【文章內(nèi)容簡介】 要保證刷卡者確實(shí)已通過，不會造成在進(jìn)門過程中突然關(guān)門，因此要加入紅外傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測是否刷卡者已通過，當(dāng)檢測不到障礙物時(shí)才使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來位置，形成關(guān)門效果。 圖38 紅外傳感器實(shí)物圖該傳感器模塊對環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（放射面）時(shí)，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時(shí)信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個(gè)低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍2～30cm，～5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用非常方便等特點(diǎn)[16]。 硬件實(shí)物展示 基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖39所示： 圖39 門禁系統(tǒng)硬件實(shí)物圖 本章小結(jié)本章主要介紹了基于RFID門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先從總體上說明了門禁系統(tǒng)的工作原理，并且給出了硬件電路主框圖，把硬件分成了幾個(gè)模塊；然后分別細(xì)致的介紹了主要模塊的硬件設(shè)計(jì)，包括讀卡器模塊FM1702SL、Mifare射頻卡、存儲器EEPROM：AT24C0時(shí)鐘芯片DS130步進(jìn)電機(jī)和紅外傳感器所組成的開門電路。除此之外還詳細(xì)介紹了所用到的兩個(gè)重要協(xié)議：SPI總線協(xié)議和I2C總線協(xié)議。在本章的最后展示了整個(gè)RFID門禁系統(tǒng)的硬件實(shí)物圖。第4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 第4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)今單片機(jī)編程使用的語言一般為匯編語言和C語言。采用匯編語言編程的優(yōu)點(diǎn)是代碼生成效率高，程序運(yùn)行速度快；缺點(diǎn)是程序的可讀性和可移植性比較差，而且用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序的周期長，調(diào)試和排錯比較困難。C語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，在國際上十分流行，它既可用來編寫計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可用來編寫一般的應(yīng)用程序，用它編寫的程序，具有較好的可讀性和可移植性。美國Keil Software軟件公司的編譯器可以直接對單片機(jī)的內(nèi)部特殊功能寄存器I/O口進(jìn)行操作，直接訪問片內(nèi)或片外存儲器，還可以進(jìn)行各種位操作，能夠產(chǎn)生簡潔、高效率的程序代碼，在代碼質(zhì)量上可以與匯編語言相媲美。因此在本文中使用C語言進(jìn)行門禁系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)模塊框圖 LCD1602顯示模塊刷卡模塊存儲模塊對比卡號是否合法開門模塊按鍵模塊定時(shí)器模塊圖41 門禁系統(tǒng)軟件控制模塊結(jié)構(gòu)圖本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的程序是由多個(gè)模塊組合起來的，有LCD1602液晶顯示模塊來進(jìn)行顯示操作，由于要實(shí)現(xiàn)期限管理，所以要有定時(shí)器DS1302時(shí)間記錄模塊。此外，因?yàn)橐芽ㄌ柎嫒氪鎯ζ鱁EPROM中，所以有存儲模塊程序。該設(shè)計(jì)用步進(jìn)電機(jī)和紅外傳感器模擬開門，所以有開門模塊。 門禁系統(tǒng)主程序介紹 開始初始化系統(tǒng)等待刷卡是否有卡？NY是否開門？N開門Y關(guān)門圖42 門禁系統(tǒng)工作主程序流程圖編寫門禁系統(tǒng)的程序首先要編寫核心程序，門禁系統(tǒng)工作的核心內(nèi)容就是刷卡，門禁系統(tǒng)從本質(zhì)上來說就是刷卡開門，只有能夠刷卡后，才能對其他器件進(jìn)行操作，一步一步拓展，不斷完善其他功能。因此門禁系統(tǒng)的主程序就是刷卡開門，而刷卡程序是按固定順序執(zhí)行的，主要流程圖如42所示。 