáng)下降的太快，且傳輸速率慢，價(jià)格高。（）在該頻率的感應(yīng)器不再需要線圈進(jìn)行繞制，可以通過腐蝕活著的方式制作天線。感應(yīng)器一般通過負(fù)載調(diào)制的方式進(jìn)行工作。也就是通過感應(yīng)器上的負(fù)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(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。如果通過數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫器。它的感應(yīng)器一般是電子標(biāo)簽的形式，可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。傳輸速率高，價(jià)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(chǎng)來(lái)傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無(wú)源可達(dá)10m左右。這要是通過電容耦合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。目前使用較多的是ISO14443協(xié)議，而ISO15693是對(duì)于ISO14443對(duì)應(yīng)于高頻范圍的一種協(xié)議。因?yàn)镮SO15693疏耦合卡在高頻時(shí)讀取距離可達(dá)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(diǎn)如下：l 工作頻率：l 閱讀距離：610cml 電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)：ISO15693(TagIT HFI、IcodeⅡ)l 對(duì)電子標(biāo)簽多個(gè)數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容進(jìn)行讀、寫、鎖操作l 具有防沖撞讀寫功能，最多可檢測(cè)16張電子標(biāo)簽l 具有RS23RS48它的卡結(jié)構(gòu)為64位ID號(hào)，共計(jì)64個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)塊都可讀，沒被鎖的快可寫。串口通訊，默認(rèn)波特率為19200bps，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無(wú)校驗(yàn)。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(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合貝爾統(tǒng)統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同指定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樽x卡器采用RS232通信，所以要在單片機(jī)的UCSRA口擴(kuò)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(diǎn)：l 工作于+5 V單電源l 對(duì)所有的RS232協(xié)議和ITU l l 高數(shù)據(jù)速率 — 負(fù)載時(shí)速率可達(dá)120Kbpsl 低功耗CMOS — 工作電流為3mAl 無(wú)需外部電容 l 低功耗關(guān)斷l(xiāng) 增強(qiáng)型ESD保護(hù)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(jī)的口，通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)開鎖動(dòng)作。74HC14是集電極開路具有緩沖型反相器，接收并產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)?？梢圆灰?guī)則信號(hào)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定規(guī)則的輸出信號(hào)。連接單片機(jī)的口對(duì)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(hào)燈由兩個(gè)LED燈構(gòu)成。綠色的燈為電源指示信號(hào)，表示系統(tǒng)處于待機(jī)就緒狀態(tài)。當(dāng)有非法卡進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，紅色指示燈常亮起警示作用。（2）報(bào)警電路報(bào)警電路時(shí)在門禁系統(tǒng)出現(xiàn)意外狀況時(shí)啟用，即當(dāng)有卡進(jìn)入感應(yīng)區(qū)是，若遇到非法卡時(shí)將發(fā)出報(bào)警聲。報(bào)警電路如圖37所示。 圖37 報(bào)警電路（3）LCD輸出顯示模塊終端設(shè)備使用CA12864K型號(hào)的LCD液晶顯示器作為輸出設(shè)備。CA12864K 是一款帶中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣模塊，由動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)12864 點(diǎn)陣顯示。低功耗，供應(yīng)電電壓范圍寬。有自動(dòng)復(fù)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(jiǎn)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(gè)中文字型l 16K位半寬字型ROM，總共提供126個(gè)西文字型l 64*14位字符產(chǎn)生RAMl 15*16位總共240點(diǎn)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(hào)電平功能描述1VSS 0V接地（GND）2VDD電源電壓3V0負(fù)壓液晶顯示器驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shè)置時(shí)，此腳懸空16NCH/L懸空17RESH/L復(fù)位信號(hào)，選擇硬件復(fù)位時(shí)，此腳懸空18VOUT負(fù)壓液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓19BLA5V背光正20BLK0V背光負(fù)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(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括基于ATmega16單片機(jī)的主控設(shè)備的流程圖以及主程序的編寫，基于RFM12無(wú)線傳輸模塊的通信協(xié)議以及編程，用Visual Basic語(yǔ)言設(shè)計(jì)開發(fā)人機(jī)界面。 主控設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)ATmega16單片機(jī)的工作流程是當(dāng)沒有卡片進(jìn)入讀卡區(qū)時(shí)，信號(hào)指示燈綠燈常亮，表示門禁系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，LCD顯示當(dāng)前時(shí)間以及歡迎觀臨。當(dāng)讀卡器感應(yīng)到有卡進(jìn)入讀卡區(qū)后會(huì)把讀取的相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)正確的讀到數(shù)據(jù)以后就會(huì)通過無(wú)線模塊發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)把這個(gè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的合法信息比對(duì)，做出判斷后返回一個(gè)結(jié)果給單片機(jī)。如果該數(shù)據(jù)是合法的，單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)開鎖命令，并且通過LCD顯示“ 請(qǐng)進(jìn)”。如果數(shù)據(jù)是非法的，蜂鳴器報(bào)警，警告信號(hào)燈紅燈閃爍，LCD顯示 “對(duì)不起”。綜上ATmega16單片機(jī)的程序包括串口中斷子程序，