【文章內容簡介】 地開發(fā)、改進 MIFARE 結構平臺。至今，已經擁有了許多系列的智能卡集成電路、讀卡機集成電路。 Philips 半導體公司的 MIFARE 非接觸智能卡在非接觸卡應用領域占有全球 80%的市場份額，是目前非接觸智能卡的工業(yè)標準，廣泛應用于公共交通、路橋收 費、電子機票、身份證、付費電話、付費電視等領域，特別是在門禁系統(tǒng)的應用上。 國內研究的現(xiàn)狀 隨著國內廠商硬件技術的成熟， 國內市場 已表現(xiàn)出向成長期迅速發(fā)展的明顯趨勢。 我國政府在 1993年制定的 “金卡工程實施計劃 ”及全國范圍的金融卡網絡系統(tǒng) 10年規(guī)劃，是一個旨在加速推動我國國民經濟信息化進程的重大國家級工程。它的實施，推動了金融電子化、商業(yè)和流通領域電子化的步代，使我國銀行業(yè)務得到迅速發(fā)展，并逐漸在電信、公安、石油、海關、工商管理、稅收征管、衛(wèi)生醫(yī)療、交通管理、公共事業(yè)、社會桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 54 頁 保障等各行各業(yè)得到廣泛應用，并帶動 了讀寫機器和各類應用產品及系統(tǒng)的開發(fā)、生產和推廣應用，初步形成了從芯片設計、 COS開發(fā)、模塊生產、制卡、讀寫機具及應用產品開發(fā)、生產的完整體系。如 20xx年 12月份在上海推出的社會保障卡，存儲了持卡者的指紋、姓名、身份證號碼、照片、工作單位、婚姻狀況等信息，真正做到了個人信息電子化。但目前我國非接觸式 Ic卡的制卡技術及其相應的讀、寫卡設備技術仍處于相對落后狀態(tài)，這種要求有極高安全性和保密性的金融行業(yè)制約了我國金卡工程的實施和發(fā)展。也正因為如此，許多軟硬件企業(yè)也紛紛瞄準這一新的 IC卡領域進行生產與開發(fā)，相信非 接觸式 IC片的廣泛應用前景必將帶來這一市場越來越激烈的競爭和更快的發(fā)展。 系統(tǒng)設計 主要內容 本文設計的門禁控制系統(tǒng)，能對出入人員實現(xiàn)有效的控制，可以設定使用的 IC 卡，只有設定的 IC卡才能打開門 , 并記錄卡號和時間，同時把紀錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，以供管理員查詢。 門禁系統(tǒng)設計主要分為兩個部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括硬件電路功能的構造和芯片的選擇；軟件系統(tǒng)包括非接觸式 IC卡讀寫操作、程序的編寫和串口通信程序的編寫，以及應用操作界面的設計。 （ 1） 硬件問題 門禁控制系統(tǒng)的硬件主要有四部分：微處理模塊，讀卡模 塊，顯示模塊，串口通信模塊。 讀卡模塊是智能門禁系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中負責讀卡、與 PC機通信、向控制器發(fā)送控制信號等工作。串口通信模塊主要由串行接口芯片組成，能實現(xiàn)串口與 PC機的通信。 （ 2） 軟件問題 軟件設計是本次設計的重點。因為所有的控制都是基于單片機控制。主要涉及到單片機控制和串口通信協(xié)議。讀卡器讀取卡的信息，系統(tǒng)將卡的信息傳輸?shù)?PC 機，并將數(shù)據(jù)保存到 PC 機，以供查詢。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 54 頁 2 方案設計 設計就是根據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達到目的。 硬件設計是通過對設 計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達到設計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設計方案的選擇。軟件設計是分析設計的硬件用程序實現(xiàn)其功能，并且調試優(yōu)化產品功能。 設計要求 設計的門禁系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能： （ 1）、可以設定使用的 IC 卡，只有設定的 IC 卡才能打開門 , 并記錄卡號和時間。 （ 2）、可以通過計算機設定門禁系統(tǒng)參數(shù)。 （ 3）、可以把紀錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。 方案的論證 根據(jù)卡 的種類 分為接觸卡門禁系統(tǒng)（磁條卡 條碼卡）和非接觸卡（又叫感應卡 射頻卡）門禁系統(tǒng)。 接觸卡門禁系統(tǒng)由于 接觸而是的卡片容易磨損，使用次數(shù)不多，卡片容易損壞等，使用的范圍已經越來越少了，只在和銀行卡（磁條卡）有關的場合被使用，例如：銀行VIP 通道門禁系統(tǒng)，無人值守取款機門禁系統(tǒng)等局部行業(yè)性領域還在使用。 