【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要保證刷卡者確實(shí)已通過(guò)，不會(huì)造成在進(jìn)門(mén)過(guò)程中突然關(guān)門(mén)，因此要加入紅外傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否刷卡者已通過(guò)，當(dāng)檢測(cè)不到障礙物時(shí)才使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來(lái)位置，形成關(guān)門(mén)效果。 圖38 紅外傳感器實(shí)物圖該傳感器模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)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(cè)方向遇到障礙物（放射面）時(shí)，紅外線反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)比較器電路處理之后，綠色指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過(guò)電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍2～30cm，～5V。該傳感器的探測(cè)距離可以通過(guò)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(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖39所示： 圖39 門(mén)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(mén)禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先從總體上說(shuō)明了門(mén)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(chǔ)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(kāi)門(mén)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(mén)禁系統(tǒng)的硬件實(shí)物圖。第4章 門(mén)禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 第4章 門(mén)禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)今單片機(jī)編程使用的語(yǔ)言一般為匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。采用匯編語(yǔ)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(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序的周期長(zhǎng)，調(diào)試和排錯(cuò)比較困難。C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上十分流行，它既可用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序，用它編寫(xiě)的程序，具有較好的可讀性和可移植性。美國(guó)Keil Software軟件公司的編譯器可以直接對(duì)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(wèn)片內(nèi)或片外存儲(chǔ)器，還可以進(jìn)行各種位操作，能夠產(chǎn)生簡(jiǎn)潔、高效率的程序代碼，在代碼質(zhì)量上可以與匯編語(yǔ)言相媲美。因此在本文中使用C語(yǔ)言進(jìn)行門(mén)禁系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。 門(mén)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(chǔ)模塊對(duì)比卡號(hào)是否合法開(kāi)門(mén)模塊按鍵模塊定時(shí)器模塊圖41 門(mén)禁系統(tǒng)軟件控制模塊結(jié)構(gòu)圖本次門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的程序是由多個(gè)模塊組合起來(lái)的，有LCD1602液晶顯示模塊來(lái)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?hào)存入存儲(chǔ)器EEPROM中，所以有存儲(chǔ)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(kāi)門(mén)，所以有開(kāi)門(mén)模塊。 門(mén)禁系統(tǒng)主程序介紹 開(kāi)始初始化系統(tǒng)等待刷卡是否有卡？NY是否開(kāi)門(mén)？N開(kāi)門(mén)Y關(guān)門(mén)圖42 門(mén)禁系統(tǒng)工作主程序流程圖編寫(xiě)門(mén)禁系統(tǒng)的程序首先要編寫(xiě)核心程序，門(mén)禁系統(tǒng)工作的核心內(nèi)容就是刷卡，門(mén)禁系統(tǒng)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是刷卡開(kāi)門(mén)，只有能夠刷卡后，才能對(duì)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(mén)禁系統(tǒng)的主程序就是刷卡開(kāi)門(mén)，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(guò)開(kāi)始尋卡選擇卡片防沖突寫(xiě)卡讀卡是否有卡？YN驗(yàn)證N是否寫(xiě)卡？Y啟動(dòng)串口程及程序設(shè)計(jì)流程圖 圖43 讀卡過(guò)程程序流程圖讀卡器軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID卡的一系列操作，主要有：防沖突程序、卡片的讀寫(xiě)程序以及對(duì)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(chǎng)一旦檢測(cè)有Mifare卡進(jìn)入射頻天線的有效范圍，讀卡程序按順序啟動(dòng)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(xiě)程序。程序流程圖見(jiàn)圖43所示，下面介紹其中的幾個(gè)主要過(guò)程： 尋卡由于Mifare1卡是一種以被動(dòng)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(guò)吸收感應(yīng)區(qū)內(nèi)的磁場(chǎng)能量進(jìn)行工作，不會(huì)主動(dòng)發(fā)出信號(hào)。讀卡器必須不間斷地向外發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，符合條件的卡只有在接收到請(qǐng)求信號(hào)之后才會(huì)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(qǐng)求信號(hào)，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(qǐng)求過(guò)程，進(jìn)入防沖突過(guò)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(lái)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(hào)，則可跳過(guò)此步，直接進(jìn)入選卡命令，若不知道卡的序列號(hào)，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(hào)。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(hào)。防沖突指令只是獲得一張Mifare卡的序列號(hào)，并沒(méi)有真正選中這張卡。選中卡應(yīng)由Select_Card( )函數(shù)完成。序列號(hào)為40位長(zhǎng)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(hào)的異或校驗(yàn)的校驗(yàn)碼，在獲得序列號(hào)之后，一般應(yīng)在程序中對(duì)所接收到的序列號(hào)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(hào)讀出卡的容量編碼。只有經(jīng)過(guò)這一步驟后才算真正選中了一張卡，以后的操作都對(duì)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(xiě)等操作。選擇卡片過(guò)程是通過(guò)Select_Card( )函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。 驗(yàn)證在對(duì)所選Mifare卡進(jìn)行讀、寫(xiě)之前，必需對(duì)Mifare卡進(jìn)行驗(yàn)證，也即檢查卡的合法性，這可以通過(guò)將存儲(chǔ)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(shuō)明所選Mifare卡合法，則卡的驗(yàn)證成功，允許對(duì)卡進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。驗(yàn)證卡片的過(guò)程是通過(guò)Authentication( )函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。 讀取卡號(hào)如果完成了前面幾個(gè)步驟，說(shuō)明所選卡是本系統(tǒng)的卡，就可以對(duì)Mifare卡正常進(jìn)行讀、寫(xiě)了。