【正文】 摘要隨著目前各公司對安全要求的提高，管理水平的不斷提升，公司需要加強對進出人員的管理，門禁被許多公司采用。但大多使用的都是單門禁，對于有很多出入通道的公司顯然不適用，既不能做到統(tǒng)一管理也缺少了統(tǒng)計、查詢和考勤等附加功能，與此同時目前市面上的智能門禁系統(tǒng)多是基于有線通信的方式實現(xiàn)的，具有布線復雜、成本高、定型后不利于重新布線、擴展等諸多缺陷。無線通信方式則克服了有線通信的很多不利因素，因此基于無線通信方式的門禁系統(tǒng)是未來門禁系統(tǒng)的方展方向，本課題設計的就是基于單片機的無線通信聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)。本文通過對國內外門禁系統(tǒng)技術發(fā)展動態(tài)以及技術難點的研究，首先提出一套適合寫字樓安全管理的基于單片機的聯(lián)網(wǎng)式門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)基于無線通信模式，采用基于RF射頻模塊的無線傳輸平臺作為系統(tǒng)的無線傳輸方式。硬件設計方面，系統(tǒng)采用的是簡單實用的直線型網(wǎng)絡結構，無線信號的收發(fā)核心模塊選用的是選擇性價比高、集成度高的RF射頻模塊RFM12。軟件設計中，用C語言編寫單片機主要子程序易讀性高，擴展性好。通過Visual Basic建立合理人性化的人機界面，方面管理者使用。該門禁系統(tǒng)性能價格比高，解決了寫字樓管全管理門禁系統(tǒng)采用有線通信方式所存在的難以擴展、難以升級等問題。關鍵詞：門禁系統(tǒng)，無線通信，非接觸式IC卡目錄1緒論 1 1 門禁系統(tǒng)的發(fā)展過程及國內外現(xiàn)狀分析 12 門禁的方案設計 4 門禁的系統(tǒng)組成 4 5 系統(tǒng)的軟件設計 63硬件設計 7 電源設計 7 門禁控制器 7 9 11 RS232 轉化電路 12 13 134 軟件設計 17 主控設備的軟件設計 17 無線傳輸模塊的軟件設計 30 管理軟件設計 425總結 48參考文獻 49致謝 501緒論隨著科學技術的不斷發(fā)展，門禁系統(tǒng)在國內得到廣泛的普及。作為智能弱電系統(tǒng)中的一種安防系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)集自動識別技術和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉及光電，電子，機械，計算機，通訊，生物技術等諸多新技術，體現(xiàn)了現(xiàn)代智能化管理的要求[1]。實際上，門禁系統(tǒng)就是在建筑物內外的出入口通過持有非接觸式卡片來對人（或物）的進出實施放行，拒絕，記錄等操作的智能化管理系統(tǒng)，為大門門禁控制，考勤管理，智能樓宇系統(tǒng)，高安全性出入口管理等安全，方便的實施出入控制。門禁控制系統(tǒng)有時也稱為出入監(jiān)督智能系統(tǒng)，其功能是有效地管理門的開啟與關閉，保證授權出入門人員的自由出入，限制未授權人員的進入，對暴力強行入門行為，予以報警。同時可對出入人員分類管理，對出入?yún)^(qū)域分類管制，對出入人員代碼，出入時間，出入號碼進行登錄與存儲[2]。電子門鎖是近幾年隨著電子計算機技術，尤其是智能IC卡應用技術的提高發(fā)展起來的，隨之而產生的接觸式智能IC卡和密碼鍵盤門禁系統(tǒng)也越來越被人們重視和使用。電子計算機作為系統(tǒng)管理主機，通過聯(lián)接系統(tǒng)的各個讀卡器(即開門控制器)管理門鎖。智能IC卡具有存儲運算功能，經初始化和授權后成為控制門鎖開和關的特殊鑰匙，從而便構成一個現(xiàn)代化的門禁系統(tǒng)。從上面的描述，我們可以看到門禁系統(tǒng)發(fā)展完善的過程是現(xiàn)代科技與人類文明相結合而逐步完善的過程。門禁系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能和方便、安全的操作為人類社會生產力的發(fā)展做出了重要的貢獻。但是目前的智能門禁系統(tǒng)大多數(shù)是基于有線通信的方式來實現(xiàn)的。