非接觸 IC卡 可用以存儲數(shù)字、字母編碼信息，具有智能讀寫和加密通信的功能，卡中存儲需要識別、交互的數(shù)據(jù)可以隨時寫入、更改或擦除。它通過無線電波與讀寫設備進行數(shù)據(jù)交換，不需要電氣觸點，操作時無需接觸不會磨損，芯 片封裝在卡片內，不會被腐蝕，所以經久耐用。 由于其耐用性，性價比好，讀取速度快，安全性高等優(yōu)勢，是當前門禁系統(tǒng)的主流。 本文正是采用非接觸式 IC 卡來設計門禁控制系統(tǒng)， 主要探討了 通過 Philips 公司的Mifare 射頻卡，微處理電路設計和軟件程序設計，串口通信，上位機出入門管理軟件 來實現(xiàn) 門禁系統(tǒng)的控制 。 方案的確定 本系統(tǒng)使用 AT89S51 單片機來實現(xiàn)控制， 1602 顯示模塊來顯示時間，蜂鳴器模塊作為報警模塊， RS232 模塊作串口通信與上位機進行通信。當有人刷卡時，如果刷卡成功則蜂鳴器報警，表示開門信號。同時 上位機通過調用系統(tǒng)時間并把信息傳輸給單片機，利用單片機來控制 1602 顯示屏來顯示時間和卡號，同時上位機保存刷卡記錄。如果刷卡不成功，蜂鳴器則不響。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 54 頁 門禁機模塊設計 （ 1） 非接觸式 IC 卡讀寫頭部分 讀頭部分采用非接觸 TX522 讀寫模塊，由讀卡器讀入數(shù)據(jù)并加以保存，讀寫頭的讀寫距離在 010 厘米左右。 （ 2） 門禁機主控模塊 智能門禁機主控模塊是智能門禁機系統(tǒng)的核心部分，主要包括 MCU、顯示、時鐘，有精確時間記時和顯示。 管理模塊設計 （ 1） 系統(tǒng)管理主控模塊設計 設計門禁主控模 塊，其主要實現(xiàn)的功能是管理員對一般用戶發(fā)卡，能對丟失的卡進行掛失，對找回的卡進行解掛。 （ 2） 系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)管理設計 運用編程，制作數(shù)據(jù)管理軟件。采集下位機的數(shù)據(jù)并保存，然后管理采集到的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)傳輸模塊的設計 通過 RS232 及串口完成中央控制電腦與門禁 模塊 之間的數(shù)據(jù)傳輸 。 硬件 設計 門禁系統(tǒng)包括 主控模塊、外圍電路，通信模塊，射頻模塊。系統(tǒng)采用 Philips公司的非接觸智能 IC卡 Mifare 1卡，以 M1卡作為用戶卡，以用戶卡的序列號 SN（全球唯一）為依據(jù)控制門的開啟。 通過 AT89S51 對 TX522 模塊的控制達到對卡的讀寫。系統(tǒng)結構簡單 ,成本較低且具有信息量大和安全保密性好等特點。外圍配有 RS232 接口能與 PC 機互相連，可以完成讀卡、顯示卡號和出入時間、身份識別 以及保存和上傳出入記錄等功能。 本系統(tǒng)選擇單片機時考慮 到 幾個問題：處理能力、存儲器空間的大小、兼容性、系統(tǒng)整體設計及性價比， 以及 系統(tǒng)的通信速度和通信方法 (包括與 PC機通信以及與射頻模塊通信 )等 。選取了 ATMEL公司生產的 AT89S51單片機作為讀卡器的 控制 模塊。 AT89S51 單片機 AT89S51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀 存儲器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 其主要特性： （ 1） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 （ 2） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 54 頁 （ 3） 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 （ 4） 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz （ 5） 三級程序存儲器鎖定 （ 6） 128*8 位內部 RAM （ 7） 32 可編程 I/O 線 （ 8） 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 （ 9） 5 個中斷源 （ 10）可編程串行通道 （ 11）低功耗的閑置和掉電模式 （ 12）片內振蕩器和時鐘電路 圖 AT89S51 單片機引腳圖 由上圖可知 AT89S51的內部結構主要包括有 ALU部件、定時和控制部件、并行 I／ O接口、串行 I／ O接口、定時器部件、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等七個部分。 部分引腳的功能為： VCC:電源； GND:地； RST:復位輸入。