【正文】 入?yún)^(qū)域分類管制，對(duì)出入人員代碼，出入時(shí)間，出入號(hào)碼進(jìn)行登錄與存儲(chǔ)[2]。電子計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)管理主機(jī)，通過(guò)聯(lián)接系統(tǒng)的各個(gè)讀卡器(即開(kāi)門(mén)控制器)管理門(mén)鎖。從上面的描述，我們可以看到門(mén)禁系統(tǒng)發(fā)展完善的過(guò)程是現(xiàn)代科技與人類文明相結(jié)合而逐步完善的過(guò)程。但是目前的智能門(mén)禁系統(tǒng)大多數(shù)是基于有線通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了一個(gè)新的天地。網(wǎng)絡(luò)管理人員可以迅速而容易地將其加入到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。本課題針對(duì)人們對(duì)智能安防系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的追求，提出一套基于無(wú)線傳輸方式的門(mén)禁系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這一問(wèn)題得到了解決，出現(xiàn)了電子磁卡鎖，電子密碼鎖等電子門(mén)禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)提高了人們對(duì)出入口的管理程度。以下是門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程[3]：第一代門(mén)禁：鍵盤(pán)輸入密碼方式——會(huì)有因忘記密碼而被拒之門(mén)外。磁卡可改寫(xiě)，應(yīng)用方便。(2)鐵碼卡，是用特殊的金屬線排列編碼，采用金屬磁燒的原理制成，不易被復(fù)制。第四代門(mén)禁：生物辨識(shí)門(mén)禁系統(tǒng)它包括指紋機(jī)，掌紋機(jī)，視網(wǎng)膜辨別機(jī)和聲音識(shí)別及人臉識(shí)別裝置。IC卡是由一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片組成，并封裝成人們攜帶的卡片。莫雷諾（Roland Moreno）的法國(guó)工程師手中[6]。IC卡按使用方法和信息交換方式又可分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡（射頻卡）。非接觸式IC卡是通過(guò)電磁波與外界交換信息，帶有射頻收發(fā)及相關(guān)電路的芯片與環(huán)形天線全部埋在塑料基片中，在進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，讀寫(xiě)設(shè)備向射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)與讀寫(xiě)設(shè)備發(fā)射頻率相同的LC串聯(lián)諧振電路，在電磁波的激勵(lì)下產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)貯存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，從而完成將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫(xiě)設(shè)備的數(shù)據(jù)[4]。(3) 可靠性高 非接觸式IC卡與讀寫(xiě)器之間沒(méi)有機(jī)械接觸，這就從根本上消除了由于接觸讀寫(xiě)而產(chǎn)生的各種故障.(4) 高安全性 非接觸式卡的序列號(hào)是唯一的，制造商在產(chǎn)品出廠前已將此序列號(hào)固化在芯片中，不可以更改；非接觸式卡與讀寫(xiě)器之間采用雙向互認(rèn)驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫(xiě)器要驗(yàn)證IC卡的合法性，IC卡也要驗(yàn)證讀寫(xiě)器的合法性。 (6) 適應(yīng)于多種要求 非接觸式IC卡系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境與應(yīng)用對(duì)象的不同而做到作用距離不同，如用于高速公路或一般路、橋收費(fèi)，—20m的系統(tǒng)，如用于電子錢(qián)包或公交收費(fèi)，可選用作用距離僅幾厘米的系統(tǒng)。正是由于非接觸式IC卡的上述特點(diǎn)，使它在某些領(lǐng)域具有接觸式IC卡無(wú)法比擬的優(yōu)越性，被廣泛應(yīng)用于電子錢(qián)包、鐵路、地鐵、公交、輪渡、高速公路、一般路橋收費(fèi)、食堂售飯收費(fèi)、門(mén)禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、身份證等領(lǐng)域。2008年的北京奧運(yùn)會(huì)和2010年的上海世博會(huì)將是中國(guó)安防市場(chǎng)的最大商機(jī)，而中國(guó)持續(xù)不斷的建設(shè)高潮也為安防市場(chǎng)的穩(wěn)定發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？v觀國(guó)內(nèi)外，門(mén)禁市場(chǎng)的發(fā)展情況大不相同。生產(chǎn)控制器的公司單單研究生產(chǎn)控制器和軟件。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，各大專業(yè)公司由于其財(cái)力的雄厚、技術(shù)的先進(jìn)、市場(chǎng)的先導(dǎo)以及專業(yè)人員的積累，壟斷勢(shì)頭不斷呈現(xiàn)出來(lái)。