讀卡過開始尋卡選擇卡片防沖突寫卡讀卡是否有卡？YN驗(yàn)證N是否寫卡？Y啟動串口程及程序設(shè)計(jì)流程圖 圖43 讀卡過程程序流程圖讀卡器軟件編程實(shí)現(xiàn)對RFID卡的一系列操作，主要有：防沖突程序、卡片的讀寫程序以及對卡片數(shù)據(jù)塊的操作等。讀卡程序的設(shè)計(jì)思想是在上電初始化后，射頻場一旦檢測有Mifare卡進(jìn)入射頻天線的有效范圍，讀卡程序按順序啟動防沖突程序和認(rèn)證程序，驗(yàn)證成功后最后操作卡片讀寫程序。程序流程圖見圖43所示，下面介紹其中的幾個(gè)主要過程： 尋卡由于Mifare1卡是一種以被動方式工作的卡，進(jìn)入射頻區(qū)的Mifare卡上電后進(jìn)入IDLE狀態(tài)，它通過吸收感應(yīng)區(qū)內(nèi)的磁場能量進(jìn)行工作，不會主動發(fā)出信號。讀卡器必須不間斷地向外發(fā)出請求信號，符合條件的卡只有在接收到請求信號之后才會進(jìn)行響應(yīng)（應(yīng)稱為響應(yīng)卡）。 程序中用函數(shù)不斷向外循環(huán)發(fā)請求信號，檢查感應(yīng)區(qū)是否有符合條件的卡，一旦有符合條件的卡進(jìn)入并被選中，程序退出循環(huán)請求過程，進(jìn)入防沖突過程。 防沖突所謂防沖突又叫做防碰撞、防重疊，就是從多張進(jìn)入感應(yīng)區(qū)的卡中選出一張來進(jìn)行操作。如果只有一張進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，并且已經(jīng)知道了卡的序列號，則可跳過此步，直接進(jìn)入選卡命令，若不知道卡的序列號，則必須調(diào)用防沖突函數(shù)AntiColl( )，以得到感應(yīng)區(qū)內(nèi)卡的序列號。若同時(shí)有多張卡在感應(yīng)區(qū)內(nèi)，防沖突函數(shù)能夠選擇其中的一張卡并得到其序列號。防沖突指令只是獲得一張Mifare卡的序列號，并沒有真正選中這張卡。選中卡應(yīng)由Select_Card( )函數(shù)完成。序列號為40位長5個(gè)字節(jié)，實(shí)際有意義的只有前4個(gè)字節(jié)，最后一個(gè)字節(jié)是序列號的異或校驗(yàn)的校驗(yàn)碼，在獲得序列號之后，一般應(yīng)在程序中對所接收到的序列號進(jìn)行校驗(yàn)，以確保數(shù)據(jù)的正確性。 選擇卡片選擇卡片就是根據(jù)已知的序列號讀出卡的容量編碼。只有經(jīng)過這一步驟后才算真正選中了一張卡，以后的操作都對這張卡進(jìn)行。選擇卡片指令是很重要的，而且必須首先被使用，因?yàn)榭ㄆ挥邢缺贿x中了，然后才能進(jìn)行讀、寫等操作。選擇卡片過程是通過Select_Card( )函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。 驗(yàn)證在對所選Mifare卡進(jìn)行讀、寫之前，必需對Mifare卡進(jìn)行驗(yàn)證，也即檢查卡的合法性，這可以通過將存儲在FM1702SLRAM中的密碼集中的一組密碼與Mifare卡片上的密碼進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)，如果它們匹配，說明所選Mifare卡合法，則卡的驗(yàn)證成功，允許對卡進(jìn)行讀、寫操作。驗(yàn)證卡片的過程是通過Authentication( )函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。 讀取卡號如果完成了前面幾個(gè)步驟，說明所選卡是本系統(tǒng)的卡，就可以對Mifare卡正常進(jìn)行讀、寫了。讀卡函數(shù)MIF_READ( )從已通過密碼驗(yàn)證的扇區(qū)中讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊，共16個(gè)字節(jié)，其中前面幾個(gè)字節(jié)即為卡號（1個(gè)字節(jié)表示2位卡號，本系統(tǒng)卡號長度為10，所以需要前面5個(gè)字節(jié)）。 卡掛起當(dāng)對卡中的數(shù)據(jù)處理完后，程序應(yīng)使卡處于掛起狀態(tài)，此時(shí)即使卡在感應(yīng)區(qū)域，讀卡器也不會再對該卡進(jìn)行任何操作[17]。 其他程序設(shè)計(jì)流程圖 LCD1602顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序的主要功能是對當(dāng)前的門禁控制狀態(tài)顯示及執(zhí)行STC89C52RC發(fā)出的顯示指令，LCD1602液晶模塊的讀寫操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。