【正文】 控制器產(chǎn)品同時(shí)能高效、低成本的廣泛適用于生活小區(qū)、辦公樓、醫(yī)院等系統(tǒng)。而在系統(tǒng)中控制器的作用是顯而易見的重要，控制器在單片機(jī)的指令下控制人員的進(jìn)出，從而實(shí)現(xiàn)門禁的智能化管理，把沒有被授權(quán)的人員擋在門外，讓通過授權(quán)的人員能夠自由的進(jìn)出，簡單而方便。設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的好處： （ 1）減輕了保安、門衛(wèi)等勞動者的辛苦程度，方便了人員的出行， 提高了大家的工作效率； （ 2）保證了人們居住環(huán)境的安全； （ 3）為其它安防產(chǎn)品提供相應(yīng)功能。 本文研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要是對門禁系統(tǒng)進(jìn)行一次簡單的改良設(shè)計(jì)，首先通過對門禁系統(tǒng)資料的查閱來進(jìn)行深入的了解和研究，再根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中所需要的元器件進(jìn)行了解學(xué)習(xí)來選取價(jià)格低廉而又比較適用的元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣既降低了設(shè)計(jì)的成本又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。本文將側(cè)重點(diǎn)放在了門禁控制器的選取與設(shè)計(jì)上，首先行了大量的資料查閱來了解它的硬件，通過對硬件的深入學(xué)習(xí)后進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后是在軟件方面進(jìn)行學(xué)習(xí)了解，了解了它所需要 的工具和編程環(huán)境并學(xué)習(xí)如何編程，從而完成軟件的設(shè)計(jì)。本次為了讓控制系統(tǒng)達(dá)到門禁系統(tǒng)所要求的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的是簡單的程序編寫設(shè)計(jì)，如果有需求可以進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 2 基于非接觸 IC 卡門禁系統(tǒng)的概述 非接觸式 IC 卡簡介 非接觸式 IC卡又稱射頻卡，射頻卡不需要特意的提供電源 ,它的芯片是內(nèi)含在卡的內(nèi)部的，因此不用擔(dān)心碰到水而造成故障，由于它與讀卡器進(jìn)行刷卡時(shí)不必進(jìn)行接觸 ,從而不必?fù)?dān)心由于不斷接觸而造成的摩擦損壞出現(xiàn)接觸不良的故障 ,更不用擔(dān)心發(fā)生靜電擊穿及彎曲損壞等問題。使用 IC 卡刷卡時(shí)由于芯片在內(nèi)部所以 不用考慮其正反面，而且非接觸式 IC 卡具有使用壽命長、操作簡捷、反應(yīng)迅速等特點(diǎn)。 非接觸式 IC卡本身沒有電源，也無法自己產(chǎn)生 ,而是通過讀卡器對非接觸式IC 卡進(jìn)行充電 ,讀卡器在一定范圍內(nèi)發(fā)出射頻信號，當(dāng) IC 卡進(jìn)入讀卡器的信號范圍內(nèi)后會與卡內(nèi)部的 LC 形成諧振，諧振會產(chǎn)生能量，對于卡相當(dāng)于電源，從而讓卡進(jìn)行工作，與讀卡器進(jìn)行信息的傳遞。而讀卡器的信號還可以通過解調(diào)傳遞給控制芯片，讓控制芯片來處理信息，完成驗(yàn)證密碼、讀取數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)等操作，再將解密出的數(shù)據(jù)返回給讀卡器。由于系統(tǒng)是在非接觸 IC 卡的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，所以系 統(tǒng)的硬件和軟件控制達(dá)到了不少簡化，同時(shí)依賴于于現(xiàn)在或未來的先進(jìn)科技技術(shù)管理可以眾多領(lǐng)域得到很好的發(fā)揮。 非接觸式 IC 卡不同于傳統(tǒng)的接觸式 IC 卡 ,它不僅擁有傳統(tǒng)卡的功能優(yōu)點(diǎn)，還有眾多傳統(tǒng)所不能及的特色，它解決了由于芯片在卡的外部而容易造成磨損損壞出現(xiàn)刷卡易失敗、壽命使用段等問題。