眾所周知，有線通信具有安全、穩(wěn)定性好、易于實現(xiàn)等優(yōu)點；但同時有線通信方式具有初裝費用高、施工時間長、無法移動、變更余地小、維護費用高、覆蓋面積小、擴展困難等缺陷。隨著通信技術的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡進入了一個新的天地。功能強、容易安裝、組網(wǎng)靈活、即插即用的網(wǎng)絡連接、可移動性強等優(yōu)點，使得無線網(wǎng)絡提供了不受限制的應用。網(wǎng)絡管理人員可以迅速而容易地將其加入到現(xiàn)有網(wǎng)絡中運行。隨著無線數(shù)據(jù)通信逐漸成為一種越來越重要的通信方式，人們設計出一種更安全有效、方便智能的門禁系統(tǒng)——無線門禁系統(tǒng)。本課題針對人們對智能安防系統(tǒng)日益增長的追求，提出一套基于無線傳輸方式的門禁系統(tǒng)。 門禁系統(tǒng)的發(fā)展過程及國內外現(xiàn)狀分析門禁系統(tǒng)是在傳統(tǒng)門鎖的基礎上發(fā)展而來的，后者是機械裝置，在人出入很多的地方，例如辦公室，酒店等鑰匙的管理造成不便。隨著電子技術的發(fā)展，這一問題得到了解決，出現(xiàn)了電子磁卡鎖，電子密碼鎖等電子門禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)提高了人們對出入口的管理程度。又隨著電子芯片的高度集成化和生物識別技術的發(fā)展，智能門禁系統(tǒng)得以出現(xiàn)。以下是門禁系統(tǒng)的發(fā)展過程[3]：第一代門禁：鍵盤輸入密碼方式——會有因忘記密碼而被拒之門外。第二代門禁：接觸卡式門禁系統(tǒng)，例如：(1)磁碼卡，是把瓷質貼在朔料卡片上制成。磁卡可改寫，應用方便。缺點是易消磁，易磨損。(2)鐵碼卡，是用特殊的金屬線排列編碼，采用金屬磁燒的原理制成，不易被復制。第三代門禁：非接觸式IC卡門禁卡片采用了先進半導體制造技術和信息安全技術，利用電子回路及感應線圈在讀卡器本身產生特殊震蕩頻率，當卡片進入讀卡器能量范圍時產生共振，感應電流使電子回路發(fā)射信號到讀卡器，經讀卡器將收到信號轉換成卡片資料，送到控制器進行判斷、決策。第四代門禁：生物辨識門禁系統(tǒng)它包括指紋機，掌紋機，視網(wǎng)膜辨別機和聲音識別及人臉識別裝置。目前指紋識別門禁系統(tǒng)應用最為廣泛。IC卡是由一個或多個集成電路芯片組成，并封裝成人們攜帶的卡片。世界上第一張IC卡誕生于1974年一位名叫羅蘭莫雷諾（Roland Moreno）的法國工程師手中[6]。隨著集成電路技術的發(fā)展，芯片的集成度、容量、安全性都得到了很大的提高，尤其是EEPROM技術的成熟，使得IC卡的生產、應用成為現(xiàn)實。IC卡按使用方法和信息交換方式又可分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡（射頻卡）。接觸式IC卡是通過物理接觸方式，將卡插入卡座后，與外界交換信息，所用集成電路芯片露在塑料卡外面的一面是一塊含有電路腳的接觸片，大部分都鍍金[9]。非接觸式IC卡是通過電磁波與外界交換信息，帶有射頻收發(fā)及相關電路的芯片與環(huán)形天線全部埋在塑料基片中，在進行讀寫時，讀寫設備向射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內與讀寫設備發(fā)射頻率相同的LC串聯(lián)諧振電路，在電磁波的激勵下產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內貯存，當所積累的電荷達到2V時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，從而完成將卡內數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫設備的數(shù)據(jù)[4]。本課題選擇非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)的設計，是因為與接觸式IC卡相比較，非接觸（感應）式IC卡具有以下優(yōu)點：(1)操作方便、快捷 由于采用非接觸無線通訊，讀寫器對在感應范圍內的卡就可以進行操作，免去了插拔卡，所以非常方便用戶使用(2) 抗干擾性高 非接觸式IC卡中有快速防沖突機制，能有效防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，在多卡同時進入讀寫范圍內時，讀寫設備可一一對卡進行處理。