1、 畢 業 設 計（論 文） 設計(論文)題目： 基于單片機的IC卡門禁系統的設計 學生姓名： XXXXX 指導教師： XXXXXX 二級學院： XX學院 專業： 自動化 班級： 10自動化 學號： XXXXXXX 提交日期： 2014 年 5 月 12 日 答辯日期: 2014 年 5 月 17 日 金陵科技學院學士學位論文 目錄 目 錄摘 要IIIAbstractIV1 緒論11.1選題論證11.2 門禁系統概括11.2.1門禁系統組成11.2.2門禁系統功能11.2.3門禁系統的發展過程11.2.4門禁系統的優越性21.2.5門禁系統的國內外現狀21.3課題背景及意義21.4本論文擬解決的

2、關鍵問題與解決方法32 系統結構與設計原則42.1門禁讀卡器42.2非接觸式IC卡42.3智能門禁系統的設計原則42.4門禁模塊圖53 系統硬件電路圖設計73.1各模塊選用的硬件介紹73.1.1 STC89C52單片機介紹73.1.2 FM1702高頻讀卡器模塊介紹103.1.3 Mifare射頻卡介紹103.2 STC89C52的電路連接113.3 LCD12864液晶顯示屏的介紹123.4 AT 24C02介紹143.4.1AT 24C02存儲模塊模塊連接電路圖143.4.2 主要特性：143.4.2.2引腳描述：153.5電子鎖控制153.6報警電路163.7射頻卡讀卡器塊的復位電路16

3、3.8按鍵模塊173.9LED顯示模塊174 射頻卡讀卡器的軟件設計194.1系統流程及主程序介紹194.2讀卡器194.3讀卡過程及程序設計介紹204.3.1尋卡圖214.3.2防沖突214.3.3選擇卡片224.3.4讀取卡片224.3.5 卡掛起225 讀卡器的調試245.1各模塊硬件調試245.1.1單片機的調試245.1.2串口通信模塊的調試245.1.3本章小結245.1.4 硬件實物圖25參考文獻30致謝31附錄1 系統原理圖32附錄2 程序33II金陵科技學院學士學位論文 摘要 基于單片機的IC卡門禁系統的設計 摘 要本論文介紹了可加強安全的智能門禁系統。論文具體的介紹了門禁系

4、統的組成、讀卡器的硬件設計以及系統的軟件開發內容。提供了門禁讀卡器的電路原理圖，和主要程序設計的流程圖和程序。重點分析了單片機與FM1702高頻讀卡器頻模塊的接口電路、報警電路、門鎖繼電器電路、液晶12864電路以及單片機最小系統。讀卡器主要有讀卡模塊、單片機控制模塊、射頻天線以及智能IC卡組成。讀卡器能讀寫荷蘭Philips公司的Mifare非接觸式射頻卡。當有卡進入時則讀卡內數據后通過單片機進行處理后程序自動判斷是不是合法IC卡，并且將卡號傳送到液晶12864上顯示。讀卡器的軟件部分重點介紹了讀卡過程的程序設計,包括詢卡、選取卡片、讀取卡片、判別IC卡是否合法等。讀卡器選用內部集成有8K字

5、節Flash程序存貯器的STC89C52單片機作控制器，系統采用SPI通信，其接口管腳少、連線簡易，便于縮小讀卡器的體積。關鍵詞：門禁系統；STC89C52；讀卡器III金陵科技學院學士學位論文 abstract The design of IC card entrance guard system based on single chip microcomputer AbstractThis paper introduces the intelligent entrance guard system security can be strengthened. This thesis intr

6、oduces the software development content, access control system, the hardware design of card reader and system. Provides access to read circuit diagram the card reader, and the main flow chart and program. Focus on the analysis of the single chip computer and FM1702 interface circuit, the high-freque

7、ncy read card reader module and alarm circuit, frequency lock relay circuit, LCD 12864 circuit and MCU minimum system. The reader has read card module, MCU control module, RF antenna and intelligent IC card. The card reader can read and write Philips Hollands Mifare of contactless RF card. When the

8、card entered will read the card data processing program to automatically determine Is it right? Legitimate IC card through the microcontroller, and the number is transmitted to the liquid crystal display 12864. The card reader software part emphatically introduces the program design card process, in

9、cluding inquiring card, select card read card, IC card, judging the legality of.讀卡器選用內部集成有8K字節Flash程序存貯器的STC89C52單片機作控制器，系統采用SPI通信，其接口管腳少、連線簡易，便于縮小讀卡器的體積。Card reader with integrated with internal 8K bytes of Flash program memory of STC89C52 single chip microcomputer as controller, the system uses th

