射频IC卡门禁系统设计

射频IC卡门禁系统设计 河南大学物理与电子学院 开放实验室单片机设计 射频IC卡门禁系统设计 开放实验室入室人员 目 录 0 前言............................................................................................................................ 0 1系统组成与功能 .................................................................................................... 0 1.1系统组成 ............................................................................................................. 0 1.2系统功能 ............................................................................................................. 1 2系统原理 .................................................................................................................. 4 2.1完整系统仿真原理图 ......................................................................................... 4 3系统制作过程及最终实物图..................................................................................... 4 3.1元器件的焊接 ..................................................................................................... 4 3.2 系统调试图 ........................................................................................................ 5 4门禁系统总流程图 ............................................................................................... 7 5 主要程序源代码 ................................................................................................... 7 6元器件清单 ............................................................................................................. 9 7 结论 .......................................................................................................................... 9 8 个人心得 ............................................................................................................... 10 参考文献...................................................................................................................... 10 河南大学?物理与电子学院?开放实验室?单片机设计报告 IC卡门禁系统 开放实验室入室人员 (河南大学物理与电子学院，河南 开封，475004) 0 前言 伴随着RFID技术的迅猛发展和日趋成熟，IC卡技术在社会生活中得到了广泛的应用，譬如:汽车加油卡，公交卡，银行卡，门禁卡以及作为学生天天需要使用的一卡通。IC卡的使用让我们的生活更加方便快捷。使用IC卡作为货币存储介质，可以使得出行不需要携带太多的现金，不仅方便，而且更加安全，即使IC卡丢弃或者被盗，由于密码的保护，财产也可以得到十分周全的保护。再者，由于IC卡内部存储的信息是经过加密的并且可以是唯一的，因此IC卡可以作为身份识别使用，然后可以利用到门禁系统方面，这样就可以脱离沉甸甸的钥匙，而且更加安全可靠。总而言之，从目前发展来看，IC卡将来必然会和人们如影随形，成为学习工作生活的方方面面不可缺少的一部分，想手机一样对人们产生深刻影响。 