毕业论文：基于单片机的门禁系统设计-用C语言编写单片机、通过Visual Basic建立人性化的人机界面.pdf

摘要随着目前各公司对安全要求的提高，管理水平的不断提升，公司需要加强对 进出人员的管理，门禁被许多公司采用。但大多使用的都是单门禁，对于有很多 出入通道的公司显然不适用，既不能做到统一管理也缺少了统计、查询和考勤等 附加功能，与此同时目前市面上的智能门禁系统多是基于有线通信的方式实现的，具有布线复杂、成本高、定型后不利于重新布线、扩展等诸多缺陷。无线通信方 式则克服了有线通信的很多不利因素，因此基于无线通信方式的门禁系统是未来 门禁系统的方展方向，本课题设计的就是基于单片机的无线通信联网门禁系统。本文通过对国内外门禁系统技术发展动态以及技术难点的研究，首先提出一 套适合写字楼安全管理的基于单片机的联网式门禁系统。系统基于无线通信模式,采用基于RF射频模块的无线传输平台作为系统的无线传输方式。硬件设计方面，系统采用的是简单实用的直线型网络结构，无线信号的收发核心模块选用的是选 择性价比高、集成度高的RF射频模块RFM12O软件设计中，用C语言编写单片机 主要子程序易读性高，扩展性好。通过Visual Basic建立合理人性化的人机界面，方面管理者使用。该门禁系统性能价格比高，解决了写字楼管全管理门禁系统采 用有线通信方式所存在的难以扩展、难以升级等问题。关键词：门禁系统，无线通信，非接触式IC卡ABSTRACTWith the advance of safety request and the promotion of management level,every company need strengthen the management of the personnel in and out.Access control is used by many companies,but the most of them are single access control,it is unfitted to the company that has many doors.They can not be managed uniformly and have not the additory function such as statistics,demand and checking on work attendance.However,current aptitudedoor-guard systems are generally based on wire communication.This is unpractical sometimes because its relative expense is high,wires are difficult to be placed,systemupdate is hard.On the other hand,radio communication gets rid of most above demerits.This is why wireless door-guard system is a trend in the future.This topic is designed to non-contact IC card-based wireless communication network access control system.In this thesis,we propose a solution for wireless door-guard system.According to research on door-guard system,we figure out a software and hardware solution specially applying to residence cells.The solution is based on single star network architecture,choosing RF module RF12 as the core module of tranceiver circuit,it also brings in a voice codec platform as voice proceeser.In its software design,through Visual Basic programs the establishment of simple and practical