而且他也克服了磁卡容易被復(fù)制克隆的弊端，避免了被犯罪者復(fù)制使用的危險(xiǎn)，提高了安全的系數(shù)。同時(shí)非接觸式 IC卡還有操作簡單，使用壽命長，存儲信息量大等優(yōu)點(diǎn)。 非接觸式 IC 卡結(jié)構(gòu) （ 1） ATR 模塊： Answer To Request(“ 請求之應(yīng)答 ”) （ 2） ANTICOLLISION 模塊：防 (卡片 )沖突功能 （ 3） Select Application 模塊：卡片的選擇 （ 4） Authentication amp。 Access Control 模塊：認(rèn)證及存取控制模塊 （ 5） Control amp。 Arithmetic Unit：控制及算術(shù)運(yùn)算單元 （ 6） RAM/ROM 單元 （ 7） Crypto Unit：數(shù)據(jù)加密單元 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 （ 8） EEPROM 存儲器及其接口電路： EEPROM INTERFACE/EEPROM MEMORY 圖 21 非接觸 式 IC卡的薄膜結(jié)構(gòu)圖 圖 22 卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 圖 23 功能框圖 門禁系統(tǒng)概述 門禁系統(tǒng)的概念 門禁系統(tǒng) ,即管理進(jìn)出口狀態(tài)的門禁系統(tǒng) ,就是對能夠通行的入口進(jìn)行管理控制，它可以通過系統(tǒng)的指令來判斷要求不同權(quán)限的人員的進(jìn)出和他們所能到達(dá)的區(qū)域。它的控制原理是：先對不同人們的活動范圍進(jìn)行調(diào)查分類，然后按照調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行分類規(guī)劃設(shè)計(jì)相應(yīng)的不同權(quán)限的卡來分發(fā)給不同的使用者，并在不同的區(qū)域的進(jìn)出通道出安裝讀卡器，在讀卡器的信號識別范圍之內(nèi)，將自己的卡在讀卡器前刷卡，讀卡器就會將卡 中的信息傳輸給中心控制器，由控制器進(jìn)行讀取判斷此卡的權(quán)限，然后將判斷結(jié)果回饋給執(zhí)行裝置。如果持卡者的卡擁有進(jìn)出此通道的權(quán)限，那大門就會自動打開。如果持卡者的卡沒有此通道的門限的話，刷卡將不被通過，門將無法打開，如果強(qiáng)行打開就會觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。通過這樣的門禁系統(tǒng)就可以有效地管理不同人員的活動，防止一些不法事情的發(fā)生，提高了安全防范措施，正因?yàn)檫@樣它便可以廣泛的被重要部門所采用，其中居民小區(qū)、銀行、檔案室、軍械庫等尤為突出。 門禁系統(tǒng)工作原理 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 本系統(tǒng)采用的技 術(shù)為感應(yīng)式技術(shù) ,或稱作射頻識別技術(shù) ,是一種在卡片與讀卡器之間無需直接接觸的情況下就可以讀取卡上的信息。其工作原理是：讀卡器內(nèi)部的線圈在電源的激勵(lì)下產(chǎn)生磁場，磁場不斷發(fā)出激發(fā)信號，不過有一定的有效范圍，當(dāng)感應(yīng)卡進(jìn)入磁場的有效范圍內(nèi)就會發(fā)生勵(lì)磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生電源，該電源就會成為卡內(nèi)的電路電源，為電路供電。而卡內(nèi)的集成電路存儲著出廠制造時(shí)設(shè)置的唯一的數(shù)字辯識號碼 ,由于電路被供電運(yùn)行卡中的號碼也就通過電路解調(diào)將信號傳輸給讀卡器。讀卡器又將接收到的信號傳輸給中心控制器，控制器通過對比判斷得出結(jié)果，將結(jié)果再送給微處理器 ，由于微處理器只能識別二進(jìn)制數(shù)字信號，一次就要將結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字辨識碼。微處理器經(jīng)過審核后將最終結(jié)果傳回控制器，讓控制器進(jìn)行開關(guān)操作。使用感應(yīng)式讀卡器 , 只需在讀卡器的有效范圍內(nèi)晃動即可，操作簡單，不用再擔(dān)心傳統(tǒng)模式下的接觸磨損和復(fù)雜的操作。