它可以給用戶清楚地顯示門禁系統(tǒng)狀態(tài)，易于操作，起到了人機(jī)交互的作用。圖44 LCD1602內(nèi)部顯示地址由于液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，在系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)控制指令時(shí)，系統(tǒng)首先判斷是否忙碌，如果不忙碌則執(zhí)行詞條命令，如果是忙碌狀態(tài)則取消此條控指令。圖44是1602的內(nèi)部顯示地址：LCD1602液晶顯示模塊顯示程序流程圖： 開始液晶初始化設(shè)置第一行數(shù)據(jù)顯示地址顯示第一行數(shù)據(jù)延時(shí)設(shè)置第二行數(shù)據(jù)顯示地址顯示第二行數(shù)據(jù)延時(shí)、清屏結(jié)束 圖45 LCD1602程序設(shè)計(jì)流程圖 按鍵控制程序設(shè)計(jì)由于本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)要對RFID卡進(jìn)行注冊，識別，并且有期限管理等多種操作，所以要通過按鍵來實(shí)現(xiàn)多種模式的切換，圖46是用按鍵控制門禁系統(tǒng)的程序流程圖： 開始等待刷卡進(jìn)入注冊模式是否按K1?Y清除存儲器N是否按K1?NY是否按K1?進(jìn)入清除模式Y(jié)N是否按K2?NY圖46 按鍵模塊程序流程圖 定時(shí)器模塊程序設(shè)計(jì)該門禁系統(tǒng)不但要求能夠清除卡號，而且要有期限管理來控制RFID卡的合法性，也就是說要使已經(jīng)合法的RFID卡到一定時(shí)間之后會無法刷卡開門，因此我用定時(shí)器DS1302來完成此項(xiàng)功能。給定時(shí)器設(shè)定一個(gè)初始時(shí)間，門禁系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)定時(shí)器時(shí)間開始增加，程序中設(shè)置一段時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)單片機(jī)就會控制存儲器EEPROM使存儲內(nèi)容清除，從而使RFID卡無法開門，達(dá)到期限管理的目的。 開始定時(shí)器開始計(jì)時(shí)等待刷卡定時(shí)器是否到達(dá)指定時(shí)間？N清除存儲器數(shù)據(jù)Y結(jié)束等待刷卡 圖47 定時(shí)器模塊程序流程圖 存儲程序設(shè)計(jì)存儲器EEPROM采用AT24C02，主要的用途是把在注冊模式下所刷的RFID卡的卡號保存起來，使RFID卡合法化。已經(jīng)保存的卡號則為合法卡，可以開門。保存卡號的過程是在注冊模式下完成的，當(dāng)LCD1602顯示“Register Mode”此時(shí)刷卡存儲器便會保存卡號完成注冊，其程序流程圖如下圖所示：開始初始化系統(tǒng)等待刷卡是否在注冊模式？NY再次刷卡開門結(jié)束刷卡只顯示卡號不開門刷卡保存卡號不開門圖48 開門模塊程序流程圖 開門模塊程序設(shè)計(jì)本次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的方式來模擬刷卡之后的開門，但是我對開門之后什么時(shí)候關(guān)門這個(gè)問題思考了很久。因?yàn)楸仨毜鹊剿⒖ㄕ哌M(jìn)入之后才可關(guān)門，不能太早關(guān)門，當(dāng)然也不能刷卡者進(jìn)入之后很長時(shí)間還沒有關(guān)門。最后決定加入紅外傳感器這個(gè)器件，他的輸出端與單片機(jī)I/O口相連，當(dāng)他檢測到障礙物時(shí)輸出端會有一個(gè)低電平信號，此時(shí)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)不關(guān)門即不回轉(zhuǎn)，而當(dāng)是輸出端為高電平時(shí)則關(guān)門，形成一個(gè)開門系統(tǒng)。開始卡號合法延遲步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)開門保持開門狀態(tài)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)門輸出端為高電平結(jié)束紅外傳感器是否檢測到障礙物？YN輸出端為低電平 圖49 開門模塊程序流程圖 程序編譯與調(diào)試 Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起，本文中調(diào)試用的是Keil uVision2版本。 