晶振工作時， RST腳持續(xù) 2個機器周期高電平將使單片機復位。在一般情況下， ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用； XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 1） 、時鐘電路 單片機內部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳 1XTAL ，輸出端為引腳2XTAL 。而在芯片外部 1XTAL 和 2XTAL 之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 這里使用震蕩頻率為 12MHz的石英晶體。 需要注意的是： 設計 電路板時，振蕩器和電容應盡量安裝得與單片機靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn) 定、可靠的工作電路圖如圖 所示： 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 54 頁 圖 振蕩電路 （ 2） 復位電路 單片機的復位電路 采用 按鍵復位方式： 按鍵復位：程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需按復位鍵以重新啟動。 RST 引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效。 圖 復位電路 報警模塊 設計 報警指示模塊： 選用晶體管組成晶體管驅動電路。 在每次讀合法卡成功時讀卡器都會發(fā)出指示音 ，否則不響 。如圖 圖 報警模塊 顯示模塊 設計 本系統(tǒng)要求門禁在不打卡時具備顯示當前時間 ,打卡時顯示該卡卡號及打卡時間。為桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 54 頁 此，選用了具有有良好的顯示界面的 1602 液晶顯示器。圖 為液晶與 AT89S51 接口電路 。 圖 液晶與 MCU 接口電路 串口 通信模塊設計 讀卡器用串行接口芯片 MAX232通過標準的 DB9直接與 PC機相連。 MAX232是MAXIM公司生產的專用串行接口芯片，包括 2路接收器和驅動器，我們只用其中一路收發(fā)器。芯片內部有一個電源電壓變 換器可把輸入的 +5V電源電壓變換為 RS232輸出電平所需的 177。10V電壓 (負邏輯 )。所以使用此接口芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V電源。 在本設計中硬件上采用 3線制 (RXD、 TXD、 GND)軟握手的零 MODEM方式，即將PC機和單片機的發(fā)送數(shù)據(jù)線 (TXD)與接收數(shù)據(jù) (RXD)交叉連接，二者的地線 (GND)直接相連，而其它信號線如握手信號線均不用，而采用軟件握手，這樣即可以實現(xiàn)預定的任務又可以簡化電路設計，節(jié)約了成本。 MAX232的電路連接如圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 54 頁 圖 MAX232 電路連接圖 射 頻模塊設計 TX522B 是一個簡單的串行讀寫模塊，用于與常用的微處理器 。 通過單片機向TX522B模塊發(fā)送命令來對 TX522B進行讀寫控制 。 下圖為單片機與 TX522 模塊接線圖。 圖 TX522BT 與 MCS51 單片機接口圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 54 頁 3 下位機 程序 設計 第 二 章詳細敘述了系統(tǒng)的硬件設計，但一個只有硬件系統(tǒng)的只是一個 “裸機 ”系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)性能的好壞除了跟硬件設計有關外，更重要的是系統(tǒng)軟件。軟件是一個系統(tǒng)的 “靈魂 ”，本章將詳細介紹系統(tǒng)的 各個模塊的 軟件設計。 單片機模塊程序設計 顯示模塊程序設計 顯示是人與計 算機系統(tǒng)打交道所必不可少的部分，要求門禁在不打卡時具備顯示當前時間 ,打卡時顯示該卡卡號及打卡時間。 HD61202U一共可以有七條指令，從作用上可分為兩類。第一條和第二條指令為顯示狀態(tài)設置類；其余指令為數(shù)據(jù)讀 /寫操作指令，見表 表 HD61202U 的指令一覽表 指令名稱 控制信號 控制代碼 D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示開關設置 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D 顯示起始行設置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1