至近幾年，歐美各大企業(yè)也開(kāi)始投入到無(wú)線門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中來(lái)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的門(mén)禁系統(tǒng)市場(chǎng)迅速增長(zhǎng)，人們對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用于智能大廈或智能社區(qū)的門(mén)禁控制、考勤管理、安防報(bào)警等諸多場(chǎng)合，涌現(xiàn)出許多生產(chǎn)門(mén)禁、安防系統(tǒng)的公司，如藍(lán)泰、創(chuàng)一公司等。由于中國(guó)的門(mén)禁系統(tǒng)起步較晚，在技術(shù)、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，可向國(guó)外一些較成熟的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)借鑒與參考，因而大大加速中國(guó)門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展[6]。特別是現(xiàn)在很多大城市里，一棟寫(xiě)字樓里云集著很多家公司，如果要確保每個(gè)公司的安全就需要非常完善的門(mén)禁管理系統(tǒng)。采用無(wú)線的傳輸方式，能夠克服上述缺陷。本課題設(shè)計(jì)的就是基于非接觸IC卡的無(wú)線通信聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)。2． 一張非接觸式IC卡可以代替所有的大門(mén)鑰匙，且具有不同的通過(guò)權(quán)限，授權(quán)持卡進(jìn)入其職責(zé)范圍內(nèi)可以進(jìn)入的門(mén)。3． 可以將不受歡迎的人員拒之門(mén)外，例如可以杜絕傳銷，保險(xiǎn)等行業(yè)的業(yè)務(wù)員在未經(jīng)許可的情況下產(chǎn)自闖入您的辦公室，干擾您正常的辦公秩序。4． 如果員工的感應(yīng)卡丟失可以在系統(tǒng)內(nèi)及時(shí)掛失，這樣即使其他人撿到了該感應(yīng)卡也無(wú)法進(jìn)入公司。5． 基于Windows的全中文操作系統(tǒng)，界面友好，操作方便簡(jiǎn)單。6．系統(tǒng)采用無(wú)線通信方式，擴(kuò)展性好，便于升級(jí)或者增加新的門(mén)禁。門(mén)禁系統(tǒng)組成如圖21所示圖21 門(mén)禁系統(tǒng)的組成門(mén)禁系統(tǒng)的硬件組成主要由基于ATmega16單片機(jī)的門(mén)禁控制器，鎖系統(tǒng)，讀卡器，非接觸式IC卡，RF射頻無(wú)線傳輸設(shè)備，電源以及其他周邊設(shè)備組成。它驗(yàn)證門(mén)禁讀卡器輸入信息的可靠性，并根據(jù)出入規(guī)則判斷其有效性，如若有效則對(duì)執(zhí)行部件發(fā)出動(dòng)作信號(hào)?？ㄆ洪T(mén)禁系統(tǒng)的開(kāi)門(mén)電子鑰匙。讀卡器：與非接觸IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制部分。讀卡器分析確認(rèn)卡的有效性后，將結(jié)果傳送至控制器[9]。RF射頻傳輸設(shè)備:門(mén)禁系統(tǒng)的無(wú)線傳輸平臺(tái)。電源：提供整個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)的供電，是系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，下一章將對(duì)電源做詳細(xì)介紹。以上對(duì)系統(tǒng)的各部分分別進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)硬件功能模塊是緊密地結(jié)合為一個(gè)有機(jī)整體共同協(xié)作的。各主要模塊的程序設(shè)計(jì)主要包括基于ATmega16單片機(jī)的主控設(shè)備的程序設(shè)計(jì)，基于RFM12無(wú)線通信模塊的程序設(shè)計(jì)以及讀卡模塊的程序設(shè)計(jì)。卡片管理模塊，發(fā)放或注銷序列號(hào)、卡號(hào)。權(quán)限管理模塊，可分層設(shè)定操作者的各項(xiàng)權(quán)限，并通過(guò)Visual B設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單合理的人機(jī)界面。最后將以上各個(gè)模塊合理連接，完成硬件電路的設(shè)計(jì)。其中，開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)市電電源直接供電，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便，但是這種電源的缺點(diǎn)是紋波效應(yīng)比較嚴(yán)重，無(wú)法提供高精度直流電壓。另一種較常見(jiàn)的供電是電池供電，尤以充電電池的供電方式應(yīng)用較為廣泛。所以本方案采用充電電池為系統(tǒng)電源。AVR系列單片機(jī)是ATMEL公司開(kāi)發(fā)的新一代單片機(jī)，在設(shè)計(jì)上打破常規(guī)，采用了全新的概念，突出的優(yōu)點(diǎn)是高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器，并且具有先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)，方便設(shè)計(jì)者使用。