【導(dǎo)讀】卡進(jìn)行登記，識別，有效期管理，實現(xiàn)門禁控制。等），智能門禁系統(tǒng)的便利性和安全性讓它越來越受到重視。要存在的問題，提出了基于RFID門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。軟件設(shè)計過程，對硬件子電路的選型設(shè)計、子程序設(shè)計等作了詳細(xì)介紹。門禁系統(tǒng)能讀寫荷蘭Philips公司的Mifare非接觸式射頻卡，讀。當(dāng)有卡進(jìn)入時則讀卡內(nèi)數(shù)據(jù)后通過單片機(jī)處理后程序自動。判斷是不是合法RFID卡，并且將卡號傳送到LCD1602上顯示。法的RFID卡則可以使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，達(dá)到開門效果。課題背景及意義.

　　

【正文】 時才使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)回原來位置，形成關(guān)門效果。 圖 38 紅外傳感器實物圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 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，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，同時信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍 2～ 30cm， 工作電壓 ～ 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 [16]。 硬件實物展示 基于 RFID 的門禁系統(tǒng)設(shè)計實物圖如圖 39 所示： 圖 39 門禁系統(tǒng)硬件實物圖 第 3章 門禁系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 21 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。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，把硬件分成了幾個模塊；然后分別細(xì)致的介紹了主要模塊的硬件設(shè)計，包括 讀卡器模塊 FM1702SL、Mifare 射頻卡、 存儲器 EEPROM： AT24C0時鐘芯片 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 RFID 門禁系統(tǒng)的硬件實物圖。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 4 章 門禁系統(tǒng) 的 軟件設(shè)計 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)點是代碼生成效率高 ， 程序運行速度快；缺點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算機(jī)程序設(shè)計語言 ， 在國際上十分流行 ， 它既可用來編寫計算機(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。 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計模塊框圖 圖 41 門禁 系統(tǒng) 軟件 控制模塊結(jié)構(gòu) 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 定時器模塊 第 4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23 本次門禁系統(tǒng)設(shè)計中的程序是由多個模塊 組合起來的，有 LCD1602 液晶顯示模塊來進(jìn)行顯示操作，由于要實現(xiàn)期限管理，所以要有定時器 DS1302時間記錄模塊。此外，因為要把卡號存入存儲器 EEPROM 中，所以有存儲模塊程序。該設(shè)計用步進(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 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。 開始 初始化系統(tǒng) 等待刷卡 是否有卡 ？ N Y 是否開門 ？ N 開門 Y 關(guān) 門 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 讀卡過 程及 程序設(shè)計流程圖 圖 43 讀卡過程 程序 流程圖 讀卡器軟件編程實現(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主要過程： 開始 尋卡 選擇卡片 防沖突 寫卡 讀卡 是否有卡？ Y N 驗證 N 是否寫卡？ Y 啟動串口 第 4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25 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 個字節(jié) ， 實際有意義的只有前 4 個字節(jié) ， 最后一個字節(jié)是 序列號 的異或校驗的校驗碼 ， 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 ， 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 ， 因為卡片只有先被選中了 ， 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)實現(xiàn)的 。 驗證 在對所選 Mifare 卡進(jìn)行讀、寫之前， 必需對 Mifare 卡進(jìn)行驗證，也即檢查卡的合法性，這可以通過將存儲在 FM1702SLRAM 中的密碼集中的一燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 組密碼與 Mifare 卡片上的密碼進(jìn)行比較實現(xiàn)，如果它們匹配，說明所選Mifare 卡合法，則卡的驗證成功，允許對卡進(jìn)行讀、寫操作。驗證卡片的過程是通過 Authentication( )函數(shù)實現(xiàn)的。 讀取卡號 如果完成了前面幾個步驟 ， 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( )從已通過密碼驗證的扇區(qū)中讀取一個數(shù)據(jù)塊 ， 共 16 個字節(jié) ， 其中前面幾個字節(jié) 即為卡號（ 1 個字節(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)計流程圖 LCD1602 顯示程序 設(shè)計 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慢顯示器件，在系統(tǒng)每發(fā)出一個控制指令時，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)則取第 4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計 27 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： 圖 45 LCD1602 程序設(shè)計流程圖 按鍵 控制 程序設(shè)計 由于本次門禁系統(tǒng)設(shè)計要對 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 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 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、清屏 結(jié)束 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 46 按鍵模塊程序流程圖 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? N Y 是否按 K1? 進(jìn)入清除模式 Y N 是否按 K2? N Y 第 4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計 29 定時器模塊 程序設(shè)計 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 定時間之后會無法刷卡開門， 因此我用定時器 DS1302 來完成此項功能 。給定時器 設(shè)定一個初始時間，門禁系統(tǒng) 開始運行時定時器時間開始增加，程序中設(shè)置一段時間 ，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時間時 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。 圖 47 定時器模塊程序流程圖 開始 定時器開始計時 等待刷卡 定時器是否到達(dá)指定時間？ N 清除存儲器數(shù)據(jù) Y 結(jié)束 等待刷卡 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 存儲程序 設(shè)計 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： 圖 48 開門模塊程序流程圖 開始 初始化系統(tǒng) 等待刷卡 是否在注冊模式 ？ N Y 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 第 4章 門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計 31 開門 模塊程序設(shè)計 本次門禁系統(tǒng)設(shè)計，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候關(guān)門這個問題思考了很久 。 因為必須等到刷卡者進(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)入之后很長時間還沒有關(guān)門。 最后決定加入紅外傳感器這個器件 ，他的輸出端與單片機(jī) I/O 口相連，當(dāng)他檢測到障礙物時輸出端會有一個低電平信號，此時單片機(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則關(guān)門，形成一個開門系統(tǒng) 。