【正文】 類型 ： ?理論研究 ?實(shí)驗(yàn)研究 ?工程設(shè)計(jì) ?工程技術(shù)研究 ?軟件開(kāi)發(fā) 20xx年 5 月 21 日 摘 要 本論文介紹了一種基于非接觸式 IC 卡的門禁管理系統(tǒng)，非接觸式 IC 卡是 IC 卡領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)，它是射頻識(shí)別技術(shù)和 IC 卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于非接觸式 IC 卡具有操作快捷、 防碰撞能力強(qiáng)、工作距離遠(yuǎn)、安全性高、便于 “一卡多用 ”等特點(diǎn)，在身份識(shí)別、自動(dòng)收費(fèi)和電子錢包等領(lǐng)域具有接觸式 IC 卡所無(wú)法比擬的優(yōu)越性，具有廣闊的市場(chǎng)前景。在此基礎(chǔ)上，論文 詳細(xì)地闡述了非接觸式 IC 卡 門禁系統(tǒng)的 硬件和軟件設(shè)計(jì)，讀卡器的硬件設(shè)計(jì)包括蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路、RS232 通信電路、 TX522 讀卡模塊；軟件設(shè) 計(jì)包括讀卡器 和 外圍 電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)三個(gè)部分 ，并 介紹了上位機(jī) 界面 設(shè)計(jì)。目前智能門禁管理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工廠、學(xué)校、寫字樓宇、物業(yè)小區(qū)、商店、金融系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、賓館等多種場(chǎng)合，大大提高了整體的工作效率及系統(tǒng)安全管理需求。系統(tǒng)根據(jù)該卡的卡號(hào)和當(dāng)前時(shí)間等信息，判斷該卡持有人是否可以進(jìn)出，如果可以，則系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)門，否則，不開(kāi)門。 門禁系統(tǒng)是一套現(xiàn)代化的、功能齊全的門禁系統(tǒng) ,不止是作為進(jìn)出口管理使用，而且還有助于內(nèi)部的有序化管理。 經(jīng)過(guò)軟件編程以及串口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)了門禁系統(tǒng)的各種功能。適用各種機(jī)要部門，如銀行、賓館、機(jī)房、辦公大樓、智能化小區(qū)、工廠、軍械庫(kù)、機(jī)要室等。當(dāng)要開(kāi)門時(shí)，只要將 Ic卡在讀卡器前一劃，讀寫器就會(huì)識(shí)別出該卡是否對(duì)應(yīng)此門，當(dāng)密碼正確則打開(kāi)門，并自動(dòng)準(zhǔn)確記錄下卡號(hào)和開(kāi)門時(shí)間等信息。這給廣大的中國(guó)用戶帶來(lái)諸多不便；第四是國(guó)外品牌的產(chǎn)品為了其廠家的商業(yè)利益，對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了大量的加密措施，在硬件上采用專用大規(guī)模集成器件，在軟件上使用軟件狗，即使用戶發(fā)現(xiàn)某一方面不合適，也束手無(wú)策。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，各大專業(yè)公司由于其財(cái)力的雄厚、技術(shù)的先進(jìn)、市場(chǎng)的先導(dǎo)以及專業(yè)人員的積累，壟斷勢(shì)頭不斷呈現(xiàn)出來(lái)。非接觸式 Ic卡和讀卡器的關(guān)鍵技術(shù)掌握在歐美國(guó)家和部分亞洲國(guó)家中，但真正形成大批量生產(chǎn)的廠家只有美國(guó)：德國(guó)、英國(guó)次之：日本、臺(tái)灣、新加坡處于同一檔次。最近又推出一種新型 Mifare卡，即 Mifare ultralight非接觸式 Ic卡，簡(jiǎn)稱為 MFO IC U1，有 512字節(jié) EEPROM，專用于車票系統(tǒng)， MFO卡最大的特點(diǎn)是交易時(shí)問(wèn)只有 31． 4ms，比其它 Mifare卡要短得多。至今，已經(jīng)擁有了許多系列的智能卡集成電路、讀卡機(jī)集成電路。它的實(shí)施，推動(dòng)了金融電子化、商業(yè)和流通領(lǐng)域電子化的步代，使我國(guó)銀行業(yè)務(wù)得到迅速發(fā)展，并逐漸在電信、公安、石油、海關(guān)、工商管理、稅收征管、衛(wèi)生醫(yī)療、交通管理、公共事業(yè)、社會(huì)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁(yè) 共 54 頁(yè) 保障等各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并帶動(dòng) 了讀寫機(jī)器和各類應(yīng)用產(chǎn)品及系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，初步形成了從芯片設(shè)計(jì)、 COS開(kāi)發(fā)、模塊生產(chǎn)、制卡、讀寫機(jī)具及應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的完整體系。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)的門禁控制系統(tǒng)，能對(duì)出入人員實(shí)現(xiàn)有效的控制，可以設(shè)定使用的 IC 卡，只有設(shè)定的 IC卡才能打開(kāi)門 , 并記錄卡號(hào)和時(shí)間，同時(shí)把紀(jì)錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，以供管理員查詢。 讀卡模塊是智能門禁系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)讀卡、與 PC機(jī)通信、向控制器發(fā)送控制信號(hào)等工作。