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畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于非接觸式ic卡宿舍門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-資料下載頁(yè)

2024-12-03 19:04本頁(yè)面

【導(dǎo)讀】式在非接觸IC卡和讀卡器之間進(jìn)行無(wú)線通訊,完成目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。為核心,設(shè)計(jì)完成了一套簡(jiǎn)單的基于非接觸式IC卡的門禁管理系統(tǒng)。過(guò)RS232通信接口與PC管理機(jī)通信。軟件設(shè)計(jì)包括MFRC500的應(yīng)用程序的設(shè)。計(jì)、讀卡器及其它電路的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)三個(gè)部分。

  

【正文】 Hz 的時(shí)鐘振蕩器, AT89C51 編程方 法如下: ( 1) .在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。 ( 2) .在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 ( 3) .激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 ( 4) .在高電壓編程方式時(shí),將 EA—— / Vpp 端加上 +12V 編程電壓。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 19 ( 5) .每對(duì) Flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位,加上一個(gè) ALE/ PROG 編程脈沖。 改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù),重復(fù) 1— 5 步驟,直到全部文件編程結(jié)束。每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的,通常約為 。 數(shù)據(jù)查詢 AT89C51 單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫周期是否結(jié) 束,在一個(gè)寫周期中,如需讀取最后寫入的那個(gè)字節(jié),則讀出的數(shù)據(jù)的最高位( )是原來(lái)寫入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后,有效的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在所有輸出端上,此時(shí),可進(jìn)入下一個(gè)字節(jié)的寫周期,寫周期開(kāi)始后,可在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。 本次設(shè)計(jì)的主控模塊選取 AT89C51 的 PO 口作為地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口,與 RC500 芯片的數(shù)據(jù)總線相連。 P3 口的一部分口線與 RC500 芯片的控制總線相連,一部分與串行接口芯片 RS232 相連。主控模塊的電路圖如圖 所示。 圖 主控模塊的電路圖 通信模塊設(shè)計(jì) 讀卡器用串 行接口芯片 MAX232 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 DB9 直接與 PC 機(jī)相連。 MAX232是 MAXIM 公司生產(chǎn)的專用串行接口芯片,包括 2 路接收器和驅(qū)動(dòng)器,我們只用其中一路收發(fā)器。芯片內(nèi)部有一個(gè)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(fù)邏輯 )。所以使用此接口芯片的串蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 20 行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源。 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v 單電源供電。 在本設(shè)計(jì)中硬件上采用 3 線制 (RXD、 TXD、 GND)軟握手的零 MoDEM 方式,即將 PC 機(jī)和單片機(jī)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(hào)線如握手信號(hào)線均不用,而采用軟件握手,這樣即可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)又可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),節(jié)約了成本。 MAX232 的電路連接如圖 所示。 圖 MAX232的電路連接圖 時(shí)鐘電路 設(shè)計(jì) 本 系統(tǒng) 存儲(chǔ)的事件信息中不僅需要記錄卡號(hào),而且需要記錄事件發(fā)生的時(shí)間,在液晶顯示器上也需要顯示時(shí)間。因?yàn)樾枰紤]系統(tǒng)掉電情況下的時(shí)間顯示以及良好的微機(jī)接口 。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方式可分為兩種,一種是串行接 口方式的如DSl30 PCF8583 等。這種芯片通常為 8 腳 DIP 封裝,占用空間小,連線簡(jiǎn)單,一般只需占用 CPU 的 2 一 3 條 I/O 口線,但是數(shù)據(jù)傳送慢。另一種是并行接口方式的,如 DS1288 DS1287。這種芯片的管腳多,與 CPU 的接口的連線多,而且體積大,但是并行接口方式數(shù)據(jù)傳送快。 本系統(tǒng)選擇 DS1302 作為時(shí)鐘芯片。 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片 , 內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信 。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒 、 分 、 時(shí) 、 日 、 日期 、 月 、 年 的信息 , 每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整 , 時(shí)鐘操作可通過(guò) AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格 式。 