database system and a reasonable human machine interface aspects of managers.High cost performance of the access control system to solve the office-wide management of access control system uses the existing wired communication is difficult to expand,it is difficult to upgradeand so on.Key words:Access Control S ystem,Wireless Communication,Non-contact IC card目录1绪论 11.1 门禁系统简介-11.2 门禁系统的发展过程及国内外现状分析-22门禁的方案设计-52.1门禁的系统组成-62.2系统的硬件设计组成-72.3系统的软件设计-83硬件设计-93.1 电源设计-93.2 门禁控制器-103.3.基于RF射频模块RFM12的无线传输平台设计-123.4 读卡器-163.5 RS 232转化电路-173.6电子锁-183.7 周边设备-194软件设计-244.1 主控设备的软件设计-244.2 无线传输模块的软件设计-454.3 管理软件设计-635总结 70参考文献 71致谢 731绪论1.1 门禁系统简介随着科学技术的不断发展，门禁系统在国内得到广泛的普及。作为智能弱电系统中 的一种安防系统，门禁系统集自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及光电，电 子，机械，计算机，通讯，生物技术等诸多新技术，体现了现代智能化管理的要求。实际上，门禁系统就是在建筑物内外的出入口通过持有非接触式卡片来对人（或物）的 进出实施放行，拒绝，记录等操作的智能化管理系统，为大门门禁控制，考勤管理，智 能楼宇系统，高安全性出入口管理等安全，方便的实施出入控制。门禁控制系统有时也称为出入监督智能系统，其功能是有效地管理门的开启与关 闭，保证授权出入门人员的自由出入，限制未授权人员的进入，对暴力强行入门行为，予以报警。同时可对出入人员分类管理，对出入区域分类管制，对出入人员代码，出入 时间，出入号码进行登录与存储。电子门锁是近几年随着电子计算机技术，尤其是智能IC卡应用技术的提高发展起 来的，随之而产生的接触式智能IC卡和密码键盘门禁系统也越来越被人们重视和使用。电子计算机作为系统管理主机，通过联接系统的各个读卡器（即开门控制器）管理门锁。智能IC卡具有存储运算功能，经初始化和授权后成为控制门锁开和关的特殊钥匙，从 而便构成一个现代化的门禁系统。从上面的描述，我们可以看到门禁系统发展完善的过 程是现代科技与人类文明相结合而逐步完善的过程。门禁系统以其优良的性能和方便、安全的操作为人类社会生产力的发展做出了重要的贡献。但是目前的智能门禁系统大多 数是基于有线通信的方式来实现的。众所周知，有线通信具有安全、稳定性好、易于实 现等优点；但同时有线通信方式具有初装费用高、施工时间长、无法移动、变更余地小、维护费用高、覆盖面积小、扩展困难等缺陷。随着通信技术的发展，无线通信网络进入 了一个新的天地。功能强、容易安装、组网灵活、即插即用的网络连接、可移动性强等 优点，使得无线网络提供了不受限制的应用。网络管理人员可以迅速而容易地将其加入 到现有网络中运行。随着无线数据通信逐渐成为一种越来越重要的通信方式，人们设计 出一种更安全有效、方便智能的门禁系统无线门禁系统。本课题针对人们对智能安 防系统日益增长的追求，提出一套基于无线传输方式的门禁系统。1.2 门禁系统的发展过程及国内外现状分析门禁系统是在传统门锁的基础上发展而来的，后者是机械装置，在人出入很多的地 方，例如办公室，酒店等钥匙的管理造成不便。随着电子技术的发展，这一问题得到了 解决，出现了电子磁卡锁，电子密码锁等电子门禁系统，该系统提高了人们对出入口的 管理程度。又随着电子芯片的高度集成化和生物识别技术的发展，智能门禁系统得以出 现。以下是门禁系统的发展过程：第一代门禁：键盘输入密码方式会有因忘记密码而被拒之门外。第二代门禁：接触卡式门禁系统，例如：(1)磁码卡，是把瓷质贴在朔料卡片上制成。磁卡可改写，应用方便。缺点是易消 磁，易磨损。(2)铁码卡，是用特殊的金属线排列编码，采用金属磁烧的原理制成，不易被复制。