【正文】 摘要本科畢業(yè)論文CDIO空間門禁系統(tǒng)開發(fā)摘要本論文主要研究了本校CDIO門禁系統(tǒng)中的應用。射頻識別是一種通信技術(shù)，該技術(shù)可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。論文課題在分析當前射頻智能卡及其讀卡器研發(fā)現(xiàn)狀的基礎上，運用C8051F340和MFRC522組成射頻讀卡系統(tǒng), 并通過上位機來實現(xiàn)IC卡授權(quán)的管理。論文主要內(nèi)容與成果概括如下。(1) 分析和總結(jié)了 RFID 技術(shù)方面的文獻資料，并在分析 RFID 技術(shù)的要點及其在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，對系統(tǒng)總體進行了設計。(2) 設計和制作了基于 C8051F340 的射頻讀卡硬件系統(tǒng)，包括 C8051F340 及MFRC522 外圍電路的設計以及在此基礎上的 PCB 布板的設計。(3) 在硬件設計的基礎上，完成了系統(tǒng)軟件程序的設計。主要包括上位機程序的設計與實現(xiàn)。關(guān)鍵詞: 射頻識別，C8051F340，MFRC522，上位機IIAbstractAbstract This paper mainly studies the application of CDIO entrance guard system. RFID is a kind of munication technology, the technology can be through the radio signals identify specific target and reading and writing data. Paper topic in the analysis of the current RF smart CARDS and reading and card reader based on the status quo of research and development, the use of C8051F340 and MFRC522 RF reading card system, And through the PC to realize the IC card authorization management. Paper main content and achievements summed up as follows.(1) This paper analyzes and summarizes the literature of RFID technology, the overall system is designed based on the analyzing main points of RFID technology and the development status at home and abroad.(2) It designs and makes the hardware system of the C8051F301based RF reader including the C8051F340 and MFRC522 peripheral circuit design .On this basis, it also designs the PCB layout.(3) On the basis of the hardware design, it pletes system software design including system firmware, host puter program design and implementation. Key words: RFID, C8051F340, MFRC522，upper puter目錄目錄 1 1 IC卡簡介 2 3 5 系統(tǒng)設計方案 7 8 8 9 9 9 MFRC522 結(jié)構(gòu)框圖 10 MFRC522 電路連接 11 RC522主要燒錄程序 12 12 C8051F340 芯片介紹 12 C8051F340電路連接 15 C8051F340控制程序 16 PCB電路板設計 17 C8051F340和RC522的控制芯片PCB設計 17 213系統(tǒng)軟件設計 22 22 22 22 24 24 24 24 25 25 上位機軟件具體設計與實現(xiàn) 26 26 27 29 29 30 30 33 33 345系統(tǒng)測試 35 36 36 展望 36致 謝 38參考文獻 39河北工程大學畢業(yè)設計說明書38 目前，門禁系統(tǒng)己成為安全防范系統(tǒng)中極其重要的一部分，在一些發(fā)達國家中，門禁系統(tǒng)之所以能在眾多安防產(chǎn)品中脫穎而出，根本原因是因為其改變了以往安防產(chǎn)品如閉路監(jiān)控，防盜報警等被動的安防方式，以主動地控制替代了被動監(jiān)視的方式，通過對主要通道的控制大大地防止了罪犯從正常通道的侵入，并且可以在罪案發(fā)生時通過對通道門的控制限制罪犯的活動范圍制止犯罪或減少損失。 