10、e SPI communication interface, the connection pin is less, simple, easy to reduce the volume of the card readerKey words：entrance guard system ;AT98S52 ; devices, card readerIV金陵科技學院學士學位論文 第1章 緒論 211 緒論1.1選題論證當今社會，時代變化著人們對門禁系統的要求也越來越高，門禁系統得以廣泛的應用，所以門禁系統的開發已成為現代科技領域的一個火熱課題。現在，安全防范系統中，門禁系統是一個極其重要的一部分，

11、在許多發達國家中，門禁系統正以遠高于其它品種的安防產品的進度迅猛發展，門禁系統能在眾多安防產品中脫穎而出。主要原因是因為其從根本改變了以往安防產品，類如閉路監控，防盜報警等安防方式都十分的被動，以主動的控制替代了被動監視的方式，進過控制主要通道，極大的防止了非法者從正常通道的入侵，并且可以通過對通道門的控制限制非法者的活動范圍，制止犯罪或減少損失。1.2 門禁系統概括門禁安全管理系統是一種新型現代化的安全管理系統，它包括微機自動識別技術和現代安全管理措施。它包含電子，機械，光學，計算機技術，通訊技術，生物技術等許多新技術。它極大的保護了出入口的安全。適用于各種機要部門，如銀行、監獄、賓館、機房

12、、軍械庫、機要室、辦公間,智能化小區，工廠等。智能門禁系統是保護出入口安全的系統,該系統控制人員的出入以及他們的活動區域。門禁系統控制的基本原理是：按照每個人的活動范圍,提前制作出各種層次的卡或預定密碼。在相關出入口等處安裝讀卡器,持卡人把自己的卡片放到讀卡器上進行識別,讀卡器把讀到的卡號等信息發送到計算機,通過計算機判斷,當身份符合,門鎖就開啟,否則就將報警。1.2.1門禁系統組成門禁系統由控制器，讀卡器，電控鎖，識別卡和存儲器、報警器等部分組成。門禁系統的核心是控制器,打個比方讀卡器是系統的眼睛,電控鎖是系統的手,那么控制器就是系統的大腦。1.2.2門禁系統功能限制人員的進出區域,拒絕非法

13、進入者,保護財產不受任何非法者侵犯。當請求進入的人員身份合法便可經過控制中心認證,電子鎖將打開否則電鎖將不會開啟。1.2.3門禁系統的發展過程出入口門禁系統望文生義就是對出入口通道進行管理的系統，它是以傳統的門鎖為基礎上發展而來的。傳統的機械門鎖只是一種單純的的機械裝置，不管其結構設計多么完美，使用的材料多么堅固，非法者總是不折手段的將其打開。在出入頻繁的通道，鑰匙的管理實在麻煩，當鑰匙的丟失或是人員的更改往往都要換掉所有的鑰匙和機械鎖。為了解決這些麻煩問題，電子磁卡鎖，電子密碼鎖因運而生，這兩種鎖的出現一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度，使通道管理進入了電子時代，但隨著這兩種電子鎖的

14、不斷的使用中，兩種電子鎖的本身缺陷就逐漸顯現，磁卡鎖的關鍵問題是信息遭到復制，卡片與讀卡機具之間的長期磨損導致其故障率高，安全系數低。密碼鎖的關鍵問題是密碼容易泄露，無法查找泄露源頭，安全系數很低。并且這個時代的產品由于大多采用讀卡部分與控制部分合并一起安裝在門外，外面的人可以輕易的打開門鎖。這時的門禁系統還處于早期不成熟階段，所以當時的門禁系統通常被人稱為電子鎖，得不到廣泛的運用。隨著感應卡技術，生物識別技術的發展，門禁系統得到了飛躍式的發展，進入了成熟期，出現了感應卡式門禁系統，指紋門禁系統，虹膜門禁系統，面部識別門禁系統，亂序鍵盤門禁系統等各種技術的系統，它們在安全性，方便性，易管理性等