DS1302 與蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 21 單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信 。 僅需用到三個(gè)口線 :( 1) RES( 復(fù)位 ),( 2) I/O( 數(shù)據(jù)線 ),( 3) SCLK( 串行時(shí)鐘 )。 時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信 。 DS1302 工作時(shí)功耗很低 , 保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 DS1302 是由 DS1202 改進(jìn)而來(lái) 。 增加了以下的特性 : 雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng) , Vcc1 為可編程涓流充電電源 , 附加七 個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器 。 它廣泛應(yīng)用于電話 、 傳真 、 便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域 。 本設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路如圖 所示: 圖 時(shí)鐘電路 液晶顯示模塊 設(shè)計(jì) 依據(jù)智能門禁系統(tǒng)的功能要求,當(dāng)有人刷卡時(shí),需要顯示時(shí)間信息 (年、月、日及時(shí)、分、秒 )、卡號(hào)信息 (5 位卡號(hào) )、姓名以及刷卡狀態(tài) (有效或無(wú)效 )。 液晶顯示的原理 :每一個(gè)漢字在漢字庫(kù)中有確定的區(qū)和位編號(hào) (用兩個(gè)字節(jié) ),這就是所 謂的區(qū)位碼。區(qū)位碼的第一個(gè)字節(jié)表示區(qū)號(hào),第二個(gè)字節(jié)表示位號(hào),因而只要知 道了區(qū)位碼,就可知道該漢字在字庫(kù)中的地址,每個(gè)漢字在字庫(kù)中是 以點(diǎn)陣字模形式存儲(chǔ)的,如一般采用 16x16 點(diǎn)陣形式,每個(gè)點(diǎn)用一個(gè)二進(jìn)制位表示,存 1 的點(diǎn),當(dāng)顯示時(shí)可以在屏上顯示一個(gè)亮點(diǎn),存 0 的點(diǎn),則在屏上不顯示,這樣就把某存字的 16xl6 點(diǎn)陣信息直接用來(lái)在顯示器上按上述原則顯示,則將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的漢字。 根據(jù)顯示原理,在字符或者漢字的顯示時(shí),把要顯示的字符或者漢字的位元資料以表的形式在程序中給出,采用查表的方式讀取它們 。 本設(shè)計(jì)選取的顯示芯片為 LCD1602。 電路圖如 所示: 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 22 圖 液晶顯示電路圖 天線模塊設(shè)計(jì) 天線是一種轉(zhuǎn)能器。發(fā)射時(shí),它把發(fā)射機(jī)的高頻電流轉(zhuǎn) 化為空間電磁波;接收時(shí),它又把從空間截獲的電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流送人接收機(jī).對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用于射頻識(shí)別系統(tǒng)中的小功率、短距離無(wú)線收發(fā)設(shè)備,天線設(shè)計(jì)是其中的重要部分。良好的天線系統(tǒng)可以使通信距離達(dá)到最佳狀態(tài)。天線的種類很多,不同的應(yīng)用需要不同的天線。在小功率、短距離的 RFID 系統(tǒng)中,需要一個(gè)通信可靠、價(jià)格低廉的天線系統(tǒng), PCB 環(huán)型天線是比較常用的一種.本文主要討論用于由 NXP 公司的射頻芯片 RC500 所設(shè)計(jì)的讀卡器中使用的天線.由于該芯片要求的天線阻抗為 70 Q,工作于 l3. 56 MHz,因此在設(shè)計(jì)中,采用PCB 環(huán)形天線。 電感藕合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫器天線用于產(chǎn)生磁通量,而磁通量用于向非接觸式 IC 卡提供電源并在讀卡器與非接觸式 Ic 卡之間傳輸信息。因此,對(duì)讀卡器天線的構(gòu)造就有三個(gè)基本要求:首先是使天線線圈的電流最大,用于產(chǎn)生最大的磁通量:其次是功率要匹配,以最大程度地利用產(chǎn)生磁通量的可用能量;最后是要有足夠的帶寬,以無(wú)失真地傳送用數(shù)據(jù)調(diào)制的載波信號(hào) 品質(zhì)因數(shù) Q 和諧振頻率是電感藕合式射頻識(shí)別系統(tǒng)讀卡器天線的特征值,蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 23 由于品質(zhì)因數(shù) Q 會(huì)影響天線讀寫距離,所以是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù),它可以通過(guò)電感線圈的電抗與電阻的比值計(jì) 算出來(lái), 。 較高的品質(zhì)因數(shù),會(huì)得到較高的讀卡器天線電壓,其中可增加應(yīng)答器即 IC 卡的能量傳輸。與之相反,天線的傳輸帶寬與品質(zhì)因數(shù) Q 值成反比。選擇的品質(zhì)因數(shù)過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致帶寬縮小,從而明顯地減弱應(yīng)答器接收到的調(diào)制邊帶。此外,由于 Mifare 卡是無(wú)源非接觸式 IC 卡,其能量是通過(guò)天線感應(yīng)來(lái)的。而且由于受到卡形狀的限制,卡中不可能封裝很大的天線,使得接收的能量較小,從而決定了讀卡器天線讀寫距離很短,一般在 100mm 以內(nèi)。 (1)天線大小和讀寫距離 由于 MF RC500 是低功耗設(shè)計(jì),因此卡和天 線之間的耦合系數(shù)必須滿足一定的值,卡和天線之間的耦合系數(shù)不能低于 O. 3。天線一般設(shè)計(jì)為三圈,可以設(shè)計(jì)為圓形或者方形天線。天線的直徑必須介于 O. 5~ 1. 5mm 之間。