第三代门禁：非接触式IC卡门禁卡片采用了先进半导体制造技术和信息安全技术，利用电子回路及感应线圈在读卡 器本身产生特殊震荡频率，当卡片进入读卡器能量范围时产生共振，感应电流使电子回 路发射信号到读卡器，经读卡器将收到信号转换成卡片资料，送到控制器进行判断、决 策。第四代门禁：生物辨识门禁系统它包括指纹机，掌纹机，视网膜辨别机和声音识别及人脸识别装置。目前指纹识别 门禁系统应用最为广泛。IC卡是由一个或多个集成电路芯片组成，并封装成人们携带的卡片。世界上第一张 IC卡诞生于1974年一位名叫罗兰莫雷诺(Roland Moreno)的法国工程师手中。随 着集成电路技术的发展，芯片的集成度、容量、安全性都得到了很大的提高，尤其是 EEPROM技术的成熟，使得IC卡的生产、应用成为现实。IC卡按使用方法和信息交换方式又可分为接触式IC卡和非接触式IC卡(射频卡)。接触式IC卡是通过物理接触方式，将卡插入卡座后，与外界交换信息，所用集成电路 芯片露在塑料卡外面的一面是一块含有电路脚的接触片，大部分都镀金。非接触式IC 卡是通过电磁波与外界交换信息，带有射频收发及相关电路的芯片与环形天线全部埋在 塑料基片中，在进行读写时，读写设备向射频卡发一组固定频率的电磁波，卡片内与读 写设备发射频率相同的LC串联谐振电路，在电磁波的激励下产生共振，从而使电容内 有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另 一个电容内贮存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作 电压，从而完成将卡内数据发射出去或接收读写设备的数据。本课题选择非接触式IC卡门禁系统的设计，是因为与接触式IC卡相比较，非接触(感应)式IC卡具有以下优点：(1)操作方便、快捷 由于采用非接触无线通讯，读写器对在感应范围内的卡就可以进行操作，免去了插拔卡，所以非常方便用户使用(2)抗干扰性高 非接触式IC卡中有快速防冲突机制，能有效防止卡片之间出 现数据干扰，在多卡同时进入读写范围内时，读写设备可一一对卡进行处理。(3)可靠性高 非接触式IC卡与读写器之间没有机械接触，这就从根本上消除了由于接触读写而产生的各种故障.(4)高安全性 非接触式卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前已将此序列 号固化在芯片中，不可以更改；非接触式卡与读写器之间采用双向互认验证机制，即读 写器要验证IC卡的合法性，IC卡也要验证读写器的合法性。(5)适合于多种应用 非接触式IC卡的存贮结构特点使其可以做到一卡多用，能 应用于不同的场合或系统，例如，企业或机关内部员工“一卡通”，可用作考勤、食堂 就餐、电话管理、停车场、门禁等；校园“一卡通”，可用作学生证、借书证、消费卡、门禁“铜匙”等，此时用户可根据不同的应用设置不同的密码和访问条件。(6)适应于多种要求 非接触式IC卡系统可根据环境与应用对象的不同而做到 作用距离不同，如用于高速公路或一般路、桥收费，可选用作用距离为0.6m20nl的系 统，如用于电子钱包或公交收费，可选用作用距离仅几厘米的系统。系统配置相当灵活 多样。正是由于非接触式IC卡的上述特点，使它在某些领域具有接触式IC卡无法比拟的 优越性，被广泛应用于电子钱包、铁路、地铁、公交、轮渡、高速公路、一般路桥收费、食堂售饭收费、门禁系统、考勤系统、身份证等领域。特别是在地铁、公交、路桥、轮 渡等收费应用中，近期将占到整个卡应用的50%以上。2008年的北京奥运会和2010年的上海世博会将是中国安防市场的最大商机，而中国 持续不断的建设高潮也为安防市场的稳定发展提供了坚实的基础。综上所述，门禁系统 作为安防设备的重要组成部分之一，在国内外都具有十分美好的市场前景。纵观国内外，门禁市场的发展情况大不相同。目前欧美门禁系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的 分工已进人细分阶段，生产卡、读卡器的厂家单单生产卡、读卡器，如美国的HID公司、hdala公司、德国的Destele公司。生产控制器的公司单单研究生产控制器和软件。如 美国的Northern Computer公司、CS I公司。随着其产业化的形成，各大专业公司由于其 财力的雄厚、技术的先进、市场的先导以及专业人员的积累，垄断势头不断呈现出来。同时大公司之间的相互竞争使得产品利润率不断下降，产品价格大幅降低，相对于欧美 的收入，5000美元左右的门禁系统可广泛运用于市场。至近儿年，欧美各大企业也开始 投入到无线门禁系统的设计、生产中来。