15、方面都各有特長，門禁系統的應用領域也越來越廣。1.2.4門禁系統的優越性（1）使用壽命長。 射頻卡和讀卡器無需機械接觸即可工作,從而避免了因機械磨損而導致的故障，大大延長了使用壽命。（2）使用方便。射頻卡卡使用非常簡單，不需固定方向和位置，決不會有黑暗中找不到鎖孔的煩惱。（3）安全可靠。每張卡生產出了來時都有固定的編碼，卡和讀卡器都不會被復制，且防水、防磁，抗干擾。即使卡片不慎丟失，也不需再勞神傷財的去換鎖，只需在控制器或系統軟件將卡片刪除便可，確保系統的安全性和可靠性。（4）一卡多用。 機械鎖每個門至少配一把鑰匙，而射頻卡支持一卡多門，只要隨身攜帶一張卡，便可以通過能被認證的通道，再也不用帶

16、沉甸甸的鑰匙。1.2.5門禁系統的國內外現狀自動識別技術的迅速發展帶動了門禁系統的發展,國外門禁系統的知名品牌有美國的休斯、西屋、洛泰克,以色列的DDS，英國的集寶等品牌。國內也有許多門禁系統的品牌如捷順、北京青云等公司。現在國內外研發和應用門禁系統主要集中在感應門禁系統和生物識別門禁系統。指紋門禁系統是生物識別門禁系統中應用最為廣泛的。在計算機圖像處理和模式識別理論以及大規模集成電路技術的不斷發展與成熟,指紋自動識別系統的大小逐漸縮小,其價格也在不斷的降低。1.3課題背景及意義門禁系統，又被稱為出入口控制系統，如今科學技術的強大使其已發展為一套現代化的、功能齊全的管理系統。它對出入門和通道的

17、管理也早已不再是以往的機械鎖管理。它不在當作簡單進出口管理使用，更多的幫助了內部的有序化管理。它能夠每時每刻的自動記錄人員的出入情況，準確的控制內部人員的出入區域和出入時間，并且能夠委婉的拒絕不速之客進入。同時極大地保護人們的財產不受到侵犯。門禁管理系統已經是安全防范系統中極為重要的一個組成部分，在許多發達國家中，它正以遠高于其它類安防產品的進度高速的發展著，在各個場所中都得以廣泛的應用。如今的現代都市對美觀要求極高，公司形象體現了其所追求的時尚和品味，也是給顧客良好的印象。很難想象，在追求智能化無紙辦公的今天，在華麗高檔的玻璃大門裝上一把丑陋的機械鎖將會是一件令人多么尷尬和寒磣的事情啊！但是

18、，當能用手中的卡片使大門就應聲而開，那將是多么的高端、大氣、上檔次。此外，如今人們十分注重商業情報和安全，以往的個人身份鑒別手段己不能完全滿足現代社會經濟活動和社會安全防范的需要。只有不易被他人代替、仿制、甚至本人也無法轉讓的身份識別憑證才能得到人們的認可。因此，從易用性、安全性、成熟性、造價性等方面綜合比較，IC卡門禁技術正在以驚人的速度迅猛發展。這正是我們研究IC門禁管理系統的意義所在。1.4本論文擬解決的關鍵問題與解決方法關鍵問題怎樣采集合法開鎖人的信息怎樣實現IC卡是否合法怎樣控制門的開關以及報警解決方法用STC89C52單片機控制FM1702高頻讀卡器實現對學生犯人信息的采集采用事先

19、將IC卡號保持到存儲器中進行保存，刷卡時查找存儲器的卡號是否存在。采用單片機控制繼電器電子鎖與蜂鳴器來控制門開關和報警。 74金陵科技學院學士學位論文 第2章 系統結構與設計原則 2 系統結構與設計原則門禁系統的核心部分是門禁讀卡器，他可以讀取非接觸式IC卡，本設計的主要任務就是對讀卡器的設計。由于門禁系統都應用于重要場所，所以其設計要符合一定標準。2.1門禁讀卡器門禁系統的關鍵部件是讀卡器，他是有控制單片機及外圍擴展器件、讀卡模塊、射頻天線、電源接口、串行通信接口等幾部分組成，接上+5V電源就可以讀卡，接上串行口可以與PC機通信。讀卡器在門禁系統中是主要的工作機，它是射頻卡與PC機和開關門設

20、備之間的橋梁，其數量較多，根據需要安裝在方便的地方。他可以聯網工作，通過RS-232串行口與PC機相連。讀卡器是主動操作的，只有非接觸式IC卡進入讀卡器天線射頻能量范圍，讀卡器便通過射頻信號與智能卡通信，在聯網的情況下，讀卡器能將采集的數據直接傳給PC管理機。2.2非接觸式IC卡非接觸式IC卡又叫射頻卡,是90年代初發展起來的新技術.射頻卡由感應天線、控制芯片、存儲單元組成,并完全密封在一個標準PVC卡片中,無外露部分。射頻卡本身是無源體,當讀寫器對射頻卡進行讀寫操作時,讀寫器發出的射頻信號由兩部分疊加組成：一部分是電源信號,該信號由卡接收后,與其本身的LC產生諧振,產生一個瞬間能量來供給芯片