C 時(shí)的功耗正常模式時(shí)的工作電流為 ，空閑模式時(shí)的工作電流為 ，掉電模式時(shí)的工作電流 1 μA。ATmega16的硬件設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：(1)CPU設(shè)計(jì)ATmega16單片機(jī)的CPU采用8位的RISC結(jié)構(gòu)。(2)內(nèi)部存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器(FLASH)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)ATmega16具有豐富的內(nèi)部存儲(chǔ)單元，包括16K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器FLASH，512 字節(jié)EPROM和1K字節(jié)SRAM。這意味著用SBI 或CBI 指令改變某些管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻) 時(shí)不會(huì)無(wú)意地改變其他管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻)。(4)定時(shí)／計(jì)數(shù)器ATmega16系列單片機(jī)有2個(gè)兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(5)指令系統(tǒng)ATmega16系列單片機(jī)具有先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)，131條指令，并且大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期(6)睡眠模式空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby模式綜上所述，ATmega16單片機(jī)是一款功能強(qiáng)大、集成資源豐富的智能型微控制器【11】。PB端口與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的RF模塊相連接，PC端口與LCD顯示模塊相連接，PD口與讀卡模塊相連接，PA口用于電子鎖和報(bào)警模塊相連接。圖31 ATmega16單片機(jī)的引腳圖在現(xiàn)有的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中，基于RF模塊的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)功耗小、成本低、組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單，非常適合小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)合。無(wú)線模塊的傳輸原理框圖如圖32所示。綜合考慮本系統(tǒng)采用深圳市惠貽華普電子有限公司生產(chǎn)的RFM12作為RF模塊。 RFM12 可工作在315/433/868/915MHZ 四個(gè)頻段,并符合 FCC 和ETSI SPI 接口,實(shí)現(xiàn)由 MCU通過(guò)軟件去設(shè)置各種射頻參數(shù)和其它輔助功能[12，19]。圖33 RFM12無(wú)線模塊引腳圖各引腳的功能見(jiàn)表31所示。在無(wú)需外加功放電路的情況下，距離可達(dá)200米以上。其中一塊和單片機(jī)相連負(fù)責(zé)把讀卡器的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，一塊和PC機(jī)相連負(fù)責(zé)接收單片機(jī)的數(shù)據(jù)以及反饋數(shù)據(jù)給單片機(jī)。（從125KHz到134KHz）該頻段主要是通過(guò)電感耦合的方式進(jìn)行工作，也就是在讀寫(xiě)器線圈和感應(yīng)器線圈件存在著變壓器耦合作用。磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義，但是場(chǎng)強(qiáng)下降的太快，且傳輸速率慢，價(jià)格高。感應(yīng)器一般通過(guò)負(fù)載調(diào)制的方式進(jìn)行工作。如果通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開(kāi)，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫(xiě)器。傳輸速率高，價(jià)格合理。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。這要是通過(guò)電容耦合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。因?yàn)镮SO15693疏耦合卡在高頻時(shí)讀取距離可達(dá)1m，所以本系統(tǒng)采用基于ISO15693協(xié)議的高頻讀寫(xiě)器，、寫(xiě)、鎖操作[14]。串口通訊，默認(rèn)波特率為19200bps，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無(wú)校驗(yàn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合貝爾統(tǒng)統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同指定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用SIPEX公司的SP232ACP芯片。