IC卡使用的知识相当综合，普遍的IC卡使用的Mifare卡读写技术研制而成，集计算机技术，自动控制技术，网络通讯技术，智能卡技术，传感技术，模式识别技术和机电一体化技术。系统采用符合潮流的开放式体系结构，能够与任何第三方的系统和设备兼容，实现用户系统的高度集成。能真正实现全方位IC卡“一卡通”智能综合管理的目的。 1 系统组成与功能 1.1 系统组成 1.1.1 STC89C51及其外围电路 51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一。 STC89C51单片机具有以下特点:8位CPU，4kbytes 程序存储器，256bytes的数据存储器，32条I/O口线，111条指令，大部分为单字节指令，21个专用寄存器，2个可编程定时/计数器?5个中断源，2个优先级，一个全双工串行通信口， 0 河南大学?物理与电子学院?开 放实验室?单片机设计报告 外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，逻辑操作位寻址功能，双列直插40PinDIP封装。 但是单纯的一个STC89C51单片机是不能够正常工作的，需要一些外围电路构成一个最小单元才能正常工作，这个最小单元成为最小系统。最小系统如下图所示: RC522读卡模块 1.1.2 RC522是高度集成的非接触式读写卡芯片。此发送模块利用调制和解调原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。RC522芯片模块的内部发送器部分可驱动读写天线与MIFARE卡和应答机的通信，无需其他电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理兼容ISO 14443/MIFARE卡和应答机的信号。数字电路部分处理完整的ISO 14443A帧和错误检测(奇偶&CRC)。RC522的简化框图如下: 1 河南大学?物理与电子学院?开放实验室?单片机设计报告 对于IC模块与主控MCU通信部分来说主要分为三部分。 第一部分是主控MCU部分，即此处所选择的STC89C51单片机，主要提供对射频读写芯片的控制操作。这种控制操作体现在对射频读写芯片的电源控制。通过对射频读写部分的独立电源控制，用户可以在MCU中根据自己的需要选择或关闭射频读写功能。当应用系统有低功耗要求，不需要射频读写芯片一直工作时，这种控制方式是必不可少的。而且，通过MCU的供电控制，可以用软件方式实现射频读写芯片的上电复位。 第二部分，射频读写芯片，它负责接收主控MCU 的控制信息并完成与MIFARE 卡的通信操作。为了正常工作，射频读写芯片须选用合适的并行接口与MCU连接。而为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。 第三部分，天线部分，包括线圈及匹配电路，这是读写模块实现射频通信必不可少的一部分。读写模块要依靠天线产生的磁通量为MIFARE 卡提供电源、在读写模块与MIFARE 卡之间传送信息。综上所述，读写模块的硬件系统组成的框图如下: 读写模块硬件组成 1.2 系统的功能 本系统最直观的功能就是刷卡功能。IC模块是由单片机控制的，当MIFARE卡在IC模块可以检测到的范围之内时，MIFARE卡中的数据即被IC模块读取，然后IC模块将信息传送给单片机，单片机处理之后可以被数码管显示出来，数码管也就显示了IC卡的序列号。这部分是IC门禁的主要功能。 2 河南大学?物理与电子学院?开 放实验室?单片机设计报告 2 系统原理 本设计的中心部分是主控MCU即STC89C51部分。在MCU周围接上IC卡读写模块，当MIFARE卡与IC卡读写模块进行通信之后，IC卡内部buffer存储的信息传送给MCU进行处理，然后通过内部控制程序，对IC卡传递过来的信息进行特点处理，然后可以让数码管显示出来，从数码管可以看出卡号。当读取到的卡号与存储的可以通过的卡号匹配时，然后绿色LED灯所接端口被加上高电平，然后绿色灯被点亮，明刷卡通过。否则，红色LED灯被点亮，表明刷卡被拒绝。 2.1 完整系统仿真原理图 由于Proteus中不存在IC模块，因此此原理图并不能用来仿真，只能根据IC模块的接线规则，连接在单片机上，给系统的布线有个整体规划。 3 系统制作过程及最终实物图 3.1 元器件焊接过程 项目设计注重的是一切从零开始。所以我们组从最基础的做起，首先学习如何焊接电路，然后学着认识各种电子元器件，再学习在开发板上进行整体的布局和走线。从最直观的角度了解单片机最小系统是如何正常工作的。准备工作做好 3 河南大学?物理与电子学院?开放实验室?单片机设计报告 之后，开始进行电路的焊接。以下是焊接电路的截图: 右边是焊接过程中的背面效果图。 3.2 系统调试图 此系统可以对所有采用RC522系统的MIFARE卡进行读取操作，譬如作为学生经常使用的一卡通，为了进行验证系统的可靠性和完善性，同样对一卡通的读取操作进行了测试。通电结果如下图，中间上面那块绿色板就是读卡器。 因为没有放卡，所以读数位00000000。老师说，最后一个数码管亮度高，是因为显示程序中，它的时间偏长，要修改，没有时间了，让学弟来修改吧 放上河南大学一卡通学生卡，可见下图: 4 河南大学?