21、工作,另一部分則經解調后,控制芯片完成密碼驗證、數據的讀取、修改、存儲等,并返回給讀寫器。射頻卡成功地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來,解決了無源和免接觸的難題：射頻卡無需專門的供電電源,它與讀寫器間無機械接觸,避免了接觸故障；它表面無裸露芯片,可防水,且不易產生靜電擊穿及彎曲損壞等問題：射頻卡使用時沒有正反面,而且射頻卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特點,由射頻卡所形成的讀寫系統,無論是硬件結構,還是軟件控制的操作過程較之接觸式卡都得到了很大的簡化,同時借助于先進的管理軟件和網絡支持可在很多領域得到應用。2.3智能門禁系統的設計原則智能門禁系統作為一項先進的高科技技術防范手段,在經濟

22、發達國家的智能大廈及賓館等得到了廣泛應用,由于系統具有隱蔽性、及時性等特點,其在許多領域得以運用。智能門禁系統具有智能性、高可靠性、實時性,。系統的設計應當做到以下原則：（1）實用性。智能門禁系統要從實際情況來制定具體內用。僅僅簡單的去最求超前,只會使金錢白白的流失,功能用不到的情況。所以實用性是智能門禁系統必須注重的原則。（2）實時性。智能門禁系統不可應為一個子系統使得整個系統癱瘓，必須有效的保證系統時刻處于運行狀態。（3）完整性。智能門禁系統必須功能齊全，管理方便。所以保證智能門禁系統的完整性是必須要考慮的原則。（4）系統的安全性。智能門禁系統必須保證系統和設備的完美運行，保證所有系統設備

23、不能被復制、篡改，并且絕對不能使任何信息泄露。（5）可擴展性。科技在不斷的發展，智能門禁系統也在不斷的改善，門禁系統還在不斷發展，所以我們系統設計時,對需要實現的功能進行了合理配置,并且這種配置是可以改變的,設置甚至在工程完成后,這種配置的改變也是可能的和方便的。系統軟件根據需求進行相應的升級和完善。（6）易維護性。智能門禁系統在工作中要做到易維修。極大方便人們的使用，做到插電可用的效果。2.4門禁模塊圖2.4.1設計框圖： 51單片機刷卡模塊非接觸式IC卡感應區域液晶lcd12864顯示（顯示信息）繼電器模塊（模擬門開）和蜂鳴器模塊晶振、復位電路電源供電注銷IC卡鍵盤輸入圖2.1設計框架圖2

24、.4.2本課題研究門禁系統，其運行模塊圖如下圖2.2運行模塊圖讀卡器：讀射頻卡信息。按鍵模塊：注冊通行卡。按下設置鍵，把工作模式切換到注冊模式后，刷卡并顯示卡號自動注冊。注冊完成后液晶顯示注冊完成。再次刷這張IC卡時，就能開門。注銷通行卡（清除存儲器的卡號數據） 按下設置鍵，把工作模式切換到注銷模式后，刷卡并顯示自動注銷，就把存儲里保存的卡號數據清除。清除數據后，IC卡已經處于注銷狀態。金陵科技學院學士學位論文 第3章 系統硬件電路圖設計 3 系統硬件電路圖設計3.1各模塊選用的硬件介紹讀卡器主要有刷卡模塊、單片機模塊、繼電器模塊、按鍵模塊以及蜂鳴器模塊組成。其用高頻讀卡器模塊FM1702，能

25、讀寫荷蘭Philips公司的Mifare非接觸式射頻卡，讀卡距離約10cm。控制模塊采用STC89C52單片機，它具有8K可編程 Flash 存儲器。單片機與讀卡器通信是采用SPI通信。3.1.1 STC89C52單片機介紹控制的核心選用STC89C52。其主要性能如下：1. STC89C52單片機與MCS-51單片機產品能夠兼容 2. 在系統內可編程Flash存儲器8K字節3.擦寫周期可達到100000次4.程序存儲器可做到三級加密5.可編程I/O口線數量達到32個 6.總共有三個16位計數器 7.中斷源的數目達到了8個 8.單片機具有全雙工UART串行通道 9.不啟動是能耗低 10.停電以