近年來，門禁系統(tǒng)由于其自身的優(yōu)勢，已在國內(nèi)悄然興起，包括郵電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，銀行系統(tǒng)，住宅小區(qū)，度假村等各種類型的場所都有使用門禁系統(tǒng)的范例，通過這套系統(tǒng)的使用極大地提高了管理者的工作效率和管理區(qū)域內(nèi)的安全程度。同時，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，社會經(jīng)濟的日新月異，IC（集成電路)智能卡也正在并融入當今信息技術(shù)的主流。它以其高度的信息集成，高度的安全性逐漸代替磁片而廣泛應用在許多領域中，如電子交易，公共交通行業(yè)，電話通信，身份識別以及有出入權(quán)限控制的門禁系統(tǒng)等等，從而使人們的日常生活變得更為便捷、高效。非接觸式(射頻)IC卡由IC芯片、感應天線組成，并完全封裝在一種標準的塑料卡片中，無外露部分，讀寫操作通過無線電波來完成，具有磁卡和接觸式IC片不可比擬的優(yōu)點，因此它一經(jīng)產(chǎn)生就以驚人的速度得到了推廣應用。在本文所介紹的基于MFRC522射頻門禁系統(tǒng)中，持卡人只需將卡片放在讀卡器的有效距離內(nèi)，即完成開門過程。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市面貌發(fā)生了巨大的變化，高樓大廈拔地而起，隨之也產(chǎn)生了不少安全隱患，利用高科技手段犯罪的行為日益增多。怎樣才能使人們的安全防范措施跟得上科技的發(fā)展，并且更有效的阻止犯罪行為呢? 僅僅靠傳統(tǒng)的門鎖和防盜門是遠遠不夠的?！爸悄荛T禁系統(tǒng)”應運而生，它的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的由人來看門的方式—白天有人站崗守門，晚上鐵鎖防護，而是僅用手中薄薄的一張卡片在讀卡器有效距離內(nèi)，大門就可自動開啟，既方便又快捷。智能門禁系統(tǒng)置身于現(xiàn)代化大廈和生活小區(qū)內(nèi)，給都市生活增添了風采。門禁系統(tǒng)是對出入口通道進行管理的系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)的門鎖基礎上發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的機械門鎖僅僅是單純的機械裝置，無論結(jié)構(gòu)設計多么合理，材料多么堅固，人們總能通過各種手段把它打開。在出入人口很多的通道(象辦公室、酒店客房)，鑰匙的管理很麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。為了解決這些問題，就出現(xiàn)了電子磁卡鎖和電子密碼鎖。這兩種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度，使通道管理進入了電子時代，但隨著這兩種電子鎖的不斷應用，它們本身的缺陷就逐漸暴露。磁卡鎖的問題是信息容易復制，卡片與讀卡機具之間磨損大，故障率高，安全系數(shù)低。密碼鎖的問題是密碼容易泄露，又無從查起，安全系數(shù)很低。這個時期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當時的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應用也不廣泛。近幾年，非接觸式CI卡在門禁市場上意氣風發(fā)，由于它可以防水防污、防塵和潮濕等惡劣環(huán)境，而其免刷卡動作，感應速度快，除了方便外，更可避免卡與讀寫器之間的摩擦，降低機器故障率及器材損耗，且感應式讀卡系統(tǒng)具備隔墻感應的特性，可兼顧隱密性與裝潢設計之美觀。再者，由于非接觸IC卡的大容量讀寫存儲特性，使感應卡門禁與考勤、計費、停車場等功能相結(jié)合，提升了系統(tǒng)性能及潛在價值。因此，專家認為，非接觸式CI卡系統(tǒng)是門禁市場的主流方向。 IC卡簡介 IC卡，又稱“集成電路卡”、“智能卡”， 有些國家和地區(qū)也稱智能卡(smart card)、智慧卡(intelligent card)、微電路卡(microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO 7816標準的卡基中，做成卡片形式。 IC卡讀寫器是IC卡與應用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國際標準中稱之為接口設備IFD(Interface Device)。IFD內(nèi)CPU通過一個接口電路與IC卡相連并進行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實際應用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀寫芯片。非接觸式IC卡又稱射頻卡。芯片一般是不易揮發(fā)性存儲器(ROM、EPRMO、EEPROM)，保護邏輯電路，甚至于CPU(中央處理單元)。IC卡的概念是20世紀70年代初提出來的，1976年法國BULL公司和Motorola公司合作生產(chǎn)了世界上第一張過渡型IC卡產(chǎn)品，并將這項技術(shù)應用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個行業(yè)。