物理与电子学院?开 放实验室?单片机设计报告 读出河南大学一卡通的序列号为0xA2,0x5A,0x65,0x21，是预设好的卡号，报警声不响，同时P2.7输出高电平(比如驱动开锁装置，本实验没有装电磁锁)。 从图中可以读出河大水卡的序列号为0x7C,0x63,0Xd5,0x03，不是预设好的卡号，报警声响不停。由此实现门禁系统。 至此，整个IC门禁系统的设计和验证工作全部完成。 5 河南大学?物理与电子学院?开放实验室?单片机设计报告 4门禁系统总流程图 开始 初始化 是否有刷卡 否 有 单片机获取卡号 显示卡号 是否匹配 是 否 蜂鸣器响 5 主要程序源代码 #include "include.h" sbit ls138a=P1^0; //定义变量 sbit ls138b=P1^1; sbit ls138c=P1^2; 6 河南大学?物理与电子学院?开 放实验室?单片机设计报告 sbit P37=P3^7; sbit P36=P3^6; uchar data NewKey[16]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0xff,0x07,0x80,0x69, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; unsigned char idata Read_Data[16]={0x00}; uchar idata PassWd[6]={0x00}; uchar idata WriteData[16]; unsigned char idata RevBuffer[30]; unsigned char data MLastSelectedSnr[4]; void main(void) //程序主函数，对IC卡做初始化设置，及按键判断 { InitAll(); //程序太长不宜写在报告中，完整程序请 while(1) //联系QQ154401855(或154401856) { KeyNum=GetKey(); if(KeyNum==N_1) { KeyTime=15; sendchar1(0xaa); oprationcard=SENDID; } if(bWarn) { bWarn=0; Warn(); } if(bPass) { bPass=0; Pass(); } 7 河南大学?物理与电子学院?开放实验室?单片机设计报告 if(uart_comp) { ctrl_uart(); } if(SysTime>=2) { SysTime=0; ctrlprocess(); } scan(); P36=1; } } } 6 元器件清单 LM2940稳压电源，STC89C52单片机MCU，9012PNP型三极管，蜂鸣器开关，9012三极管开关，5.1K电阻，10K排阻，5.1K贴片电阻，11.0592M晶振。30pF晶振电容，0.1uF瓷片电容，10uF电解电容，5V蜂鸣器，4脚按键，单排排针，双排DIP IC插座，220~5V电源适配器。 RC522 IC模块，MIFARE卡。 7 结论 本系统的关键是在已知IC模块的开发资料的情况下弄明白所提供的函数。比如模块的初始化函数，等待函数，IC卡与读卡模块的通信函数，IC模块与单片机的通信函数。 在已知这些函数的情况下，结合51单片机的特点，然后根据特有的通信机制，分成51单片机程序，IC模块程序，以及51单片机与IC模块的通信函数。然后调用IC序列号存储数组，赋值给数码管，然后让数码管显示序列号，这样就完成了这个系统的核心部分。 在整个系统的设计过程中，首先需要分析要实现的功能，在做电路仿真图，在结合仿真图写程序，在写程序的过程中完善仿真图的不足，最后联合调试。 仿真工作完成之后开始电路板的焊接工作，首先需要大致规划布线，尽量减 8 河南大学?物理与电子学院?开 放实验室?单片机设计报告 少飞线的出现。在电路板焊接完成之后，根据实际出现的情况调试电路，最后使得系统正常工作起来。 8 个人心得 单片机项目设计这门课给我们带来的不只是理论上的学习，更重要的是培养我们的动手能力。 ? 硬件。我们都是焊接的初学者，很多东西都不会，所以要以谦虚的态度，去向别人请教。我们要用先设计好线该怎么接再焊，不能走一步再看下一步怎么接，这样不仅浪费时间，而且影响美观。更重要的是会引起更大的错误。影响系统的稳定性或者系统不工作等等。焊接技术是需要锻炼的，不动手你就不会掌握好。 ? 软件。由于没有IC模块的模块使用指南，因此只能对已有的程序进行修改。在大致了解整个程序的之后，需要使用程序中已有的内容构建自己所需要的功能，最主要的部分就是数码管的显示部分。使用数码管的过程中，了 -F的对应编码。 解到了共阴与共阳的实际区别，四位数码管的引脚图，数码管从1 ? 面对一项新的任务，我们都要以认真的态度来对待，遇到困难，也要自己想办法解决。这样才能提高自己的能力。 ? 要有团结合作的精神，既然是一个小组的，那我们就要一起应对困难，一起战胜困难。 参考文献 [1] 李朝青(单片机原理与接口技术[M],北京:北京航空航天大学出版社(2005; 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