26、后中斷可復位（1）功能特性描述 該STC89C52單片機作為低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，系統可編程 Flash 存儲器擁有8K。運用Atmel 公司獨特的高密度難丟失存儲器技術制造，與工業 上的80C51 產品說明可以和引腳完全的兼容。單片機上Flash做到程序存儲器在系統中可以編程，大眾化編程器也可進行編程。在單片機的芯片上，有 8 位 CPU 和在系統可編程Flash，做到了 STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、極為有效的的解決方案。 （2）引腳圖如下：圖3.1 STC89C52引腳圖（3）引腳介紹：VCC :接電源 GND:接地 P0 口：P0口是一個8位漏極開

27、路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數據存儲器時， P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。 在 flash編程時，P0口也用來接收指令字節；在程序校驗時，輸出指令字節。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。此外，P1.0和

28、P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和時器/計數器2的觸發輸入（P1.1/T2EX） ，具體如下表所示。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節。表3.1 P0口第二功能引腳第2功能P1.0T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入） ，時鐘輸出 P1.1 P1.1 T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發信號和方向控制）P1.5 MOSI（在系統編程用）P1.6 MISO（在系統編程用）P1.7 SCK（在系統編程用）P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”

29、時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器 （例如執行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發送 1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻

30、把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表3.2 P3口第二功能引腳第2功能P3.0 RXD (串行口輸入端)P3.1 TXD （串行口輸出端）P3.2 （外部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3 （外部中斷1請求輸入端，低電平有效）表3.3 P3口第二功能引腳第2功能P3.4 T0 （定時器/計數器0計數脈沖輸入端）P3.5T1 （定時器/計數器1計數脈沖輸入端）P3.6 （外部數據存儲器寫選通信號輸出端

31、，低電平有效）P3.7 （外部數據存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續2 個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態下，復位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。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。然而，特別強調，在每次訪問外部數

32、據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。 如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”， ALE操作將無效。 這一位置 “1”，ALE僅在執行 MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個 ALE使能標志位 （地址為8EH的SFR的第0位） 的設置對微控制器處于外部執行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當 AT89S52從外部程序存儲器執行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀

33、取指令，EA必須接GND。 為了執行內部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 FM1702高頻讀卡器模塊介紹管腳定義：（從上到下）1、 GND 2、 VCC(5V) 3、 RST4、 CS5、 SI 6、 SCK7、 SO性能參數：1、 輸入電壓：55.5V 2、 輸入電流：刷卡電流25mA 3、 通訊方式：SPI4、 有效刷卡高度：3-10cm(視天線、卡和周圍環境而不同) 5、 使用環境：-2570 攝氏度6、 尺寸：95.8*54.3 (單

34、位：mm) 3.1.3 Mifare射頻卡介紹本設計中采用的射頻卡為Mifare射頻卡,其核心是PHILIPS公司的Mifare1IC S50系列微芯片。卡片上無源,工作時的電源能量由卡片讀寫器天線發送無線電載波信號禍合到卡片上天線而產生電能,一般可達2V以上,供卡片上IC工作。工作頻率13.56MHZ。Mifare的主要指標容量為8K位EEPROM分為16個扇區,每個扇區為4塊,每塊16個字節,以塊為存取單位每個扇區有獨立的一組密碼及訪問控制每張卡有唯一序列號,為32位具有防沖突機制,支持多卡操作無電源,自帶天線,內含加密控制邏輯和通訊邏輯電路數據保存期為10年,可改寫10萬次,讀無限次工作

35、頻率:13.56MHZ通信速率:106KBPS讀寫距離:10mm以內(與讀寫器有關)（1）卡與讀寫器的通訊復位應答 Mifare卡的通訊協議和通訊波特率是定義好的,當有卡片進入讀寫器的操作范圍時,讀寫器以特定的協議與它通訊,從而確定該卡是否為M1射頻卡,即驗證卡片的卡型。防沖突機制 當有多張卡進入讀寫器操作范圍時,防沖突機制會從其中選擇一張進行操作,未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡,該過程會返回被選卡的序列號。選擇卡片 選擇被選中的卡的序列號,并同時返回卡的容量代碼。三次互相確認 選定要處理的卡片之后,讀寫器就確定要訪問的扇區號,并對該扇區密碼進行密碼校驗,在三次相互認證之后就可以通過加密