在亚洲和中国，随着人们对门禁系统各方面要 求的不断提高，门禁系统的应用范围也越来越广泛。近年来，国内的门禁系统市场迅速 增长，人们对门禁系统的应用日益广泛，应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤 管理、安防报警等诸多场合，涌现出许多生产门禁、安防系统的公司，如蓝泰、创一公 司等。与此同时，国内市场上也出现了许多系统联动控制的新型门禁控制系统，例如蓝 泰公司近期推出的开放式门禁控制系统，能够管理大型会议以及公共场所的入口、通道;创一公司的第四代感应卡考勤门禁管理系统的功能强大、运行稳定，能够支持智能排班 功能，存储量大、操作简单，也是目前比较流行的门禁系统之一。由于中国的门禁系统 起步较晚，在技术、设计等领域，可向国外一些较成熟的经验、技术借鉴与参考，因而 大大加速中国门禁系统的发展。2门禁的方案设计随着社会经济的发展，公司对安全性的要求越来越高，原来的简单的门锁早已不能 满足他们对人员安全管理的需求。特别是现在很多大城市里，一栋写字楼里云集着很多 家公司，如果要确保每个公司的安全就需要非常完善的门禁管理系统。目前市场上大多 数的门禁系统均采用有线的方式来实现，虽然其具有传输容量大、可靠性高等的优点,但是有线系统也有其不可避免的缺点：灵活性差、安装成本高，施工难度大等。采用无 线的传输方式，能够克服上述缺陷。因此，无线化是现有电子产品的发展趋势无线门禁 系统将成为未来门禁系统发展的重要方向。本课题设计的就是基于非接触IC卡的无线 通信联网门禁系统。该设计主要具有以下特点：1.可以树立公司，大厦或者写字楼等公共场所规范化管理形象，提高管理档次,同时规范化内部的管理体制。2.一张非接触式IC卡可以代替所有的大门钥匙，且具有不同的通过权限，授权 持卡进入其职责范围内可以进入的门。所有的进出情况在电脑里都有记录，便于针对具 体事情的发生时间进行查询，落实责任。3.可以将不受欢迎的人员拒之门外，例如可以杜绝传销，保险等行业的业务员 在未经许可的情况下产自闯入您的办公室，干扰您正常的办公秩序。同行的竞争者不会 轻易地进入您的办公或开发场所顺手拿走您的业务资料或者核心技术资料。4.如果员工的感应卡丢失可以在系统内及时挂失，这样即使其他人捡到了该感应 卡也无法进入公司。对于离职、离开的人员该卡采用禁用的模式，该员工以后都无法进 入公司进行破坏等报复活动。5.基于Windows的全中文操作系统，界面友好，操作方便简单。普通员工经过培 训就可以胜任相应管理软件操作。6.系统采用无线通信方式，扩展性好，便于升级或者增加新的门禁。2.1门禁的系统组成门禁控制系统是由上位机，门禁主控设备、无线传输平台、读卡器、电控锁、AC-DC 电源、卡片、管理软件等几个重要部分组成的。门禁系统组成如图2-1所示图2T门禁系统的组成2.2系统的硬件设计组成门禁系统的硬件组成主要由基于ATmega16单片机的门禁控制器，锁系统，读卡器,非接触式IC卡，RF射频无线传输设备，电源以及其他周边设备组成。门禁控制器：是门禁系统的核心部分，负责整个系统的输入、输出信息的处理、存 储和控制等。它验证门禁读卡器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，如 若有效则对执行部件发出动作信号。门禁控制器性能的好坏直接影响着系统的稳定，而 系统的稳定定性直接影响着客户的生命和财产安全。卡片：门禁系统的开门电子钥匙。现在通常采用非接触IC卡，因为其操作时无需接 触，不会磨损，芯片封装在卡片内，不会被腐蚀，所以经久耐用，能使用十年以上。读卡器：与非接触IC卡进行数据交换的控制部分。带无线电发射天线，当有非接触 IC卡接近时，能给非接触IC卡提供能量，获取非接触IC返回的数据。读卡器分析确认卡 的有效性后，将结果传送至控制器。电控锁：门禁系统的执行部件，电控锁通常在断电时呈开门状态，以符合消防要求。RF射频传输设备：门禁系统的无线传输平台。它使用RF射频微波作为无线传输的载体，实现单片机与PC机的通讯。电源：提供整个门禁系统的供电，是系统中不可或缺的重要组成部分，下一章将对 电源做详细介绍。周边设备：门禁系统的外围辅助设备，周边设备包括警示报警装置、LCD输出设备 等。以上对系统的各部分分别进行说明，实际应用中，各个硬件功能模块是紧密地结合 为一个有机整体共同协作的。图2-2是门禁系统的硬件构成的结构框图图2-2系统的硬件构成框图2.3系统的软件设计该系统的软件设计分为硬件组成中各主要模块的程序设计和PC机的管理软件的设 计。