主要涉及到單片機(jī)控制和串口通信協(xié)議。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。 （ 2）、可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定門禁系統(tǒng)參數(shù)。 非接觸 IC卡 可用以存儲(chǔ)數(shù)字、字母編碼信息，具有智能讀寫和加密通信的功能，卡中存儲(chǔ)需要識(shí)別、交互的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)寫入、更改或擦除。 方案的確定 本系統(tǒng)使用 AT89S51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制， 1602 顯示模塊來(lái)顯示時(shí)間，蜂鳴器模塊作為報(bào)警模塊， RS232 模塊作串口通信與上位機(jī)進(jìn)行通信。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè) 門禁機(jī)模塊設(shè)計(jì) （ 1） 非接觸式 IC 卡讀寫頭部分 讀頭部分采用非接觸 TX522 讀寫模塊，由讀卡器讀入數(shù)據(jù)并加以保存，讀寫頭的讀寫距離在 010 厘米左右。采集下位機(jī)的數(shù)據(jù)并保存，然后管理采集到的數(shù)據(jù)。 通過(guò) AT89S51 對(duì) TX522 模塊的控制達(dá)到對(duì)卡的讀寫。選取了 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S51單片機(jī)作為讀卡器的 控制 模塊。 其主要特性： （ 1） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 （ 2） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè) 共 54 頁(yè) （ 3） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 （ 4） 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz （ 5） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 （ 6） 128*8 位內(nèi)部 RAM （ 7） 32 可編程 I/O 線 （ 8） 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 9） 5 個(gè)中斷源 （ 10）可編程串行通道 （ 11）低功耗的閑置和掉電模式 （ 12）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖 AT89S51 單片機(jī)引腳圖 由上圖可知 AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括有 ALU部件、定時(shí)和控制部件、并行 I／ O接口、串行 I／ O接口、定時(shí)器部件、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等七個(gè)部分。 （ 1） 、時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳 1XTAL ，輸出端為引腳2XTAL 。 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效。為桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) 此，選用了具有有良好的顯示界面的 1602 液晶顯示器。芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變 換器可把輸入的 +5V電源電壓變換為 RS232輸出電平所需的 177。 MAX232的電路連接如圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 MAX232 電路連接圖 射 頻模塊設(shè)計(jì) TX522B 是一個(gè)簡(jiǎn)單的串行讀寫模塊，用于與常用的微處理器 。一個(gè)控制系統(tǒng)性能的好壞除了跟硬件設(shè)計(jì)有關(guān)外，更重要的是系統(tǒng)軟件。第一條和第二條指令為顯示狀態(tài)設(shè)置類；其余指令為數(shù)據(jù)讀 /寫操作指令，見(jiàn)表 表 HD61202U 的指令一覽表 指令名稱 控制信號(hào) 控制代碼 D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D 顯示起始行設(shè)置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0 頁(yè)面地址設(shè)置 0 0 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 列地址設(shè)置 0 0 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0 讀取狀態(tài)字 0 1 BUSY 0 on/off reset 0 0 0 0 寫顯示數(shù)據(jù) 1 0 數(shù)據(jù) 讀顯示數(shù)據(jù) 1 1 數(shù)據(jù) 下面是各個(gè)指令的功能： （ 1） 讀狀態(tài)字（ Status Read） BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0 狀態(tài)字是計(jì)算機(jī)了解 HD61202U 當(dāng)前狀態(tài)，或是 HD61202U 向計(jì)算機(jī)提供其內(nèi)部狀態(tài)的唯一信息渠道。 BUSY=0 表示 HD61202U 接口控制電路已處于 ”準(zhǔn)備好 ”狀態(tài)，等待計(jì)算機(jī)的訪問(wèn)。 在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時(shí)要注意狀態(tài)字中的 BUSY 標(biāo)志。HD61202U 操作的流程如圖 。