36、流進行通訊。（在選擇另一扇區時,則必須進行另一扇區密碼校驗。）（2）系統的工作方式為：STC89C52控制FM1702,驅動天線對Mifare卡進行讀寫操作；然后根據所得的數據對其他接口器件,如和上位PC機之間進行通信,把數據傳給上位機。與上位機的通信采用RS485通信模塊,通信距離能夠達到1200米左右。整個系統由5V電源供電。（3）工作原理：系統數據存儲在無源Mifare中。讀寫器的主要任務是傳輸能量給Mifare卡,并建立與之的通信。單片機控制MF RC500，將其接收到的信號通過RS485傳送給上位PC機。然后等待上位機傳回的信號，確定是否控制執行器開門，還是報警。3.2 STC89C

37、52的電路連接本系統中, STC89C52電路連接圖如下圖3.2所示,采用SPI通信方式進行連接,與FM1702模塊芯片的數據總線相連。P0口的一部分端口線與FM1702sl芯片的控制總線相連,在電源和地之間加上一個排阻，上電如果初始化成功，則提示可以刷卡，如初始化失敗，則一直停留在初始化界面。 圖3.2刷卡模塊接口原理圖圖3.3 STC89C52接線圖3.3 LCD12864液晶顯示屏的介紹LCD12864液晶顯示屏是帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864,

38、內置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84 行1616 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。3.3.1顯示屏模塊模塊連接電路圖圖3.4顯示屏模塊連接圖單片機與顯示屏的接口電路部分：液晶顯示屏的數據接口線與單片機的P1口相連，P0.0,P0.1,P0.2用于使能和控制對液晶屏的讀寫等操作。3.

39、3.2天線設計射頻卡讀寫器采用電感藕合式天線,主要用于產生磁通量,而磁通量用于向射頻卡提供電源并在讀卡器與射頻卡之間傳輸信息。因此,對讀卡器天線的構造就有三個基本要求：使天線線圈的電流最大,用于產生最大的磁通量功率要匹配,以最大程度地利用產生磁通量的可用能量要有足夠的帶寬,以無失真傳送用數據調制的載波信號。另外,由于Mifare卡是無源射頻卡,其能量是通過天線感應來的,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較短,一般在以10cm內。天線部分主要包括低通濾波器，接收電路，天線匹配電路和天線線圈,其工作過程為：天線拾取的信號經過天線匹配

40、電路送到RX腳。FM1702的內部接收器對信號進行檢測和解調并根據寄存器的設定進行處理。然后數據發送到并行接口。由微控制器進行讀取。FM1702對驅動部分使用單獨電源供電。電路設計天線直接連接的匹配電路如圖3.5所示。圖3.5 天線設計原理圖3.4 AT 24C02介紹AT24C02是低電壓工作的2K位串行電可擦除制度存儲器，內部組織為256個字節，每個字節8位，該芯片被廣泛應用于低電壓及低消耗的工商業領域。3.4.1AT 24C02存儲模塊模塊連接電路圖圖3.7存儲器模塊接口原理圖3.4.2 主要特性：1.工作電壓：1.8V5.5V 2.輸入/輸出引腳兼容5V 3.應用在內部結構：128x8

41、(1K),256x8(2K),512x8(4K),1024x8(8K),2048x8(16K) 4.二線串行接口 5.輸入引腳經施密特觸發器濾波抑制噪聲 6.雙向數據傳輸協議 7.兼容400KHz（1.8V,2.5V,2.7V,3.6V） 8.支持硬件寫保護 9.高可靠性：讀寫次數：1,000,000次極限額定參數： 引腳定義：表3.4引腳定義引腳名稱引腳功能A0-A2器件地址輸入SDA串行數據輸入輸出SCL串行時鐘輸入WP寫保護VCC電源GND地3.4.2.2引腳描述： 串行時鐘信號引腳（SCL）：在SCL輸入時鐘信號的上升沿將數據送入EEPROM器件，并在時鐘的下降沿將數據讀出。串行數據輸

42、入/輸出引腳（SDA）：引腳可實現雙向串行數據傳輸。該引腳為開漏輸出，可與其他多個開漏輸出器件或開集電極器件線或鏈接。器件/頁 地址腳（A2，A1，A0）：A2，A1和A0引腳為AT24C02的硬件地址輸入引腳，在一個總線上最一個總線上最多可尋址八個2K器件，A2，A1和A0必須內部鏈接。寫保護（WP）引腳：AT24C02具有用于硬件數據寫保護功能的引腳。當該引腳接GND時，允許正常的讀寫操作，當該引腳接VCC時，芯片啟動寫保護功能。3.5電子鎖控制電子鎖控制采用9012三極管驅動5V繼電器,單片機的輸出OUT通過9012三極管驅動繼電器, 繼電器的輸出直接接繼電器線圈的一端,線圈的另一端接G