各主要模块的程序设计主要包括基于ATmegal6单片机的主控设备的程序设计，基 于RFM12无线通信模块的程序设计以及读卡模块的程序设计。PC机管理软件的设计主要由卡片管理模块、控制器管理模块、权限管理模块等组成。卡片管理模块，发放或注销序列号、卡号。控制器管理模块，是用来注册现有或新增的 控制器，便于更新系统数据。权限管理模块，可分层设定操作者的各项权限，并通过 Visual B设计开发简单合理的人机界面。3硬件设计本系统的硬件设计这要包括电源的供电方式选择，门禁控制系统的主控设备的选型 及设计，读卡模块的选型及设计，LCD显示模块的选型及设计，电子锁电路设计以及报 警电路的设计。最后将以上各个模块合理连接，完成硬件电路的设计。3.1 电源设计电源的供电方式有很多种，常用的有开关电源、电池(或者充电电池)等。其中，开关电源的优点是可以通过市电电源直接供电，使用起来简单方便，但是这种电源的缺 点是纹波效应比较严重，无法提供高精度直流电压。由于无线设备对电源稳定性的要求 相对严格，因此本设计方案不推荐使用开关电源。另一种较常见的供电是电池供电，尤 以充电电池的供电方式应用较为广泛。因为这种供电方式不仅克服了开关电源的纹波效 应，具备提供高精度直流电压的能力，并且在断电的情况下仍然能够对设备持续供电。所以本方案采用充电电池为系统电源。3.2 门禁控制器门禁系统的主控设备采用ATmegal6单片机。AVR系列单片机是ATMEL公司开发的新 一代单片机，在设计上打破常规，采用了全新的概念，突出的优点是高性能、低功耗的 8位AVR微处理器，并且具有先进的RIS C结构，方便设计者使用。一般而言ATmegal6 在1 MHz,3V,25 C时的功耗正常模式时的工作电流为1.1mA,空闲模式时的工作电 流为0.35mA,掉电模式时的工作电流 1 uAo止匕外，该系列单片机拥有各种流行接 口，方便与目前许多种类的外围设备连接通信，操作方便快捷，非常适合于低功耗、混 合信号处理的产品与应用“叫ATmegal6的硬件设计特点如下：(DCPU设计ATmegal6单片机的CPU采用8位的RIS C结构。拥有32个8位通用工作寄存器,其中X、Y、Z特殊寄存器可以用作3个16位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，实现高效的地址运算。(2)内部存储器分为程序存储器(FLAS H)和数据存储器(RAM)ATmegal6具有丰富的内部存储单元，包括16K字节的程序存储器FLAS H,512字节EPROM和1K字节S RAMo输入/输出（I/O）口ATmegal6单片机32个通用I/O 口线，作为通用数字I/O使用时，所有AVR I/O端 口都具有真正的读-修改-写功能。这意味着用S BI或CBI指令改变某些管脚的方向（或者是端口电平、禁止/使能上拉电阻）时不会无意地改变其他管脚的方向（或者是 端口电平、禁止/使能上拉电阻）。有些引脚还具有特殊功能，包括可工作于主机/从 机模式的S PI串行接口。（4）定时/计数器ATmegal6系列单片机有2个两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器（5）指令系统ATmegal6系列单片机具有先进的RIS C结构，131条指令，并且大多数指令执行 时间为单个时钟周期（6）睡眠模式空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、S tandby模式以及扩展的 S tandby 模式综上所述，ATmegal6单片机是一款功能强大、集成资源丰富的智能型微控制器利用其上述特性，结合本系统的设计需求，主控设备需要实现以下的操作：（1）控制无线传输平台的传输过程，包括发送、接收模块的配置与控制.（2）控制电子锁的开启（3）LCD输出显示的驱动程序（4）报警模块的驱动程序针对以上需实现的功能，ATmegal6单片机预留相应的资源与之对应。PB端口与无 线传输系统的RF模块相连接，PC端口与LCD显示模块相连接，PD 口与读卡模块相连接,PA 口用于电子锁和报警模块相连接。ATmegal6单片机的引脚图如图3-1所示。NavRyd 一 a v n QU N U O m s d EOOHNIV的 Sd g a dds/ODdQxo 8AZ J a L S Ibsod V J g o d 巴。god IHN&OdPA4/AD4 PA5/AD5 PA6/AD6 PA7/AD7AREF GND AVCC PC7/TOSC2 PC6/T0SC1PC5/TDI PC4/ID025247T落1图3-1 ATmegal6单片机的引脚图3.3.