l 對(duì)所有的RS232協(xié)議和ITU l l 高數(shù)據(jù)速率 — 負(fù)載時(shí)速率可達(dá)120Kbpsl 低功耗CMOS — 工作電流為3mAl 無(wú)需外部電容 l 低功耗關(guān)斷l(xiāng) 增強(qiáng)型ESD保護(hù)SP232芯片的引腳圖如圖35所示：圖35 SP232引腳圖UNLK端口接單片機(jī)的口，通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖動(dòng)作?？梢圆灰?guī)則信號(hào)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定規(guī)則的輸出信號(hào)。圖36為開(kāi)鎖原理圖圖36 開(kāi)鎖電路（1）指示燈指示信號(hào)燈由兩個(gè)LED燈構(gòu)成。當(dāng)有非法卡進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，紅色指示燈常亮起警示作用。報(bào)警電路如圖37所示。CA12864K 是一款帶中文字庫(kù)的圖形點(diǎn)陣模塊，由動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)12864 點(diǎn)陣顯示。有自動(dòng)復(fù)位（RESET）功能。它的主要特性如下：l 提供8位，4位及串行接口可選l 64*14位字符顯示RAMl 2M位中文字型ROM，總共提供8192個(gè)中文字型l 16K位半寬字型ROM，總共提供126個(gè)西文字型l 64*14位字符產(chǎn)生RAMl 15*16位總共240點(diǎn)的ICON RAMCA12864K型LCD液晶顯示器的引腳圖如圖38所示：圖38 LCD顯示器引腳圖各引腳的功能如表32所示表32 LCD顯示器引腳功能表管腳名稱符號(hào)電平功能描述1VSS 0V接地（GND）2VDD電源電壓3V0負(fù)壓液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)節(jié)端4RSH/L并口模式寄存器選擇 H：數(shù)據(jù)；L：指令5R/WH/L并口模式 H：讀； L；寫(xiě)6EH/L并口：讀/寫(xiě)起始腳7到10DB0到DB3H/L數(shù)據(jù)總線低4位，4位并口時(shí)懸空11到14DB4到DB7H/L數(shù)據(jù)總線高4位15PSBH/LH:8/4位數(shù)據(jù)接口模式L:串行接口模式由硬件設(shè)置時(shí)，此腳懸空16NCH/L懸空17RESH/L復(fù)位信號(hào)，選擇硬件復(fù)位時(shí)，此腳懸空18VOUT負(fù)壓液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓19BLA5V背光正20BLK0V背光負(fù)系統(tǒng)的硬件原理圖如圖39所示：圖39 系統(tǒng)硬件原理圖4 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括基于ATmega16單片機(jī)的主控設(shè)備的流程圖以及主程序的編寫(xiě)，基于RFM12無(wú)線傳輸模塊的通信協(xié)議以及編程，用Visual Basic語(yǔ)言設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人機(jī)界面。當(dāng)讀卡器感應(yīng)到有卡進(jìn)入讀卡區(qū)后會(huì)把讀取的相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)正確的讀到數(shù)據(jù)以后就會(huì)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)把這個(gè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的合法信息比對(duì)，做出判斷后返回一個(gè)結(jié)果給單片機(jī)。如果數(shù)據(jù)是非法的，蜂鳴器報(bào)警，警告信號(hào)燈紅燈閃爍，LCD顯示 “對(duì)不起”。圖41為程序的主流程圖。uc rfid_rcount。 void Lcd_Wcmd(uc cmd)。 //////////////////////////////////////////////////////////定義I/O輸出端口define RST 4define RST_H() PORTB |= (1 RST)define RST_L() PORTB amp。= ~(1 RS)define RW 6define RW_READ() PORTB |= (1 RW)define RW_WRITE() PORTB amp。= ~(1 EN)define M_DIR 6//定義全局變量uc numeral_hour_counter=20。uc numeral_minute_counter=01。uc int lock_number。 DDRB = 0xFF。 LCD_DIR = 0xFF。 PORTB = 0x00。 LCD_PORT_OUT = 0xFF。USART 支持4 種模式的時(shí)鐘: 正常的異步模式，倍速的異步模式，主機(jī)同步模式，以及從機(jī)同步模式。倍速模式( 只適用于異步模式) 受控于UCSRA 寄存器的U2X。僅在同步模式下XCK 有效。您可將文本框放置在文檔中的任何位置。]部中斷T0定時(shí)掃描，檢測(cè)有否數(shù)據(jù)讀進(jìn)[16]。圖42為串口接收狀態(tài)時(shí)流程圖，圖43為串口發(fā)送狀態(tài)時(shí)的流程圖。 //時(shí)能接收發(fā)送器 UCSRB amp。 UCSRC |= 0x86。 //設(shè)置波特率為19200，數(shù)據(jù)格式為8位數(shù)據(jù)，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1位停止位 } /***********