43、ND。繼電器的公共點和長開點分別接電子鎖的兩跟控制線由于電子鎖的開關是靠兩根控制線是否連通來控制的,當兩根控制線接在一起時就開門,反之如果兩根控制線斷開就鎖門。因此當單片機的輸出端輸出高電平時三極管倒通,9012的輸入端為低電平,由于9012在這電路中起到開關作用,因此9012輸出為高電平。此時繼電器線圈上有電流流過,繼電器吸合,電子鎖的兩根控制線接通,電子鎖開門。反之,如果單片機輸出高電平三極管不倒通, 9012三極管的輸出為低電平,因此繼電器線圈沒電路,繼電器不動作,電子鎖的控制線保持斷開,電子鎖鎖門。電路圖如下：圖3.8 繼電器模塊電路3.6報警電路報警電路有一個直流蜂鳴器和9012三極

44、管構成,電路圖如圖所示。圖中Alarm為單片機的P2.4腳,當需要蜂鳴器報警時只需要將單片機的P2.4管腳置為高電平,三極管倒通,電流從+5V電源經過蜂鳴器和三極管的CE極流向地，蜂鳴器有電流流過則發聲報警。當單片機P2.4管腳為低電平時,三極管截止,沒有電流從蜂鳴器流過,蜂鳴器停止發聲,因此通過控制單片機P2.4管腳的高電平時間就可以控制縫鳴器的報警時間。圖3.9蜂鳴器模塊3.7射頻卡讀卡器塊的復位電路射頻卡讀卡器塊的采用了按鍵復位電路， 當系統發生故障,可通過按下復位按鍵，系統將復位,讓系統重新初始化運行。圖3.10單片機復位模塊3.8按鍵模塊射頻卡讀卡器在系統初始化后進入工作模式，通過按

45、鍵來切換各種模式。工作模式按下K1即進入注冊模式，再次按下K1進入注冊模式，接著按K1循環到工作模式。圖3.11 按鍵模塊3.9LED顯示模塊圖3.12LCD顯示模塊射頻卡讀卡器工作模式下刷卡，當PowerLed為低電平D1亮，則表示刷卡成功此卡為合法卡允許進入。當LED為低電平時D2亮，說明此是所刷的卡編號并未存儲在存儲器中進入報警狀態。金陵科技學院學士學位論文 第4章 射頻卡讀卡器的軟件設計 4 射頻卡讀卡器的軟件設計現在單片機編程使用的語言大多為匯編語言和C語言。運用匯編語言編程的好處是代碼生成效率高,程序運行速度快；不足是程序的可讀性和可移植性比較差,用匯編語言編寫單片機應用系統程序的

46、周期長,調試和排錯相當困難。C語言是一種通用的計算機程序設計語言,它既可用來編寫計算機的系統程序,也可用來編寫一般的應用程序,用它編寫的程序,具有較好的可讀性和可移植性。所以在本設計中運用C語言進行射頻卡讀卡器程序設計。4.1系統流程及主程序介紹系統工作是按固定順序執行的，主要流程如圖開始 初始化讀卡等待驗證是否合法報警不開門非法卡合法卡開門延遲后自動圖4.1 系統工作流程圖4.2讀卡器讀卡器主程序內用要完成系統初始化，讀卡器和高頻頻FM1702模塊的中斷處理程序，以及與PC機通信中斷處理程序等操作,流程圖如圖所示。 開始系統初始化有卡進入N是否合法報警Y中斷圖4.2 讀卡器主流程圖4.3讀卡

47、過程及程序設計介紹讀卡器軟件編程來進行對射頻卡的一系列操作,主要有：防沖突程序、卡片的讀寫程序以及對卡片數據塊的操作等。讀卡程序的設計思路是在系統初始化后,射頻場檢測有Mifare1卡進入射頻天線的有效范圍,讀卡程序按頃序啟動防沖突程序和認證程序,驗證成功后最后操作卡片讀寫程序。程序流程圖見圖所示,下面介紹其中的幾個主要過程。有卡尋卡防沖突選擇卡片讀卡是寫卡串口啟動寫卡 圖4.3讀卡過程顯示圖4.3.1尋卡圖Mifare1卡是一種以被動方式工作的卡,進入射頻區的Mifare1卡上電后進入IDLE狀態,它通過吸收感應區內的磁場能量進行工作,不會主動發出信號。讀卡器必須不間斷地向外發出請求信號,符