當(dāng) D=0 為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示存儲(chǔ)器并沒(méi)有被破壞，在狀態(tài)字中 ON/OFF=0。 HD61202U 將顯示存儲(chǔ)分成 8 頁(yè)，指令代碼中 P2~P0 就是要確定當(dāng)前所要選擇的頁(yè)面地址 ，取值范圍為 00~07H，代表顯桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁(yè) 共 54 頁(yè) 示第 1~8 頁(yè)。 頁(yè)面地址的設(shè)置和列地址的設(shè)置將顯示存儲(chǔ)單元唯一 確定下來(lái)，為后來(lái)的顯示數(shù)據(jù)的讀 /寫作了地址選通。 MCU通過(guò) 控制 CSA， 控制 CSB,以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器 HD61202U。 ATMEL 的 89S51 單片機(jī)通過(guò)普通 I/O 口與 PC 機(jī) RS232 串口實(shí)現(xiàn)通信的硬件接口電路，如圖 4 所示。 SCON = 0x50。 RCAP2L = 0xD9。 本設(shè)計(jì)用蜂鳴器產(chǎn)生聲音來(lái)表示刷卡成功，并開(kāi)門。如果有多余一張的 Mifare 卡片在讀卡器天線的有效工作范圍內(nèi)，必須執(zhí)行防重疊操作，串口中斷處理 握手信號(hào)？ 設(shè)置通信速率，數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位 初始化 開(kāi)始通信 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 15 頁(yè) 共 54 頁(yè) 返回一張卡片的序列號(hào)，作為本次操作的對(duì)象。 讀卡器對(duì)任何一張 Mifare 卡片進(jìn)行任何操作都要經(jīng)過(guò)上述幾個(gè)步驟，之后就可以具體地對(duì)卡片進(jìn)行相應(yīng)的讀、寫等操作。 通過(guò)單片機(jī)向 TX522模塊發(fā)送命令來(lái)對(duì) TX522進(jìn)行讀寫控制。 表 外接天線接口 J1 接 口 管 腳 符 號(hào) IO類型 功能描述 J1(1) 2 J11 TX1 輸出 /O 天線發(fā)送端 1 J12 GND 地 /Power 地 J13 TX2 輸出 /O 天線發(fā)送端 2 J14 GND 地 /Power 地 表 與用戶 MCU 接口 J2 接 口 管腳 符 號(hào) IO類型 功能描述 上電后的狀態(tài) J2(1) J21 CTRL 輸出 /O 控制信號(hào)輸出 1 J22 BZ 輸出 /O 外部蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路控制信號(hào)，需要串電阻 1 J23 INT_OUT 輸出 /O 自動(dòng)尋卡中斷輸出，低電平有效 1 J24 VCC 電源 /Power 電源正極 J25 NC 空閑腳 J26 GND 地 /Power 地 J27 RXD 輸入 /I UART接收端 1 J28 TXD 輸出 /O UART發(fā)送端 1 J2 為模塊與控制器的接口。初始化成功后，模塊上的指示燈將點(diǎn)亮，此時(shí)天線發(fā)射載波信號(hào)，任何進(jìn)入天線感應(yīng)區(qū)的卡可得電進(jìn)入 IDLE狀態(tài)，可使用任一函數(shù)對(duì)卡進(jìn)行操作。 注意：對(duì)模塊的配置需要大約 ，因此調(diào)用該函數(shù)后需要等待 才能 進(jìn)行其他操作?？ㄆM(jìn)入天線區(qū)域后，能獲能能量，從而得電復(fù)位處于 IDLE 模塊， TX_Request 函數(shù)可用 ALL 或 IDLE任意一種模式進(jìn)行請(qǐng)求，卡片均能響應(yīng)，并返回卡片類型號(hào) TagType（ 2 個(gè)字節(jié)）。 數(shù)據(jù)塊格式描述： 主機(jī) →TX522 命令模式）： SEQNR： 0 （可自定義） COMMAND： 0x41 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 19 頁(yè) 共 54 頁(yè) LENGTH： 1 DATA[0]： ReqCode 表 請(qǐng)求天線范圍內(nèi)所有的卡的數(shù)據(jù)幀 STX SEQNR CMD Length DATA BCC ETX 0x20 0x00 0x41 0x01 0x01 0xBE 0x03 TX522→ 主機(jī)（響應(yīng)模式）： SEQNR： 0 STATUS： OK， QUIT， NO_TAG_ERR， BIT_COUNT_ERR， COMM_ERR 中某一個(gè) LENGTH： 2 (當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，不返回任何內(nèi)容（ LENGTH=0） ) DATA[0]： tagtype (低字節(jié) ) DATA[1]： tagtype (高字節(jié) ) 表 S50 卡返回的數(shù)據(jù)幀 STX SEQNR Status Length DATA BCC ETX 0x20 0x00 0x00 0x02 0x04 0x00 0xF9 0x03 TX_Request (IDLE)的使用是很重要的，它可以防止 TX522 多次選擇同一卡片。當(dāng)多個(gè)卡片位于天 線區(qū)域時(shí)，執(zhí)行函數(shù)后，能得到序列號(hào)最大的那個(gè)卡片的序列號(hào)中的 4 個(gè)字節(jié)。當(dāng)知道了所要選擇卡的序列號(hào)后，就沒(méi)有必要執(zhí)行該TX_AntiColl函數(shù)。參數(shù) Select_Code 表示防碰撞的級(jí)數(shù)，應(yīng)該與該函數(shù)執(zhí)行前的TX_Casc_Anticoll()中的 Select_Code 相同。 輸入?yún)?shù)： Select_Code： 防碰撞層級(jí)編碼：一層（ ANTICOLL1） —0x93； 二層（ ANTICOLL2） —0x95；三層（ ANTICOLL3） —0x97。如果卡得