【文章內(nèi)容簡介】 存儲和取消按鈕來實現(xiàn)射頻卡權(quán)限的賦予和收回。 5 2 系統(tǒng)總體設(shè)計 總體設(shè)計方案 本課題設(shè)計 采用 STC89C52 微控制器作為系統(tǒng)的核心，在外圍增加按鍵電路、蜂鳴器電路、開鎖指示燈電路、電機驅(qū)動電路以及 1602LCD 顯示電路等。門禁系統(tǒng)主要由 CPU、電源指示、開鎖指示電路、振蕩電路、蜂鳴器電路、設(shè)置按鍵電路、電機驅(qū)動模塊、 24C02 存儲模塊、 RC522 讀卡模塊、 LCD 顯示模塊等組成。此 智能門禁系統(tǒng)能實現(xiàn)當(dāng)射頻卡 刷卡時，顯示模塊顯示卡號信息，如此卡為合法卡，指示燈 點亮，蜂鳴器響起，同時驅(qū)動電路將電機轉(zhuǎn)動表示門鎖打開。程序中還增加了射頻卡權(quán)限的賦予，遇到合法卡時，電機轉(zhuǎn)動，門鎖打開，如果想收回權(quán)限，只要在刷卡的時候按下取消按鈕，那么這張卡就變成非法卡，無法打開驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動將門鎖打開。而當(dāng)非法卡刷卡時，顯示卡號但電機不轉(zhuǎn)動門鎖不打開，如果賦予這張卡權(quán)限，只要在刷卡的時候，按下存儲按鈕，這張卡就會變成合法卡，就能是電機轉(zhuǎn)動，打開門鎖。 RFID（射頻識別）技術(shù) :是一種無線通信技術(shù)，它可以通過無線射頻信號來辨別特定目標，同時讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，也就是兩者不用通過接觸就可以建立聯(lián)系 。它是利用無線射頻信號的空間耦合傳輸特性，來實現(xiàn)對能目標物體的自動識別。射頻識別技術(shù)是本世紀十大重要技術(shù)之一，這早已被世界所公認?；镜?RFID 系統(tǒng)，一般含有以下幾個部分：一個是存儲有目標物相關(guān)信息的智能卡（即 RFID 智能卡）、在讀寫器和 RFID 單元之 間傳輸 RF 信號的天線、一個則來接收來自 RFID 智能卡返回的RF 信號并將解碼的數(shù)據(jù)傳到主機系統(tǒng)以供處理的 RFID 讀寫器。目前，射頻識別系統(tǒng)如今在物聯(lián)網(wǎng)、物流交通管理、倉儲管理以及生產(chǎn)線追蹤等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，也正是因為這些技術(shù)，極大的提高了效率，給社會創(chuàng)造了巨大 利益。 CPU 的選擇 :在這個課題的設(shè)計上，選擇了 51 單片機系統(tǒng)，因為單片機發(fā)展成熟且完善，此次設(shè)計功能上不是特別復(fù)雜，也沒有復(fù)雜的運算，只有幾個外接電路，況且單片機的成本較低，而且功能也完全可以滿足此次課題設(shè)計。雖然 DSP 和 ARM系統(tǒng)在功能和拓展上都比 51 單片機系統(tǒng)要高，但是它們價格都相對昂貴，而且對于本次課題設(shè)計而言，性能也有過剩。因此， 結(jié)合自己所學(xué)的知識和性價比，經(jīng)過比 6 較最終選擇了技術(shù)成熟、價格便宜、設(shè)計簡單、使用方便的單片機平臺。 射頻卡的選擇： 目前市面上有很多種類的射頻卡。條碼和磁卡，我們見的比較多 ，現(xiàn)如今超市和銀行使用的都是這種卡，個人的銀行卡都是磁卡。接觸式 IC 卡，大家過去見的比較多，就是要用公共電話撥電話時使用的卡片（然而隨著手機的普及，公共電話也早已退出人們的視野），但接觸式 IC 卡，芯片外露易壞、易折。而非接觸式 IC 卡也就是無線射頻卡，由于它的芯片和線圈都設(shè)計在卡片內(nèi)，和接觸式 IC 卡相比，前者比較牢固不易被損壞、能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，可靠性很高，所以市面上普遍使用這種卡。 根據(jù)上面的分析，最終選擇目前被廣泛應(yīng)用的，而且成本不高可靠性好的 IC 卡，也就是市面上較多的 MIFARE S50 卡。 總 體設(shè)計思路 此次設(shè)計以 STC89C52 單片機為控制核心，當(dāng) IC 卡靠近 RC522 讀卡模塊時，讀卡模塊識別到 IC 卡的信息，然后判斷是否是有效卡，并將信息傳給單片機，然后控制 1602 顯示器顯示 IC 卡的信息，如果是有效卡，單片機將會點亮指示燈，并使電機轉(zhuǎn)動用來表示門鎖打開，如果是無效卡，指示燈不會點亮電機也不會轉(zhuǎn)動。如果要將權(quán)限賦予新卡，將卡貼近，按下存儲鍵，那么新卡的信息就會被存儲在 24C02存儲器中，同理如果要收回有效卡的權(quán)限，只要將卡貼近，按下刪除鍵即可。 