(3) 可靠性高 非接觸式IC卡與讀寫器之間沒有機械接觸，這就從根本上消除了由于接觸讀寫而產生的各種故障.(4) 高安全性 非接觸式卡的序列號是唯一的，制造商在產品出廠前已將此序列號固化在芯片中，不可以更改；非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向互認驗證機制，即讀寫器要驗證IC卡的合法性，IC卡也要驗證讀寫器的合法性。(5)適合于多種應用 非接觸式IC卡的存貯結構特點使其可以做到一卡多用，能應用于不同的場合或系統(tǒng)，例如，企業(yè)或機關內部員工“一卡通”，可用作考勤、食堂就餐、電話管理、停車場、門禁等；校園“一卡通”，可用作學生證、借書證、消費卡、門禁“銅匙”等，此時用戶可根據(jù)不同的應用設置不同的密碼和訪問條件。 (6) 適應于多種要求 非接觸式IC卡系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境與應用對象的不同而做到作用距離不同，如用于高速公路或一般路、橋收費，—20m的系統(tǒng)，如用于電子錢包或公交收費，可選用作用距離僅幾厘米的系統(tǒng)。系統(tǒng)配置相當靈活多樣。正是由于非接觸式IC卡的上述特點，使它在某些領域具有接觸式IC卡無法比擬的優(yōu)越性，被廣泛應用于電子錢包、鐵路、地鐵、公交、輪渡、高速公路、一般路橋收費、食堂售飯收費、門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、身份證等領域。特別是在地鐵、公交、路橋、輪渡等收費應用中，近期將占到整個卡應用的50%以上[5]。2008年的北京奧運會和2010年的上海世博會將是中國安防市場的最大商機，而中國持續(xù)不斷的建設高潮也為安防市場的穩(wěn)定發(fā)展提供了堅實的基礎。綜上所述，門禁系統(tǒng)作為安防設備的重要組成部分之一，在國內外都具有十分美好的市場前景。縱觀國內外，門禁市場的發(fā)展情況大不相同。目前歐美門禁系統(tǒng)市場正逐漸進入成熟階段，其產業(yè)的分工已進人細分階段，生產卡、讀卡器的廠家單單生產卡、讀卡器，如美國的HID公司、h1dala公司、德國的Destele公司。生產控制器的公司單單研究生產控制器和軟件。如美國的Northern Computer公司、CSI公司。隨著其產業(yè)化的形成，各大專業(yè)公司由于其財力的雄厚、技術的先進、市場的先導以及專業(yè)人員的積累，壟斷勢頭不斷呈現(xiàn)出來。同時大公司之間的相互競爭使得產品利潤率不斷下降，產品價格大幅降低，相對于歐美的收入，5000美元左右的門禁系統(tǒng)可廣泛運用于市場。至近幾年，歐美各大企業(yè)也開始投入到無線門禁系統(tǒng)的設計、生產中來。在亞洲和中國，隨著人們對門禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門禁系統(tǒng)的應用范圍也越來越廣泛。近年來，國內的門禁系統(tǒng)市場迅速增長，人們對門禁系統(tǒng)的應用日益廣泛，應用于智能大廈或智能社區(qū)的門禁控制、考勤管理、安防報警等諸多場合，涌現(xiàn)出許多生產門禁、安防系統(tǒng)的公司，如藍泰、創(chuàng)一公司等。與此同時，國內市場上也出現(xiàn)了許多系統(tǒng)聯(lián)動控制的新型門禁控制系統(tǒng)，例如藍泰公司近期推出的開放式門禁控制系統(tǒng)，能夠管理大型會議以及公共場所的入口、通道；創(chuàng)一公司的第四代感應卡考勤門禁管理系統(tǒng)的功能強大、運行穩(wěn)定，能夠支持智能排班功能，存儲量大、操作簡單，也是目前比較流行的門禁系統(tǒng)之一。由于中國的門禁系統(tǒng)起步較晚，在技術、設計等領域，可向國外一些較成熟的經驗、技術借鑒與參考，因而大大加速中國門禁系統(tǒng)的發(fā)展[6]。2 門禁的方案設計隨著社會經濟的發(fā)展，公司對安全性的要求越來越高，原來的簡單的門鎖早已不能滿足他們對人員安全管理的需求。特別是現(xiàn)在很多大城市里，一棟寫字樓里云集著很多家公司，如果要確保每個公司的安全就需要非常完善的門禁管理系統(tǒng)。