48、合條件的卡只有在接收到請求信號之后才會進行響,。程序中用Mf500ComReq（）函數不斷向外循環發請求信號,檢查感應區是否有符合條件的卡,一旦有符合條件的卡進入并被選中,程序退出循環請求過程,進入防沖突過程。Request std指令分為和Request all兩個指令。Request al指令的功能是在天線范圍內檢查所有符合條件的卡,無論是處于IDLE狀態還HALT狀態的卡,都會響應。Request std指令只對天線范圍內處于IDLE狀態的卡有效,對HALT狀態的卡無效。考慮到至少有兩張卡同時進入感應區的可能,設計中采用Request all指令, Mf500ComReq（）函數主要代碼

49、及相關注釋見附錄。4.3.2防沖突所謂防沖突又叫防碰撞、防重疊,就是從多張進入感應區的卡中選出一張來進行操作。如果只有一張進入感應區,并且已經知道了卡的序列號（SN）,則可跳過此步,直接進入選卡命令,若不知道卡的序列號,則必須調用防沖突函數mF500CascAnticoll(),以得到感應區內卡的序列號。若同時有多張卡在感應區內,防沖突函數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 1卡的序列號,并沒有真正選中這張卡。選中卡應由Select（見下一步）指令完成。SN為40位長5個字節,實際有意義的只有前4個字節,最后一個字節是SN的異或校驗的校驗碼,在獲得SN之后,

50、一般應在程序中對所接收到的SN進行校驗,以確保數據的正確性。mF500CascAnticoll()函數主要代碼及相關注釋見附錄。4.3.3選擇卡片選擇卡片就是根據已知的序列號讀出卡的容量編碼（一字節）。只有經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,然后才能進行讀、寫等操作。選擇卡片過程是通過Mf500CascSelect（）函數實現的,其主要程序代碼及相關注釋見附錄。4.3.4讀取卡片如果完成了前面幾個步驟,說明所選卡是本系統的卡,就可以對Mifare卡正常進行讀、寫了。讀卡函數Mf500Read（）從已通

51、過密碼驗證的扇區中讀取一個數據塊,共16個字節,其中前面幾個字節即為卡號（1個字節表示2位卡號,本系統卡號長度為10,所以需要前面5個字節。）Mf500Read（）函數主要代碼及相關注釋見附錄。4.3.5 卡掛起當對卡中的數據處理完后,程序應使卡處于掛起狀態,此時即使卡在感應區域,讀卡器也不會再對該卡進行任何操作。Mf500Halt（）函數用來實現卡掛起功能,其主要代碼及相關注釋見附錄。 開始延時尋卡IC卡處理程序防沖突加載密碼該卡發送數據等待卡拿開等待一次性操作 初始化開 始電子鎖吸收延時電子鎖釋放延時圖4.4驅動電子鎖流程圖金陵科技學院學士學位論文 第5章 讀卡器的調試 5 讀卡器的調試5

52、.1各模塊硬件調試系統包含軟件和硬件，調試是比較重要的，綜合實際情況,可將調試分為幾步。畢竟硬件是軟件存在的基礎，保證硬件正常后才能檢測軟件的缺陷和漏洞；那么第一是硬件電路的調試,硬件電路正確無誤后，第二進入軟件的調試。開始檢查硬件電路，當中主要包含電源是否連接正常、單片機是否正常工作、最主要的是射頻基站模塊能否正常工作等等。然后再通過串口調試助手,觀察單片機與射頻基站模塊通訊時,兩者所傳送的數據,觀察數據是否正確，這部分的調試起初只寫簡單程序，檢測能否與RF卡確立連接,接著添加程序將卡中序列號讀出，最后增加的是卡中的信息讀寫程序。然后是無線通信的檢測,看發送和接收的數據正確與否。最后就是單片機通過串口將數據發送給計算機的調試。5.1.1單片機的調試最先檢測STC89C52單片機芯片能否正常工作,首先檢測單片機的電源壓是否是5V,若是,在檢測單片機的EA端,是否為5V,如果是就再檢測單片機的復位電路是否能夠復位成功,若成功,就再檢測第18腳和第19腳接的晶振，能否起振，起振的正常對地電壓是2V上下,如果沒有電壓單片機必定不可正常工作。5.1.2串口通信模塊的調試MAX232是