智能門禁系統(tǒng)平臺硬件框架圖如圖 21： 圖 21 硬件框架圖 軟件設(shè)計上，根據(jù)功能有以下幾個模塊編程。包括主程序模塊、讀卡模塊、顯示模塊，存儲模塊、延時子程序模塊和中斷子程序模塊等。當(dāng)卡片靠近讀卡模塊時 7 指示燈亮起，屏幕顯示卡片信息，然后程序判斷權(quán)限，如果合法，開鎖模塊程序點亮指示燈，使電機轉(zhuǎn)動。如果不是合法卡，是否賦予權(quán)限，如果賦予權(quán)限電機轉(zhuǎn)動，指示燈亮起，如果不賦予則返回。 智能門禁系統(tǒng)軟件流程圖如圖 22。 圖 22 軟件流程圖 8 3 硬件設(shè)計方案 最小系統(tǒng)設(shè)計 智能門禁系統(tǒng)采用的是 STC89C52 微控制器作為控制核心，這款單片機是由STC 公司研發(fā)的，是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器。內(nèi)部含有 8K 字節(jié)的Flash， 512字節(jié) 的 RAM， 32 位的 I/O 口線，看門狗定時器， 4KB EEPROM 和 MAX810復(fù)位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)）， 全雙工串行口?？梢钥闯?89C52 單片機功能還是很強大的，完成此次課題設(shè)計也是措措有余。根據(jù)這款單片機的特點，然后結(jié)合本次課題設(shè)計的要求，控制核心需要實現(xiàn)下面的幾個功能： （ 1） 接收讀卡模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進行處理 。 （ 2） 控制電機轉(zhuǎn)動和蜂鳴器。 （ 3） 控制 1602LCD 輸出顯示。 （ 4） 處理鍵盤反饋的數(shù)據(jù)。 89C52 單片機引腳 ，如圖 31： 圖 31 89C52引腳圖 在 89C52 單片機的基礎(chǔ)上， STC89C52 微控制器作為系統(tǒng)的核心，在外圍增加按鍵電路、蜂鳴器電路、開鎖指示燈電路、電機驅(qū)動電路以及 1602LCD 顯示電路等。 9 構(gòu)成了智能門禁系統(tǒng)的控制電路。 如圖 32， 到 連接上拉排阻，同時接 1602 數(shù)據(jù)總線， 1 腳接 VCC，加上拉電阻增加電流。 9 管腳接復(fù)位電路； X1 和 X2 接晶振電路。 P22 管腳接蜂鳴器電路；與 P31 和 P32 連接的分別為取消和存儲按鈕； P1 1 1 16 連接 RC522 讀卡模組； P23 管腳接電機驅(qū)動模組。 圖 32 智能門禁最小系統(tǒng)原理圖 各單元電路原理 蜂鳴器電路 10 圖 33 蜂鳴器 原理 圖 蜂鳴器 原理 圖 ，如上圖 33 所示： 單片機通過 來控制蜂鳴器的工作與關(guān)閉，通過三極管放大電流使蜂鳴器發(fā)出響聲。 當(dāng) =1 時， PNP 三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止工作。 當(dāng) =0 時， PNP 三級管導(dǎo)通，蜂鳴器開始工作。 從而單片機只需要 輸出 0 或者 1 開關(guān)控制蜂鳴器即可。 功能說明： （ 1） 刷卡時，蜂鳴器響起，二極管被點亮說明此卡為有效卡。 （ 2） 刷卡時，蜂鳴器沒有響應(yīng)，二極管也沒反應(yīng)，說明此卡為無效卡。 （ 3） 沒有卡時，蜂鳴器沒有響應(yīng)，二極管也不會點亮。 顯示模塊 課題的顯示部分選擇采用 1602LCD 液晶顯示，該方案具有低壓、功耗低，平板型結(jié)構(gòu)、所能顯示的信息比較多、沒有電磁輻射、而且使用壽命長等優(yōu)點。 1602 液晶也叫 1602 工業(yè) 字符型液晶， 是一種能夠 顯示字母、數(shù)字 和 符號等 的 點陣 型液晶模塊。它 的構(gòu)成是由多個 5*7 或者是 5*11 的點陣字符位，其中 每 一 個字符位都可以顯示一個字符， 同時字符位 之間 都有 一個點距的 距離 ，每行之間也有 一個點距的距離 ， 因此 起到了字符 與字符 和行 與行之間的間隔 作用 。 1602LCD 可以顯示兩行 ，每一行有 16 個工業(yè) 字符液晶模塊 ，總共能顯示 32 個字符和數(shù)字。這些字符包括常見的阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等，每一個字符對都應(yīng)著一個唯一的編號，也就是一個特定的代碼。舉個例子 ：為了顯示阿拉伯?dāng)?shù)字“ 1”， 11 而“ 1”對應(yīng)的代碼是 00110001B（ 31H） ，顯示時模塊調(diào)用地址 31H 中存儲的點陣字符圖形并將其顯示在液晶屏上，于是我們就能看到阿拉伯?dāng)?shù)字“ 1”。 