【文章內(nèi)容簡介】 露，又無從查起，安全系數(shù)很低。同時(shí)這個時(shí)期的產(chǎn)品由于大多采用讀卡部分（密碼輸入）與控制部分合在一起安裝在門外，很容易被人在室外打開鎖。這個時(shí)期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當(dāng)時(shí)的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。 最近幾年隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣 [5]。 RFID 門禁系統(tǒng)的優(yōu)越性 (1)使用壽命長 RFID 卡和讀卡器無需機(jī)械接 觸即可工作 ， 從而避免了因機(jī)械磨損而導(dǎo)致的故障，大大延長了使用壽命。 (2)使用方便 RFID 卡使用非常簡單，不需固定方向和位置，決不會有黑暗中找不到鎖孔的煩惱。 (3)安全可靠 每張卡在出廠時(shí)都寫有唯一的不可更改的編號，卡和讀卡器均不可復(fù)制，且防水、防磁，抗干擾。當(dāng)卡片不慎丟失，不需再勞神費(fèi)力換鎖，只需在控制器或系統(tǒng)軟件將卡片刪除便可萬無一失，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。 (4)一卡多用 機(jī)械鎖每門至少必須配一把鑰匙，而 RFID 卡可 以一 張 卡開多 個 門，只要隨身帶一張卡，便可通行任意通道，再也不用帶 很多 沉甸 甸的鑰匙 [6]。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 本文 主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu) 研究的主要內(nèi)容 本文針對國內(nèi)目前的市場需求情況，通過 51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了一套基于RFID 的門禁系統(tǒng)。 論文在探討了 基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的 發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì) 了門禁系統(tǒng) 的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，給出 了以 51 單片機(jī)和 RFID 讀卡器為核心的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ， 包括 設(shè)計(jì) 主程序流程圖和 模塊子 程序 ，并進(jìn)行 實(shí)際電路 調(diào)試 。 本論文結(jié)構(gòu) 第一章：緒論 。簡要論述了課題的背景及意義、 探討目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 以及 發(fā)展 趨勢 和論文結(jié)構(gòu)等。 第二章： RFID 門禁系 統(tǒng)理論基礎(chǔ) 。主要 概述了射頻識別技術(shù)，說明了它 的工作原理以及典型結(jié)構(gòu)，介紹了門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 ，并且提出了論文擬解決的關(guān)鍵問題和解決方法 。 第三章：門禁系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。主要講述門禁系統(tǒng)基本工作原理和設(shè)計(jì)框圖及外圍模塊電路的設(shè)計(jì) 以及展示了門禁系統(tǒng)的硬件實(shí)物 。 第四章：門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要講述軟件設(shè)計(jì)框圖、主程序設(shè)計(jì)流程和各個子程序模塊的設(shè)計(jì) ，并且對程序的編譯與調(diào)試做出了簡要的說明。 第 2章 RFID門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 5 第 2 章 RFID 門禁系統(tǒng)理論 基礎(chǔ) 射頻識別技術(shù) 射頻識別 （ Radio Frequency Identification， RFID） 技術(shù)是從八十年代逐漸走向成熟的一種自動識別技術(shù)，它是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合 （ 交變磁場或電磁場 ） 實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。射頻識別是無線電識別的簡稱，它源于無線電通信技術(shù)，綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)智能控制、智能識別等高新技術(shù)，順應(yīng)了電子商務(wù)、交通運(yùn)輸、物流管理的發(fā)展需要。是當(dāng)前最受人們關(guān)注的技術(shù)之一。射頻識別技術(shù)具有非接觸、自動完成識別過程、不易損壞、可識別高速運(yùn)動物體、數(shù)據(jù)存儲量大等優(yōu)點(diǎn)，極大地加速了有關(guān)信息的收集和處理，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展 [7]。 射頻識別技術(shù)原理 通常情況下， RFID 的應(yīng)用系統(tǒng)主要由讀寫器和 RFID 卡兩部分組成的，如圖 21 所示： 讀 寫 器計(jì) 算 機(jī)射 頻 前 端邏 輯 控 制存 儲 器應(yīng) 答 器 圖 21 射頻識別系統(tǒng)原理圖 其中，讀寫器一般作為計(jì)算機(jī)終端 ， 用來實(shí)現(xiàn)對 RFID 卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。而 RFID 卡則是一種無源的應(yīng)答器，主要是由一塊集成電路芯片及其外接天線組成，其中 RFID 卡芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的基本工 作原理是 RFID 卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后 ， 由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源 ， 同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 流通過射頻前端電路檢得數(shù)字信號送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理 ， 所需回復(fù)的信息則從存儲器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路 ， 最后通過天線發(fā)回給讀寫器 。 