建立項(xiàng)目工程 圖410 建立工程運(yùn)行Keil uVision2程序后，點(diǎn)擊ProjectNew Project菜單，輸入工程名稱，在彈出的對話框中選擇目標(biāo)單片機(jī)，Keil支持的單片機(jī)很多，這里我們選擇STC89C52RC芯片，確定后可以發(fā)現(xiàn)工程窗口出現(xiàn)“Target1” 和下一層“Source group1”的文件層次，我們只要在Source group1下添加我們編寫的程序，如410所示。 程序編譯調(diào)試 在編好程序后就要進(jìn)行編譯調(diào)試，首先在ProjectOption for target‘target1’的對話框中完成工程的詳細(xì)設(shè)置。在設(shè)置好工程后即可編譯鏈接，圖411為程序編譯結(jié)果： 圖411 程序編譯結(jié)果 本章小結(jié) 本章主要論述了基于RFID門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。首先給出了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖，大致說明了軟件設(shè)計(jì)的組成，然后給出了門禁系統(tǒng)的主流程圖，說明了門禁系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)，即刷卡開門，重點(diǎn)分析了讀卡過程的軟件設(shè)計(jì)。此外，對LCD1602顯示程序 、按鍵控制程序、定時(shí)器程序、存儲程序以及卡門程序，以流程圖的形式進(jìn)行了說明。在最后簡單說明了程序在Keil中的編譯與調(diào)試情況。結(jié)論 結(jié)論本次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是“基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，經(jīng)過三個(gè)多月的不懈努力，我終于基本完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。我通過查閱大量相關(guān)技術(shù)和文獻(xiàn)資料，并多次進(jìn)行實(shí)踐動手調(diào)試和問題探究，最后通過51單片機(jī)完成了基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)初期查閱了大量資料，了解課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容與基本原理，從而為門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇打下基礎(chǔ)。在此次設(shè)計(jì)中我做了許多工作，硬件方面我不斷選取和比較，尋找合適的器件和電路連接，不斷嘗試性的完善功能，并且學(xué)習(xí)了Protel軟件，畫出了電路原理圖。軟件方面復(fù)習(xí)了C語言編程技巧，嘗試不斷的編寫及改善程序，熟練運(yùn)用Keil軟件，一步一步不斷完善門禁系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。此次門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成了如下功能：首先可以通過按鍵控制使門禁系統(tǒng)有3中工作模式：刷卡模式；注冊模式；清除模式。然后可以通過把RFID卡卡號存入EEPROM的方式來完成RFID卡的注冊，當(dāng)再次刷卡時(shí)單片機(jī)比較卡號，若卡號相同便會開門。其次由于要實(shí)現(xiàn)RFID卡的期限管理，因此可以通過時(shí)鐘芯片設(shè)置時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間便會清除存儲器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)期限管理。最后用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動來模擬開門，并且加入紅外傳感器模塊，檢測刷卡者是否通過，以便選擇關(guān)門時(shí)間。雖然本次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)基本完成了設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)想的功能，但由于時(shí)間，學(xué)識以及個(gè)人能力的限制所設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)還存在許多不足，還有許多可以完善的地方，許多功能有待改進(jìn)。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1 陳國棟. 基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).(碩士學(xué)位論文).長沙:中南大學(xué)，2005，2