市面 很多的字符型液晶都是在 HD44780 液晶芯片 基礎(chǔ)開發(fā)來 的， 由于它們的工作原理相同，因此只要是能在 HD44780 液晶芯片 上運行 的程序 ，都可以應(yīng)用在其它的 字符型液晶 上。 此次課題設(shè)計之所以使用 1602LCD,是因為設(shè)計要求顯示的內(nèi)容不多，只需顯示提示刷卡和刷卡時的卡號。用 1602LCD 顯示能夠達到預(yù)期的效果，而且價格相對便宜。系統(tǒng)初 始化時，顯示器第一行顯示：“ PUSH YOUR CARD!”，表示請你刷卡；第二行顯示：“ CARD NUM:2”，表示當(dāng)前系統(tǒng)刷過并且被記錄下來的有的卡的張數(shù)。當(dāng)有卡刷入時，第一行顯示射頻卡類型，第二行顯示卡號。 1602 顯示電路原理圖，如 圖 34 所示： 圖 34 1602顯示電路原理圖 控制電路 為了給此次課題設(shè)計加入更人性化的功能，特加入了可以更改射頻卡權(quán)限的功能，當(dāng)射頻卡靠近讀卡模組，若是新卡（即無權(quán)限卡）時，電機是不會轉(zhuǎn)動的，如果要賦予這張卡的權(quán)限（即當(dāng)這張卡靠近讀卡器時電機能轉(zhuǎn)動門 打開），只要按一下 Store 存儲按鍵，即可將這張新卡存儲下來。當(dāng)下次這張卡再次靠近時，就能顯示卡號把門打開。同理，要想收回舊卡的權(quán)限，讓舊卡刷卡時不能讓門打開，只要在靠近讀卡器的時候按一下 Cancle 取消按鈕即可收回權(quán)限。圖 35 為 按鍵原理圖 。 12 圖 35 按鍵原理圖 讀卡模塊 此次課題設(shè)計上采用了市面上比較普遍的 RC522 讀卡模組。 RC522 感應(yīng)式讀卡器主要是非接觸式晶片的讀卡模組，市面上使用的 125KHz 非接觸式 RFID 晶片或者與其它規(guī)格較為類似的產(chǎn)品，它都可以進行信息的讀取與數(shù)據(jù)的判斷， 開發(fā)者可以一次性開發(fā)感應(yīng)式讀卡以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)， RC522 模塊主要應(yīng)用有：公交一卡通、智能門禁管理系統(tǒng)、人員簽到管理、動物或物品辨識及產(chǎn)品管理。 此讀卡模組主要具有如下優(yōu)點： （ 1） 系統(tǒng)有較高的獨立性，二次開發(fā)比較容易，安裝較為簡單 （ 2） 對卡片的信息讀取穩(wěn)定性好 （ 3） 系統(tǒng)有較高的安全性， RFID 信息不重復(fù)，而且難以被復(fù)制 （ 4） 可自主選擇數(shù)據(jù)輸出格式 缺點： 主機必須 24 小時開機，否則數(shù)據(jù)傳送會中斷。 硬件 /軟件功能： RC522 非接觸式讀卡器系統(tǒng)如圖 36 所示： 使用 RC522 讀卡模塊，在 57cm 距離內(nèi)讀取時間不超過 70ms。非接觸式讀卡系統(tǒng)電源為 5V，系統(tǒng)中最重要的部分是感應(yīng)線圈 ， 它既可以與系統(tǒng)分開，也可以囊括在系統(tǒng)中，注意要將金屬板放在線圈前面，這是為了防止電磁場造成干擾。 13 圖 36 讀卡模塊圖 數(shù)據(jù)輸出格式： 輸出 48 位 6 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)開始的第一字節(jié)是射頻卡的識別碼，后面 4 個字節(jié)為射頻卡的卡號，數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)是數(shù)據(jù)的校驗和。校驗和為 BYTE 類型，用于校驗?zāi)康牡匾唤M數(shù)據(jù)項的和，運算過程進位將會被丟棄。 當(dāng)每個字節(jié)的高位先輸出時，此時的輸出方式為同步串行；當(dāng)每個 字節(jié)的低位先輸出，此時的輸出方式為異步串行。數(shù)據(jù)的輸出波特率為 9600 Bits/S。 數(shù)據(jù)輸出波形 ，如圖 37 所示 ： 圖 37 輸出波形 功能說明： （ 1） 當(dāng)刷卡時，通過讀卡天線的識別，獲取射頻卡的信息。 （ 2） 將獲取到的射頻卡的信息，經(jīng)過 SO 腳傳送到單片機芯片上。 （ 3） 當(dāng) CP 腳傳送低電平時，則說明正在刷卡，閑置時為高電平。 圖 38 為讀卡模塊電路原理圖。 b i t 7 b i t 3b i t 4b i t 5b i t 6CPS C KSO0 . 5 m s0 . 5 m s同步串行輸出波形（T s c k = 1