目前市場上大多數(shù)的門禁系統(tǒng)均采用有線的方式來實現(xiàn)，雖然其具有傳輸容量大、可靠性高等的優(yōu)點，但是有線系統(tǒng)也有其不可避免的缺點：靈活性差、安裝成本高，施工難度大等。采用無線的傳輸方式，能夠克服上述缺陷。因此，無線化是現(xiàn)有電子產品的發(fā)展趨勢無線門禁系統(tǒng)將成為未來門禁系統(tǒng)發(fā)展的重要方向[7]。本課題設計的就是基于非接觸IC卡的無線通信聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)。該設計主要具有以下特點：1． 可以樹立公司，大廈或者寫字樓等公共場所規(guī)范化管理形象，提高管理檔次，同時規(guī)范化內部的管理體制。2． 一張非接觸式IC卡可以代替所有的大門鑰匙，且具有不同的通過權限，授權持卡進入其職責范圍內可以進入的門。所有的進出情況在電腦里都有記錄，便于針對具體事情的發(fā)生時間進行查詢，落實責任。3． 可以將不受歡迎的人員拒之門外，例如可以杜絕傳銷，保險等行業(yè)的業(yè)務員在未經許可的情況下產自闖入您的辦公室，干擾您正常的辦公秩序。同行的競爭者不會輕易地進入您的辦公或開發(fā)場所順手拿走您的業(yè)務資料或者核心技術資料。4． 如果員工的感應卡丟失可以在系統(tǒng)內及時掛失，這樣即使其他人撿到了該感應卡也無法進入公司。對于離職、離開的人員該卡采用禁用的模式，該員工以后都無法進入公司進行破壞等報復活動。5． 基于Windows的全中文操作系統(tǒng)，界面友好，操作方便簡單。普通員工經過培訓就可以勝任相應管理軟件操作。6．系統(tǒng)采用無線通信方式，擴展性好，便于升級或者增加新的門禁。 門禁的系統(tǒng)組成門禁控制系統(tǒng)是由上位機，門禁主控設備、無線傳輸平臺、讀卡器、電控鎖、ACDC電源、卡片、管理軟件等幾個重要部分組成的。門禁系統(tǒng)組成如圖21所示圖21 門禁系統(tǒng)的組成門禁系統(tǒng)的硬件組成主要由基于ATmega16單片機的門禁控制器，鎖系統(tǒng)，讀卡器，非接觸式IC卡，RF射頻無線傳輸設備，電源以及其他周邊設備組成。門禁控制器：是門禁系統(tǒng)的核心部分，負責整個系統(tǒng)的輸入、輸出信息的處理、存儲和控制等。它驗證門禁讀卡器輸入信息的可靠性，并根據(jù)出入規(guī)則判斷其有效性，如若有效則對執(zhí)行部件發(fā)出動作信號。門禁控制器性能的好壞直接影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定，而系統(tǒng)的穩(wěn)定定性直接影響著客戶的生命和財產安全[8]?？ㄆ洪T禁系統(tǒng)的開門電子鑰匙?，F(xiàn)在通常采用非接觸IC卡，因為其操作時無需接觸，不會磨損，芯片封裝在卡片內，不會被腐蝕，所以經久耐用，能使用十年以上。讀卡器：與非接觸IC卡進行數(shù)據(jù)交換的控制部分。帶無線電發(fā)射天線，當有非接觸IC卡接近時，能給非接觸IC卡提供能量，獲取非接觸IC返回的數(shù)據(jù)。讀卡器分析確認卡的有效性后，將結果傳送至控制器[9]。電控鎖:門禁系統(tǒng)的執(zhí)行部件，電控鎖通常在斷電時呈開門狀態(tài)，以符合消防要求。RF射頻傳輸設備:門禁系統(tǒng)的無線傳輸平臺。它使用RF射頻微波作為無線傳輸?shù)妮d體，實現(xiàn)單片機與PC機的通訊。電源：提供整個門禁系統(tǒng)的供電，是系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，下一章將對電源做詳細介紹。周邊設備：門禁系統(tǒng)的外圍輔助設備，周邊設備包括警示報警裝置、LCD輸出設備等。以上對系統(tǒng)的各部分分別進行說明，實際應用中，各個硬件功能模塊是緊密地結合為一個有機整體共同協(xié)作的。圖22是門禁系統(tǒng)的硬件構成的結構框圖 ATmega16單片機電源開鎖控制信號鎖系統(tǒng)LCD輸出無線發(fā)射信號輸入無線傳輸平臺反饋信號輸出無線傳輸平臺讀卡模塊串口通信信號圖22系統(tǒng)的硬件構成框圖 系統(tǒng)的軟件設計該系統(tǒng)的軟件設計分為硬件組成中各主要模塊的程序設計和PC機的管理軟件的設計。各主要模塊的程序設計主要包括基于ATmega16單片機的主控設備的程序設計，基于RFM12無線通信模塊的程序設計以及讀卡模塊的程序設計