可見 ， RFID 卡與讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起關(guān)鍵的作用是天線 。 一方面 ， 無源的 RFID 卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量 ； 另一方面 ， 天線決定了 RFID 卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式 [8]。 射頻識別系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu) 射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖 22 所示 ： 主要是由兩部份組成：讀寫器和射頻卡 。 收 發(fā) 模 塊天 線天 線控 制 模 塊接 口 模 塊計(jì) 算 機(jī)存 儲 器控 制 模 塊收 發(fā) 模 塊數(shù) 據(jù)能 量射 頻 卡讀 寫 器 圖 22 RFID 系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 讀寫器同 RFID 卡之間通過無線方式通訊，因此它們都有無線收發(fā)模塊及天線（或感應(yīng)線圈）。 RFID 卡中有存儲器，內(nèi)存容量為幾個比特到幾十千比特。可以存儲永久性數(shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)可以是 RFID 卡序列號，它是用來作為 RFID 卡的唯一身份標(biāo)識，不能更改；非永久性數(shù)據(jù)寫在 EEPROM 等可重寫的存儲器內(nèi)，用以存儲用戶數(shù)據(jù)。 RFID 卡可以根 據(jù)第 2章 RFID門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 7 讀寫器發(fā)出的指令對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)讀寫操作?？刂颇K完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全等功能。 RFID卡分無源卡和有源卡兩種，有源卡內(nèi)置天線和電池，而無源卡只有內(nèi)置天線沒有電池，其能量由讀寫器提供，由于無源卡無需電池因此其尺寸較小且使用壽命長，應(yīng)用越來越廣泛。讀寫器內(nèi)的控制模塊往往具有很強(qiáng)的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務(wù)，還要實(shí)現(xiàn)相互認(rèn)證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯、出錯報(bào)警及與計(jì)算機(jī)通信等功能。計(jì)算機(jī)的功能是向讀寫器發(fā)送指令，并與讀寫器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 [9]。 門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 門禁系統(tǒng)作為一項(xiàng)先進(jìn)的高科技技術(shù)防范手段 ， 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的智能大廈及酒店、銀行、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、監(jiān)獄等得到了廣泛應(yīng)用 ， 特別是由于系統(tǒng)本身具有隱蔽性、及時(shí)性等特點(diǎn) ， 其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。門禁系統(tǒng)既要處于技術(shù)的尖端 ， 具有智能性、高可靠性、實(shí)時(shí)性 ， 又要能符合實(shí)際需要。因此 ，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則： (1)實(shí)用性 門禁系統(tǒng)的內(nèi)容應(yīng)符合實(shí)際需要 ， 不能華而不實(shí)。如果片面追求系統(tǒng)的超前性 ， 勢必造成投資過大 ， 離實(shí)際需要偏離太遠(yuǎn)。因此 ， 系統(tǒng)的實(shí)用性是首先應(yīng)遵循的第一原則。 (2)實(shí)時(shí)性 如果門禁系統(tǒng) 中任何一個關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)差錯或停機(jī)將直接影響到整個系統(tǒng)的運(yùn)作情況。因此 ， 門禁系統(tǒng)各子系統(tǒng)應(yīng)盡可能屬于不停機(jī)系統(tǒng) ， 以保證工作正常運(yùn)行。 (3)完整性 一個完整的門禁系統(tǒng)是建筑整體形象的重要標(biāo)志。功能完善 ， 設(shè)備齊全 ， 管理方便是設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一個因素。 (4)系統(tǒng)的安全性 門禁系統(tǒng)中的所有設(shè)備及配件在性能安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí) ， 還應(yīng)符合中國或國際有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn) ， 并可在非理想環(huán)境下有效工作另外 ， 系統(tǒng)安全性還應(yīng)體現(xiàn)在信息傳輸及使用過程中 ， 不易被劫獲和竊取等方面。 (5)可擴(kuò)展性 門禁系統(tǒng)的技術(shù)不斷向前發(fā)展 ， 用戶需求也在 發(fā)生變化因此門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)考慮到將來可擴(kuò)展的實(shí)際需要 ， 亦即：可靈活燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 增減或更新各個子系統(tǒng) ， 滿足不同時(shí)期的需要 ， 保持長時(shí)間領(lǐng)先地位 ， 成為智能建筑的典范。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) ， 對需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了合理配置 ， 并且這種配置是可以改變的 ， 設(shè)置甚至在工程完成后 ， 這種配置的改變也是可能的和方便的。系統(tǒng)軟件根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的升級和完善。 (6)易維護(hù)性 門禁系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的維護(hù)應(yīng)盡量做到簡單易行。系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)真正做到開電即可工作 ， 插上就能運(yùn)行的程度。從計(jì)算機(jī)的配置到系統(tǒng)的配置 ， 都充分仔細(xì)地考慮了系統(tǒng)可靠性 在做到系統(tǒng)故障 率最低的同時(shí) ， 也要考慮到即使因?yàn)橐庀氩坏降脑蚨l(fā)生問題時(shí) ， 保證數(shù)據(jù)的方便保存和快速恢復(fù) ， 并且保證緊急時(shí)能迅速地打開通道。整個系統(tǒng)的維護(hù)是在線式的 ， 不會因?yàn)椴糠衷O(shè)備的維護(hù) ， 而停止所有設(shè)備的正常運(yùn)作。 (7)穩(wěn)定性 門禁系統(tǒng)和我們的生活和工作聯(lián)系非常緊密，門禁系統(tǒng)的職能是保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)的安全，一旦系統(tǒng)開始工作就要求連續(xù)不間斷的運(yùn)行，所以穩(wěn)定性對于門禁系統(tǒng)來說就顯得非常重要 [10]。 本論文擬解決的關(guān)鍵問題與解決方法 本 文 研究 RFID 的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用 51 單片機(jī) 實(shí)現(xiàn) 模擬汽車進(jìn)入小區(qū)刷卡開門，當(dāng) RFID 為合法卡時(shí)可以開門進(jìn)入，否則無法進(jìn)入，并且有期限管理 。 擬解決的關(guān)鍵問題 1)怎樣刷卡，采集卡號 ； 2)怎樣判斷 RFID 卡是否合法 ， 能夠開門 ； 3)怎樣控制卡號是否到期 ； 4)怎樣控制門的開關(guān) 。 解決方法 1)用 STC89C52RC 單片機(jī)控制 FM1702Sl 高頻讀卡器實(shí)現(xiàn)刷卡，讀取卡號，卡號及看門狀態(tài)會用 LCD1602 液晶顯示屏顯示 ； 2)采用實(shí)現(xiàn)將 RFID 卡號保存到存儲器 EEPROM 中的方法來進(jìn)行注冊，第 2章 RFID門禁系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 9 刷卡時(shí)查詢存儲器的卡號是否存在，若存在則合法開門 ； 3)采用定時(shí)器 DS1302 進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，時(shí)間到期后需重新注冊 ； 4)采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)模擬開門，當(dāng)卡號合法時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動開門，此外還需要紅外傳感器判斷刷卡者是否通過，若通過則關(guān)門，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) 。 本章小結(jié) 本章主要說明了基于 RFID 門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論知識，首先概述了射頻識別技術(shù)，說明了它的工作原理并介紹了 RFID 系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)，此外還介紹了門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，包括：實(shí)用性、 實(shí)時(shí)性、完整性、安全性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性、穩(wěn)定性，最后并提出了論文擬解決的關(guān)鍵問題且給出了解決方法。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 章 門禁系統(tǒng) 的 硬件電路設(shè)計(jì) 門 禁系統(tǒng)工作原理和電路設(shè)計(jì)主框圖 此次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)主要有讀卡模塊、單片機(jī)控制模塊、步進(jìn)電機(jī)電路、紅外傳感器模塊 、存儲模塊 、 定時(shí)器、蜂鳴器提示電路、顯示電路。 其中高頻讀卡器模塊 FM1702Sl 能讀寫荷蘭 Philips公司的 Mifare非接觸式 RFID卡，讀卡距離約 10cm。控制模塊采用 STC89C52RC 單片機(jī)， 它具有 8K 可編程Flash 存儲器 。單片機(jī)與讀卡器通信是采用 SPI 通信。 其硬件主框圖如圖所示： 圖 31 門禁系統(tǒng)硬件主框圖 51 單片機(jī) 刷卡模塊 RFID 卡 鍵盤輸入 電源供電 晶振 、 復(fù)位電路 步進(jìn)電機(jī) 紅外傳感器 存儲器 LCD1602 時(shí)鐘芯片 第 3章 門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 11 FM1702SL 讀卡器 圖 32 FM1702Sl 讀卡器 實(shí)物圖 FM1702SL 是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計(jì)的，基于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，采用 微米 CMOS EEPROM 工藝，支持ISO14443 typeA 協(xié)議，支持 MIFARE 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持 SPI 接口，數(shù)字電路具有 TTL、 CMOS 兩種電壓工作模式。該芯片的三路電源都可適用于低電壓?？杉嫒?Philips 的 RC500、 RC5 RC531 及 RC632 等讀卡機(jī)芯片。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的 外圍電路就可以工作，支持 6 種微處理器接口，數(shù)字電路具有 TTL、 CMOS 兩種電壓工作模式。適用于各類計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。尤其 FM17XXL 系列芯片，其三路電源的最低工作電壓均可達(dá) ，這一特性優(yōu)于其他公司的同類產(chǎn)品 [11]。 圖 32 為 FM1702SL 讀卡器實(shí)物圖 。 本文中 FM1702Sl 讀卡器主要是通燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 過 SPI 總線協(xié)議，下面主要對它進(jìn)行介紹。 SPI 總線協(xié)議 SPI（ Seria