它將微電子技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。IC卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的能力，IC卡存儲器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取，或供內(nèi)部信息處理和判定之用?？▋?nèi)存儲有唯一的發(fā)行人和持卡人的識別標志，用以唯一的確定卡的身份。IC卡的應用領域可以說非常廣泛，它除了覆蓋傳統(tǒng)磁卡的全部應用領域外，還擴展了許多磁卡所不能勝任的領域，這很大程度上歸功于IC卡的大容量的數(shù)據(jù)存儲能力與強有力的安全特性。IC卡的應用可分為金融系統(tǒng)應用和非金融系統(tǒng)應用，在某些場合這兩種應用又有著緊密的聯(lián)系。在金融領域中IC卡可作為信用卡、現(xiàn)金卡、證券卡或電子資金轉(zhuǎn)帳卡等。在非金融領域中，如IC卡預收費系統(tǒng)、IC卡門禁、IC卡考勤系統(tǒng)、公交一卡通系統(tǒng)等。IC卡工作的基本原理是：射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電池波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)以及信息安全技術(shù)等的發(fā)展，IC卡逐漸形成了各種類別、不同工作方式的產(chǎn)品系列的家族。根據(jù)鑲嵌的芯片不同，可將IC卡劃分為:存儲卡、邏輯加密卡、CPU卡和超級智能卡。根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)交換的界面不同，可將IC卡劃分為:接觸式IC卡、非接觸式IC卡和雙界面卡。根據(jù)卡與外界進行交換時的數(shù)據(jù)傳輸方式，可將IC卡劃分為:串行IC卡、并行IC卡:根據(jù)卡的應用領域不同，可將IC卡劃分為:金融卡和非金融卡。 射頻識別技術(shù)起源于80年代中期，與條碼、磁條等同期或早期識別技術(shù)相比，射頻識別技術(shù)具有無接觸、工作距離大、精度高、信息收集處理快捷及較好的應用環(huán)境適應性等一系列優(yōu)點，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展。目前，射頻識別技術(shù)廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。據(jù)有關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷售量，1993年為990萬套，1994年就猛增到2030萬套，到1997年有關(guān)產(chǎn)品的銷量為9810萬套。世界范圍內(nèi)射頻產(chǎn)品的銷售額，1989年為8050萬美元，1992年為14120萬美元，1997年為43250萬美元，1999年則為68500萬美元，%。一個典型的射頻識別系統(tǒng)由兩部分組成，一是尋呼器，另一個是被稱為射頻識別標志的應答器。其中尋呼器的主要組成部分是無線收發(fā)機，在應答器內(nèi)裝有感應線圈(天線)及有關(guān)應用標識信息的存儲器，其工作過程為:(1)尋呼器發(fā)射無線激勵信號及有關(guān)詢問信號。(2)應答器進入尋呼器工作區(qū)域內(nèi)，被尋呼器信號激勵并發(fā)射應答信息。(3)尋呼器接收應答器的應答信息，進行進一步處理?；诓煌瑧茫瑢鹌鞯捏w積、性能等的要求各不相同，所以應答器是射頻標識技術(shù)的關(guān)鍵。應答器的主要組成、功能及其應用特點如下:(l)具有信息存儲、處理能力。(2)可接收、發(fā)射無線信號，外圍部件少，功耗低，能在低電壓下工作。(3)依據(jù)不同需要具有天線、射頻/微波探測器、調(diào)制器、解調(diào)器、控制邏輯及存儲器等部件:(4)有的應答器具有電池或外接電源，有的應答器甚至省去了電源，而由尋呼器通過無線方式對其供電。(5)體積小巧、結(jié)構(gòu)多樣(有圓形、方形等)，適合不同應用等等。(6)多種工作距離。其中，無內(nèi)部電源的應答器在射頻卡上應用較多。目前，國際上有多家廠商致力于射頻識別技術(shù)的研究及市場開發(fā)，其中較為著名的如美國德州儀器公司(TI)、荷蘭飛利浦公司(Phi1iPs)等?，F(xiàn)以美國TI公司生產(chǎn)的一種無內(nèi)部電源應答器為例說明其工作原理，此種應答器主要由一個ADS集成電路、一根天線及2個片狀電容組成。系統(tǒng)工作時的具體過程為:(1)應答器進入尋呼器工作區(qū)域后，接收到尋呼器發(fā)射的脈沖信號。(2)此信號經(jīng)橋式整流之后對電容器進行充電，穩(wěn)壓器使電容器兩端的電壓維持在2V左右，以便給集成電路提供工作電壓。(3)CMOS集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路對接收到的脈沖信號進行解碼。(4)根據(jù)解碼信息判斷尋呼器的命令要求，若僅僅是讀取信息則控制邏輯電路從存儲器中讀取有關(guān)信息。若是修改信息則有關(guān)控制邏輯啟動內(nèi)部電壓泵將2V工作電壓提升到15V，以便對存儲器(EEPROM)中內(nèi)容進行重新寫入編程。(5)當電容放電時，發(fā)射電路就將從存儲器