【文章內(nèi)容簡介】 存儲和取消按鈕來實(shí)現(xiàn)射頻卡權(quán)限的賦予和收回。 5 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案 本課題設(shè)計(jì) 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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)當(dāng)射頻卡 刷卡時(shí)，顯示模塊顯示卡號信息，如此卡為合法卡，指示燈 點(diǎn)亮，蜂鳴器響起，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，門鎖打開，如果想收回權(quán)限，只要在刷卡的時(shí)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(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將門鎖打開。而當(dāng)非法卡刷卡時(shí)，顯示卡號但電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)門鎖不打開，如果賦予這張卡權(quán)限，只要在刷卡的時(shí)候，按下存儲按鈕，這張卡就會(huì)變成合法卡，就能是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(biāo)，同時(shí)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(shí)現(xiàn)對能目標(biāo)物體的自動(dòng)識別。射頻識別技術(shù)是本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，這早已被世界所公認(rèn)?；镜?RFID 系統(tǒng)，一般含有以下幾個(gè)部分：一個(gè)是存儲有目標(biāo)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(gè)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(jī)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?yàn)檫@些技術(shù)，極大的提高了效率，給社會(huì)創(chuàng)造了巨大 利益。 CPU 的選擇 :在這個(gè)課題的設(shè)計(jì)上，選擇了 51 單片機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)發(fā)展成熟且完善，此次設(shè)計(jì)功能上不是特別復(fù)雜，也沒有復(fù)雜的運(yùn)算，只有幾個(gè)外接電路，況且單片機(jī)的成本較低，而且功能也完全可以滿足此次課題設(shè)計(jì)。雖然 DSP 和 ARM系統(tǒng)在功能和拓展上都比 51 單片機(jī)系統(tǒng)要高，但是它們價(jià)格都相對昂貴，而且對于本次課題設(shè)計(jì)而言，性能也有過剩。因此， 結(jié)合自己所學(xué)的知識和性價(jià)比，經(jīng)過比 6 較最終選擇了技術(shù)成熟、價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)簡單、使用方便的單片機(jī)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(gè)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(shí)使用的卡片（然而隨著手機(jī)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(jì)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(jì)思路 此次設(shè)計(jì)以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，當(dāng) IC 卡靠近 RC522 讀卡模塊時(shí)，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(jī)，然后控制 1602 顯示器顯示 IC 卡的信息，如果是有效卡，單片機(jī)將會(huì)點(diǎn)亮指示燈，并使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)用來表示門鎖打開，如果是無效卡，指示燈不會(huì)點(diǎn)亮電機(jī)也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(huì)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(jì)上，根據(jù)功能有以下幾個(gè)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(shí)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(shí) 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(diǎn)亮指示燈，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果不是合法卡，是否賦予權(quán)限，如果賦予權(quán)限電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)方案 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jī)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(shí)器， 4KB EEPROM 和 MAX810復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 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。可以看出 89C52 單片機(jī)功能還是很強(qiáng)大的，完成此次課題設(shè)計(jì)也是措措有余。根據(jù)這款單片機(jī)的特點(diǎn)，然后結(jié)合本次課題設(shè)計(jì)的要求，控制核心需要實(shí)現(xiàn)下面的幾個(gè)功能： （ 1） 接收讀卡模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理 。 （ 2） 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)引腳 ，如圖 31： 圖 31 89C52引腳圖 在 89C52 單片機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(shí)， PNP 三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止工作。 當(dāng) =0 時(shí)， PNP 三級管導(dǎo)通，蜂鳴器開始工作。 從而單片機(jī)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(shí)，蜂鳴器響起，二極管被點(diǎn)亮說明此卡為有效卡。 （ 2） 刷卡時(shí)，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(shí)，蜂鳴器沒有響應(yīng)，二極管也不會(huì)點(diǎn)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(diǎn)。 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(diǎn)陣 型液晶模塊。它 的構(gòu)成是由多個(gè) 5*7 或者是 5*11 的點(diǎn)陣字符位，其中 每 一 個(gè)字符位都可以顯示一個(gè)字符， 同時(shí)字符位 之間 都有 一個(gè)點(diǎn)距的 距離 ，每行之間也有 一個(gè)點(diǎn)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(gè)工業(yè) 字符液晶模塊 ，總共能顯示 32 個(gè)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(gè)字符對都應(yīng)著一個(gè)唯一的編號，也就是一個(gè)特定的代碼。舉個(gè)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(shí)模塊調(diào)用地址 31H 中存儲的點(diǎn)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(yùn)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(jì)之所以使用 1602LCD,是因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求顯示的內(nèi)容不多，只需顯示提示刷卡和刷卡時(shí)的卡號。用 1602LCD 顯示能夠達(dá)到預(yù)期的效果，而且價(jià)格相對便宜。系統(tǒng)初 始化時(shí)，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(shí)，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(jì)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(shí)，電機(jī)是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)電機(jī)能轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，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(shí)不能讓門打開，只要在靠近讀卡器的時(shí)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(jì)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(jìn)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(dòng)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(diǎn)： （ 1） 系統(tǒng)有較高的獨(dú)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(diǎn)： 主機(jī)必須 24 小時(shí)開機(jī)，否則數(shù)據(jù)傳送會(huì)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(shí)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(gè)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(gè)字節(jié)為射頻卡的卡號，數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。校驗(yàn)和為 BYTE 類型，用于校驗(yàn)?zāi)康牡匾唤M數(shù)據(jù)項(xiàng)的和，運(yùn)算過程進(jìn)位將會(huì)被丟棄。 當(dāng)每個(gè)字節(jié)的高位先輸出時(shí)，此時(shí)的輸出方式為同步串行；當(dāng)每個(gè) 字節(jié)的低位先輸出，此時(shí)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(shí)，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(jī)芯片上。 （ 3） 當(dāng) CP 腳傳送低電平時(shí)，則說明正在刷卡，閑置時(shí)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