讀卡函數(shù)MIF_READ( )從已通過(guò)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(hào)（1個(gè)字節(jié)表示2位卡號(hào)，本系統(tǒng)卡號(hào)長(zhǎng)度為10，所以需要前面5個(gè)字節(jié)）。 卡掛起當(dāng)對(duì)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(huì)再對(duì)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(duì)當(dāng)前的門(mén)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(xiě)操作，屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它可以給用戶清楚地顯示門(mén)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(kāi)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(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)要對(duì)RFID卡進(jìn)行注冊(cè)，識(shí)別，并且有期限管理等多種操作，所以要通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)多種模式的切換，圖46是用按鍵控制門(mén)禁系統(tǒng)的程序流程圖： 開(kāi)始等待刷卡進(jìn)入注冊(cè)模式是否按K1?Y清除存儲(chǔ)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(mén)禁系統(tǒng)不但要求能夠清除卡號(hào)，而且要有期限管理來(lái)控制RFID卡的合法性，也就是說(shuō)要使已經(jīng)合法的RFID卡到一定時(shí)間之后會(huì)無(wú)法刷卡開(kāi)門(mén)，因此我用定時(shí)器DS1302來(lái)完成此項(xiàng)功能。給定時(shí)器設(shè)定一個(gè)初始時(shí)間，門(mén)禁系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)定時(shí)器時(shí)間開(kāi)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(huì)控制存儲(chǔ)器EEPROM使存儲(chǔ)內(nèi)容清除，從而使RFID卡無(wú)法開(kāi)門(mén)，達(dá)到期限管理的目的。 開(kāi)始定時(shí)器開(kāi)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(chǔ)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(chǔ)程序設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器EEPROM采用AT24C02，主要的用途是把在注冊(cè)模式下所刷的RFID卡的卡號(hào)保存起來(lái)，使RFID卡合法化。已經(jīng)保存的卡號(hào)則為合法卡，可以開(kāi)門(mén)。保存卡號(hào)的過(guò)程是在注冊(cè)模式下完成的，當(dāng)LCD1602顯示“Register Mode”此時(shí)刷卡存儲(chǔ)器便會(huì)保存卡號(hào)完成注冊(cè)，其程序流程圖如下圖所示：開(kāi)始初始化系統(tǒng)等待刷卡是否在注冊(cè)模式？NY再次刷卡開(kāi)門(mén)結(jié)束刷卡只顯示卡號(hào)不開(kāi)門(mén)刷卡保存卡號(hào)不開(kāi)門(mén)圖48 開(kāi)門(mén)模塊程序流程圖 開(kāi)門(mén)模塊程序設(shè)計(jì)本次門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來(lái)模擬刷卡之后的開(kāi)門(mén)，但是我對(duì)開(kāi)門(mén)之后什么時(shí)候關(guān)門(mén)這個(gè)問(wèn)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(mén)，不能太早關(guān)門(mén)，當(dāng)然也不能刷卡者進(jìn)入之后很長(zhǎng)時(shí)間還沒(méi)有關(guān)門(mén)。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(cè)到障礙物時(shí)輸出端會(huì)有一個(gè)低電平信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)不關(guān)門(mén)即不回轉(zhuǎn)，而當(dāng)是輸出端為高電平時(shí)則關(guān)門(mén)，形成一個(gè)開(kāi)門(mén)系統(tǒng)。開(kāi)始卡號(hào)合法延遲步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)開(kāi)門(mén)保持開(kāi)門(mén)狀態(tài)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)門(mén)輸出端為高電平結(jié)束紅外傳感器是否檢測(cè)到障礙物？YN輸出端為低電平 圖49 開(kāi)門(mén)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(kāi)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(kù)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(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)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(duì)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(xiě)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(duì)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(mén)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(shuō)明了軟件設(shè)計(jì)的組成，然后給出了門(mén)禁系統(tǒng)的主流程圖，說(shuō)明了門(mén)禁系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)，即刷卡開(kāi)門(mén)，重點(diǎn)分析了讀卡過(guò)程的軟件設(shè)計(jì)。此外，對(duì)LCD1602顯示程序 、按鍵控制程序、定時(shí)器程序、存儲(chǔ)程序以及卡門(mén)程序，以流程圖的形式進(jìn)行了說(shuō)明。在最后簡(jiǎn)單說(shuō)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(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，經(jīng)過(guò)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(guò)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(dòng)手調(diào)試和問(wèn)題探究，最后通過(guò)51單片機(jī)完成了基于RFID的門(mén)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(mén)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(huà)出了電路原理圖。軟件方面復(fù)習(xí)了C語(yǔ)言編程技巧，嘗試不斷的編寫(xiě)及改善程序，熟練運(yùn)用Keil軟件，一步一步不斷完善門(mén)禁系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。此次門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成了如下功能：首先可以通過(guò)按鍵控制使門(mén)禁系統(tǒng)有3中工作模式：刷卡模式；注冊(cè)模式；清除模式。然后可以通過(guò)把RFID卡卡號(hào)存入EEPROM的方式來(lái)完成RFID卡的注冊(cè)，當(dāng)再次刷卡時(shí)單片機(jī)比較卡號(hào)，若卡號(hào)相同便會(huì)開(kāi)門(mén)。其次由于要實(shí)現(xiàn)RFID卡的期限管理，因此可以通過(guò)時(shí)鐘芯片設(shè)置時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間便會(huì)清除存儲(chǔ)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(dòng)來(lái)模擬開(kāi)門(mén)，并且加入紅外傳感器模塊，檢測(cè)刷卡者是否通過(guò)，以便選擇關(guān)門(mén)時(shí)間。雖然本次設(shè)計(jì)的門(mén)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(shí)以及個(gè)人能力的限制所設(shè)計(jì)的門(mén)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(guó)棟. 基于射頻識(shí)別技術(shù)的門(mén)禁系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).(碩士學(xué)位論文).長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2005，2