表 給出了卡和天線耦合系數(shù)為 時(shí)的天線大小和讀寫距離關(guān)系表 表 天線大小和讀寫距離關(guān)系表 大小 (mm) 讀寫距離 (mm) 50 50 7 65 54 10 85 54 12 85 54 8 90 90 5 (注:上述表中的讀寫距離是在非金屬環(huán)境中的測(cè)定值,實(shí)際應(yīng)用中的讀寫距離是此距離的兩到三倍。本課題設(shè)計(jì)的讀卡器中,天線 采用 65mm 54mm,圈數(shù)為方形天線 ) (2)天線電感的計(jì)算 天線的電感必須介于 800nH 和 之間。天線的電感通過(guò)下列公式計(jì)算: 其中: L:讀卡器天線電感 (單位 cm) I:天線導(dǎo)體長(zhǎng)度; D:天線導(dǎo)體寬度 (必須介于 O. 5~ 1. 5mm 之間 ); N:天線導(dǎo)體圈數(shù) (三圈 )。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 24 (3)天線耦合電路圖 天線耦合電路圖如圖 所示: 圖 圖中電容 C2 C2 C2 C27(通稱 C2)的值是由天線的電感值決定的,并且需要根據(jù)天線的形狀進(jìn)行調(diào)整。 C2 電容值的大小嚴(yán)重影響讀卡器的性能 ,也就是影響讀卡器的讀寫距離。不同類型的卡和不同的使用環(huán)境都將影響讀卡器的性能表現(xiàn),這就需要在確定了卡的類型之后,在實(shí)際的使用環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn),確定不同的 C2 值,使讀卡器具有最好的性能表現(xiàn)。 MF RC500 有一個(gè)引腳,當(dāng)讀卡器發(fā)出某一指令時(shí),可以通過(guò)使用示波器觀察該引腳的輸出信號(hào),不斷改變卡與讀卡器之間的距離和 C2 值,示波器將輸出不同的波形,根據(jù)不同的波形即可確定讀卡器最好性能時(shí)候的 C2 值。 射頻模塊接口電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分就是讀卡器的射頻讀寫模塊,而該模塊的核心是 Philips 公司為 Mifare 卡設(shè)計(jì)的 MF RC500 專用讀卡芯。 MF RC500 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成讀卡 IC 系列中的一員 , 該讀卡芯片系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議 。 MF RC500 支持 ISO14443A 所有的層 。 內(nèi)部的發(fā)送器部分 , 不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線 ( 可達(dá) 100mm)。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器這樣給讀卡器 /終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。 典型特性 包括: ? 高集成度模 擬電路用于卡應(yīng)答的解調(diào)和解碼 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 25 ? 緩沖輸出驅(qū)動(dòng)器使用最少數(shù)目的外部元件連接到天線 ? 近距離操作 (可達(dá) 100mm) ? 并行微處理器接口帶有內(nèi)部地址鎖存和 IRQ 線 ? 靈活的中斷處理 ? 自動(dòng)檢測(cè)微處理器并行接口類型 ? 方便的 64 字節(jié)發(fā)送和接收 FIFO 緩沖區(qū) ? 帶低功耗的硬件復(fù)位 ? 軟件實(shí)現(xiàn)掉電模式 ? 可編程定時(shí)器 ? 用戶可編程的啟動(dòng)配置 ? 數(shù)字模擬和發(fā)送器部分各自獨(dú)立的電源輸入腳 ? 內(nèi)部振蕩器緩沖連接 石英晶體低相位抖動(dòng) ? 時(shí)鐘頻率濾波 ? 短距離應(yīng)用中發(fā)送器天線驅(qū)動(dòng)器為 操作 功能原理框 圖 所支持的微處理器接口 MFRC500支持與不同的微處理器直接接口可與個(gè)人電腦的增強(qiáng)型并口 EPP直接相連。表 MFRC500所支持的并口信號(hào)。 表 總線控制信號(hào) 總線 獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線 復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線 獨(dú)立的讀與寫選控制 NRD,NWR,NCS NRD,NWR,NCS,ALE Mifare 狀態(tài)和控制單元 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換處 理單 元CRC 校驗(yàn)、幀校驗(yàn)、位檢 數(shù)據(jù)總線 安全密鑰存儲(chǔ)器 地址總線 模擬單 元 包括:位信息 號(hào) 的調(diào) 制 與解調(diào) 控制總線 緩沖微控制 器接 口 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 26 通信號(hào) 地址 A0, A1, A2 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5 數(shù)據(jù) D0…… .D7 AD0…… AD7 共用的讀和寫選通信號(hào) 控制 R/NW,NDS,NCS AD0… ..AD7 地址 A0, A1, A2 AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5 數(shù)據(jù) D0…… D7 AD0…… AD7 帶握手的共用讀和寫選通信號(hào)( EPP) nWrite,nDStrb,nWait AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5 AD0…… AD7 MFRC500微處理器具有接口類型自動(dòng)檢測(cè)功能,在每次上電或硬復(fù)位后 MFRC500也復(fù)位 其并行微處理器接口模式并檢測(cè)當(dāng)前微處理器接口的類型MFRC500在復(fù)位階段后根據(jù)控制腳的邏輯電平識(shí)別微處理器接口這是由固定管腳連接的組合見(jiàn)。 管腳說(shuō)明 OSCOUT32ALE21RSTPD31VMID30RX29AVSS28AUX27AVDD26DVDD25A224A123A022D720D619D518D417OSCIN1IRQ2MFIN3MFOUT4TX15TVDD6TX27TVSS8NCS9NWR10NRD11DVSS12D013D114D215D316MFRC500U
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