基于RF射频模块RFM12的无线传输平台设计在现有的无线传输网络中，基于RF模块的无线传输网络功耗小、成本低、组网方 式简单，非常适合小型无线网络的场合。针对无线门禁系统传输距离较短，通信方式较 简单等特点，本设计采用基于RF模块的无线传输平台。无线模块的传输原理框图如图 3-2所不。图3-2无线模块传输原理框图目前市场上RF模块有许多款，然而符合设计需求，支持较大的传输速率、拥有大 量的可配置频段、成本较低的RF模块并不多。综合考虑本系统采用深圳市惠贻华普电 子有限公司生产的RFM12作为RF模块。RFM12是一款低成本的IS M频段FS K收 发模块，其核心电路采用的是带锁相环（PLL）技术的RF12射频收发芯片。RFM12可 工作在315/433/868/915MHZ四个频段,并符合FCC和ETS I要求.它提供一个S PI接 口，实现由MCU通过软件去设置各种射频参数和其它辅助功能。图3-3为RFM12 模块的引脚图。图3-3 RFM12无线模块引脚图各引脚的功能见表3T所示。表3-1 RFM12引脚功能表名称类型功能nINT/VDIDI/DO中断输入（低电平有效）/有效数据指示输出VDDS正电源电压SDIDI串行控制接口数据输入SCKDI串行控制接口时钟输入nSELDI串行控制接口片选输入（低电平有效）SDODO串行数据输出nIRQDO中断请求输出（低电平有效）FSK/DATA/nFFSDI/DO/DIFSK数据输入/接收数据输出/先入先出寄存器模式选择输入DCLK/CFIL/FFITDO/AIO/DO接收数据的始终输出/外接数据滤波电容/先入先出寄存器中断CLKDO供MCU使用的时钟输出nRESDIO用内部上拉和输入缓冲开启复位输出（低电平有效）RFM12无线通信模块的主要特点：（1）成本低，性价比高.（2）生产免调试（3）采用PLL和零中频技术锁相时间快（4）锁相时间快（5）高分辩率的PLL,频率间隔最小2.5 KHz（6）高数据传输率（使用内部数据滤波器最高115.2 kbps,使用模拟滤波器最高2 5 6 kbps）（7）直接差分天线输入/输出(8)天线阻抗自动调谐(9)可编程发射频偏(15 KHz到2 4 0KHz,15 kHz间隔)(10)可编程接收带宽(6 7kHz到4 00kHz)(11)模拟和数字接收信号强度指示(ARSSI/DRSSI)(12)自动频率控制(AFC)(13)数据质量检测(DQD)(14)内部数据过滤(15)接收同步pattern硬件识别(16)SPI控制接口(17)可为MCU提供时钟和复位信号(18)16位接收数据寄存器(先入先出队列)(19)两个8位发射数据寄存器(20)标准10MHz晶振(21)唤醒定时器(22)2.2 V 至I5.4 V 电源(23)低功耗(24)低静电流(0.3 uA)综上所述，RFM12是一款性性价比较高的无线收发模块。在无需外加功放电路的 情况下，距离可达200米以上。因此本系统采用两套RFM12无线传输模块，让它工作 在433MHz,频段带宽为134KHz,数率为1.2kpbs,发射调制频偏为60KHz的空旷，无 干扰地域。其中一块和单片机相连负责把读卡器的数据传输给PC机，一块和PC机相 连负责接收单片机的数据以及反馈数据给单片机。3.4读卡器目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频、和超高频三种频率范围，不同频段 的RFID产品有不同的特性1。1.低频（从 125KHz 到 134KHz）该频段主要是通过电感耦合的方式进行工作，也就是在读写器线圈和感应器线圈件 存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的而典雅被蒸 储，可作供电电压使用。磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快，且传输速 率慢，价格高。2.高频（工作频率为13.56MHz）在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着的方式制作天线。感 应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开 促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如 果通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。它的感应器一般是电子标签的形式，可以把某些数据信息写入标签中。