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 3 門禁系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計(jì) 門禁系統(tǒng)的基本組成 本次設(shè)計(jì)的門禁控制系統(tǒng)主要是由入口硬件設(shè)備、控制器、許可證等各個(gè)設(shè)備組合而成的。 入口硬件設(shè)備主要是指讀卡器、電磁鎖、可上鎖的門以及其它關(guān)卡等設(shè)備，它的作用是使獲的授權(quán)的人員能夠順利進(jìn)出，將未經(jīng)授權(quán)的人員拒 絕在門外。 控制器的作用是對使用者出示的許可證進(jìn)行判斷，判斷是否符合要求擁有權(quán)限，然后根據(jù)結(jié)果來控制門口是否打開。這里的控制器已經(jīng)不是以前簡單的一個(gè)機(jī)械鎖制動拴了，而是一個(gè)具有邏輯判斷能力的芯片了。因此控制器就成為了門禁系統(tǒng)中的核心部分，它的質(zhì)量以及性能的好壞直接關(guān)系到門禁系統(tǒng)能否良好的運(yùn)行，而系統(tǒng)的良好性又會關(guān)系到門禁系統(tǒng)使用者的正常生活和工作秩序，如果系統(tǒng)不好的話將導(dǎo)致犯罪者的入侵而威脅到人的生命和財(cái)產(chǎn)的安全。 許可證，主要是用來判定使用者的權(quán)限和活動范圍。許可證分為以下幾種： 第一種：密碼； 第 二種：接觸式 IC 卡，其中包括鐵碼卡、磁卡等； 第三種：非接觸式 IC 卡； 第四種：指紋、掌紋、視網(wǎng)膜、聲音等。 門禁系統(tǒng)發(fā)展越來越快，對許可證的要求也越來越高。為了在生活中能夠安全舒適的生活，人們對許可證也研究的越來越深，而在這當(dāng)中第四種是最安全的。 本課題采用的許可證是從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠出發(fā)的，由于第四種的價(jià)格太昂貴，同時(shí)對技術(shù)要求也太高，所以我選擇了第三種非接觸式 IC 卡作為許可證。 門禁系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)將采用單片機(jī) 51 系列的 STC89C5蜂鳴器、電子門鎖、按鍵開關(guān)、1602 顯示屏 、 RC522 讀卡模塊等構(gòu)成。當(dāng)有人持卡進(jìn)入讀卡器的有效范圍之內(nèi)進(jìn)行刷卡時(shí)，門禁控制器依據(jù)讀卡器傳輸?shù)?IC 卡卡號是否符合權(quán)限來判斷是否讓其通行。本門禁系統(tǒng)主要是通過接收使用人員刷卡時(shí)的信息 ,將信息轉(zhuǎn)換成電信號傳給控制器，再由控制器進(jìn)行判斷審核。最后根據(jù)控制器的指令 ,對門口進(jìn)行開門、閉鎖、報(bào)警等功能。如圖所示。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 圖 31 門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 門禁控制器硬件設(shè)計(jì)方案 控制器的工作流程圖 本設(shè)計(jì)的控制器的工作流程是持卡者先在讀卡器前刷卡，然后由控制器對讀卡器傳輸?shù)目ㄌ栃畔?進(jìn)行判斷是否擁有權(quán)限，有權(quán)限的卡會在顯示屏顯示 open，蜂鳴器會發(fā)出一聲嘟的聲音同時(shí)指示燈亮提示把門打開，打開后延遲 10s后燈會熄滅，門就會自動閉鎖關(guān)門。沒有權(quán)限的卡刷卡時(shí)會在顯示屏上顯示錯(cuò)誤（ error），蜂鳴器會發(fā)出三聲嘟的聲音提示，指示燈將不會點(diǎn)亮，門將沒有反應(yīng)表示則被禁止進(jìn)入，如果連續(xù)三次刷卡失敗門禁系統(tǒng)將鎖死一分鐘，蜂鳴器會發(fā)出報(bào)警。如圖 32 所示 。 讀卡模塊 門 禁 控 制 器 蜂鳴器 接口電路 電子門鎖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 圖 32控制器的工作流程圖 門禁控制器的功能及特點(diǎn) （ 1）讀卡功能 :當(dāng)用戶從外面回家想要進(jìn)門時(shí)就要將卡放在讀卡器的有效范圍內(nèi)進(jìn)行刷卡 ,從而讓讀卡器讀取到信息 ,然后將信息傳送給控制器 ,由控制器傳給單片機(jī)，再由單片機(jī)進(jìn)行信息對比判斷該信息是否符合要求，然后將結(jié)果傳回來決定是否開門。 （ 2）異常報(bào)警功能 :當(dāng)門被不法分子進(jìn)行破壞或者強(qiáng)行計(jì)入時(shí)就會觸動報(bào)警系統(tǒng)，叫來保安將入侵者拿下，同樣門打開的時(shí)間超過固定時(shí)間后 ,也會發(fā)出報(bào)警。 門禁控制器選擇 本設(shè)計(jì)的控制模塊主要由單片機(jī)和一些外圍電路組成。而單片機(jī)的選擇非常重要，選擇時(shí)要考慮眾多因素，要從整體角度出發(fā)，要考慮單片機(jī)的兼容性是否良好，處理數(shù)據(jù)的速度是否達(dá)到要求等多個(gè)方面下手。再依據(jù)自身 的經(jīng)濟(jì)狀況去選擇市場上的單片機(jī)。于是從現(xiàn)在市場上眾多的 8 位微處理器中選取了卡合法開始刷卡門開啟閉門器自動鎖Y完成操作禁止進(jìn)入N青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 STC89C52(其指令與 MFRC522 系列兼容 )。考慮到本設(shè)計(jì)所需的程序量不大 ,接口比較簡單直觀 ,所以不再需要用擴(kuò)展程序存儲器。所以本設(shè)計(jì)選擇 STC89C52 芯片。如圖 33 所示 圖 33 STC89C52單片機(jī) 門禁系統(tǒng)入口設(shè)備 RC 522 讀卡模塊 1） RC 522 簡介 “MFRC522 模塊采用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，完全集成了在 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議，支持 ISO14443A 的多層。應(yīng)用其內(nèi)部的發(fā)送器部分可以驅(qū)動讀寫器天線實(shí)現(xiàn)與 ISO 14443A/MIFARE174。卡和應(yīng)答機(jī)的通信，不再需要其它的電路接收器部分。應(yīng)用的解調(diào)和解碼電路堅(jiān)固而有效可以處理 ISO14443A 兼容的應(yīng)答器，信號數(shù)字部分用于檢測錯(cuò)誤和處理 ISO14443A 幀 ” 。 此外，它同樣支持加密算法來驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。而且 MFRC522 的非接觸式通信更高速，速率高達(dá) 424kbit/s。 作為 高度集成的讀寫卡系列的新產(chǎn)品， MF RC522 和 MF RC500 、青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 MF RC530 有很多的相通的地方，當(dāng)然也有不少獨(dú)有的特色。它的通信應(yīng)用少量連線的串行通信，并且可依據(jù)客戶的要求，選取不同模式例如 SPI、 I2C 或串行 UART 模式等，這樣可以方便操作設(shè)計(jì)。 2） RC 522 內(nèi)部框圖 圖 34 RC522內(nèi)部框圖 3） RC 522 電路圖 圖 35 RC522電路圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 36 天線電路圖 蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器報(bào)警提示 1）蜂鳴器的原理圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 圖 37 蜂鳴器原理圖 2）工作原理 蜂鳴器的正極接到 VCC（＋ 5V）電源上 面，蜂鳴器的負(fù)極接到 三極管 上，單片機(jī)的 ，當(dāng) 電平 時(shí)，三極管截止，電流 將無法流過 線圈 ，自然就不能讓蜂鳴器發(fā)聲；當(dāng) 輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣電流流過蜂鳴器形成回路，從而使蜂鳴器發(fā)出聲響。因此，我們可以通過設(shè)計(jì)程序來控制單片機(jī)的 。 3）功能說明 （ 1）刷卡時(shí)蜂鳴器響一聲，說明讀到用戶卡。 （ 2）刷卡時(shí)蜂鳴器響三聲，說明讀到的卡失敗。 （ 3）連續(xù)三次刷卡失敗，蜂鳴 器連續(xù)聲響，發(fā)出報(bào)警。 顯示屏 本設(shè)計(jì)采用 1602 顯示屏顯示，通過程序設(shè)計(jì)讓顯示屏提示進(jìn)入時(shí)進(jìn)行刷卡，青島理工