传输速率高，价 格合理。3.超高频（工作频率为860MHz到960MHz）超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不 是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。这要是通过电容耦合的 方式进行实现。目前使用较多的是IS O14443协议，而IS O15693是对于IS O 14443对应于高频范围 的一种协议。因为IS O15693疏耦合卡在高频时读取距离可达1m,所以本系统采用基于IS O15693协议的高频读写器，它可以对13.56MHz高频电子标签进行数据读、写、锁操作。它的功能特点如下：工作频率：13.56MHz 阅读距离：6-10cm 电子标签标准：IS 015693(Tag-IT HF-1、Icodell)对电子标签多个数据块的内容进行读、写、锁操作具有防冲撞读写功能，最多可检测16张电子标签 具有RS 232、RS 485、US B2.0多种通讯接口它的卡结构为64位ID号，共计64个数据块，每个块都可读，没被锁的快可写。串口通讯，默认波特率为19200bps,8位数据位，1位起始位，1位停止位，无校验。读卡模块引脚图见图3-4图3-4读卡模块引脚图U21DOO RXRXD GND_AVDD TXGND NC82736453.5 RS 232转化电路RS-232接口是目前最常引用的一种串行通讯接口。它的全名是数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”，它是在1970年由美国 电子工业协会联合贝尔统统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同指定的用于串 行通讯的标准。因为读卡器采用RS 232通信，所以要在单片机的UCS RA 口扩展RS 232转换电路。本系统采用S IPEX公司的S P232ACP芯片。它具有以下特点：工作于+5 V单电源 对所有的RS-232协议和ITU V.28规格 使用0.luF至luF的电容 高数据速率一负载时速率可达120Kbps 低功耗CMOS 工作电流为3mA 无需外部电容 低功耗关断 增强型ES D保护S P232芯片的引脚图如图3-5所示:图3-5 S P232引脚图3.6电子锁UNLK端口接单片机的口，通过单片机编程实现开锁动作。74HC14是集电极开路具有缓冲型反相器，接收并产生标准的TTL信号。可以不规则信号转换成稳定规则的输 出信号。连接单片机的口对其提供反向操作。图3 6为开锁原理图图3-6开锁电路3.7周边设备(1)指示灯指示信号灯由两个LED灯构成。绿色的灯为电源指示信号，表示系统处于待机就绪 状态。当有非法卡进入感应区，红色指示灯常亮起警示作用。(2)报警电路报警电路时在门禁系统出现意外状况时启用，即当有卡进入感应区是，若遇到非法 卡时将发出报警声。报警电路如图3-7所示。图3-7报警电路(3)LCD输出显示模块终端设备使用CAI2864K型号的LCD液晶显示器作为输出设备。CA12864K是一款 带中文字库的图形点阵模块，由动态驱动方式驱动128X64点阵显示。低功耗，供应电 电压范围宽。有自动复位（RES ET）功能。内含多功能的指令集，可完成绘图及文字画 面混合显示等功能，操作简易咐。它的主要特性如下：提供8位，4位及串行接口可选 64*14位字符显示RAM 2M位中文字型ROM,总共提供8192个中文字型 16K位半宽字型ROM,总共提供126个西文字型 64*14位字符产生RAM 15*16位总共240点的ICON RAMCAI2864K型LCD液晶显示器的引脚图如图3-8所示：图3-8 LCD显示器引脚图U41GND BLKVCC BLAVO VbutRS RESR/W NCE PSBDBO DB7DB1 DB6DB2 DB5DB3 DB4202193184175166157148139121011各引脚的功能如表3-2所示表3-2 LCD显示器引脚功能表管脚名称符号电平功能描述1vssov接地（GND）2VDD5.0V电源电压3VO负压液晶显示器驱动电压调节端4RSH/L并口模式寄存器选择H：数据；L：5R/WH/L并口模式H：读；L；写6EH/L并口：读/写起始脚7到10DBO 至lj DB3H/L数据总线低4位，4位并口时悬空11 到 14DB4 至lj DB7H/L数据总线高4位15PS BH/LH:8/4位数据接口模式L:串行接口模式由硬件设置时，此16NCH/L悬空17RESH/L复位信号，选择硬件复位时，此脚18VOUT负压液晶显示器驱动电压19BLA5V背光正20BLKov背光负系统的硬件原理图如图3-9所示:悟自自BBIV/VdCOV/tVdI盟瞿笑I需昔8H*沙耳mlOV/TVd OOV/OVd A OKO OXfWDX/Oad I i/iad tXbWOHIV/tad 3o/ibnv/adRLSd vas/i3d 7 3S/COdOKQ A CDO/rOd Id。！/9ad YI3O/!7Id a130Od lln/ld曰巨目 HH 7ra-g B目 K g 号mfe e tela i n图3-9系统硬件原理图4软件设计本系统的软件设计包括基于ATmegal6单片机的主控设备的流程图以及主程序的编 写，基于RFM12无线传输模块的通信协议以及编程，用Visual Basic语言设计开发人 机界面。4.1 主控设备的软件设计ATmegal6单片机的工作流程是当没有卡片进入读卡区时，信号指示灯绿灯常亮，表示门禁系统处于待机状态，LCD显示当前时间以及欢迎观临。当读卡器感应到有卡进 入读卡区后会把读取的相应的数据通过串口发送给单片机，单片机正确的读到数据以后 就会通过无线模块发送到PC机，PC机把这个数据和数据库中的合法信息比对，做出判 断后返回一个结果给单片机。如果该数据是合法的，单片机执行一个开锁命令，并且通 过LCD显示“请进”。如果数据是非法的，蜂鸣器报警，警告信号灯红灯闪烁，LCD 显示“对不起”。综上ATmegal6单片机的程序包括串口中断子程序，无线传输子程序，及LCD显示 程序。图4T为程序的主流程图。开始系统初始化读取门禁号监控门禁信号N有卡进入感应 区？报警卡号合法?读卡号图4-1主流程图4.1.1 单片机初始化设置#include#include#include#include/#include 宏定义#define ucunsigned char#define LCD DIRDDRD#define LCD_PORT_OUT PORTD#define LCD PORT INPIND、#define RFID S TART0 x10#define RFID_ADDR OxFF#define READ_BLOCK 0 x52 uc rfid_rdata 20;uc rfid_rcount;函数声明void Decode_numeral(uc figure);void Lcd_Wcmd(uc cmd);void Lcd_Wdat(uc data);llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll定义I/O输出端口#define RS T 4#define RS T_H()PORTB 1=(1 RS T)#define RS T_L()PORTB&=(1 RS T)#define RS5#define RS _DATA()PORTB 1=(1 RS)#define RS _INS TRUCTION()PORTB&=(1 RS)#define RW6#define RW_READ()PORTB 1=(1 RW)#define RW_WRITE()PORTB&=(1 RW)#define EN 7#define EN_H()PORTB 1=(1 EN)#define EN_L()#define M_DIR 6定义全局变量PORTB&=(1 EN)uc numeral_hour_counter=20;uc numeral_second_counter=00;uc numeral_minute_counter=01;uc BCD_code 6;uc int lock_number;*函数名称：MCUnit*入口参数：N/A*返回参数：N/A*函数说明：初始化MCU寄存器*void MCUnit(void)(DDRA=OxFF;DDRB=OxFF;DDRC=OxCO;LCD_DIR=OxFF;PORTA=0 xFF;PORTB=0 x00;PORTC 1=OxCO;LCD_PORT_OUT=OxFF;）4.1.2串口通信子程序设计在读取读卡器的数据时需要用到ATmegal6单片机通用同步和异步串行接收器和转发器（US ART）的功能，它是一个高度灵活的串行通讯设备。US ART支持4种模式的时钟:正常的异步模式，倍速的异步模式，主机同步模式，以及从机同步模式。US ART控制 位UMS EL和状态寄存器C（UCS RC）用于选择异步模式和同步模式。倍速模式（只适用 于异步模式）受控于UCS RA寄存