基于射频卡的电子门锁设计.doc

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

基于射频卡的电子门锁设计
The Design of Electronic Door Lock Based on Radio Frequency Card

2013 届 电气工程 系
专　　业
学　　号
学生姓名
指导老师

完成日期　2013年5月27日

毕业设计成绩单
学生姓名

学号

班级

专业

毕业设计题目
基于射频卡的电子门锁设计
指导教师姓名

指导教师职称
高级工程师

评 定 成 绩
指导教师

得分

评阅人

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

院长(主任) 签字：

年 月 日

毕业设计任务书
题　目
基于射频卡的电子门锁设计
学生姓名

学号

班级

专业
自动化
承担指导任务单位
电气工程系
导师
姓名

导师
职称
高级工程师
一 、基本要求
设计一个电子门锁，刷卡时将从卡里读出的数据进行校验，校验正确后，吸合门锁继电器，模拟开门。
要求利用单片机、射频卡wm-17td等器件设计并制作该电子门锁。设计出该系统的硬件电路和软件部分，做出实物。
二 、技术参数和要求
通讯接口：232接口或USB-TTL接口。
供电电压：DC12V。
射频卡：选用wm-17td。
DC12V
显示模块
单片机
射频卡模块
电源模块
门锁驱动
射频卡
三、系统组成

单片机系统分为四部分：单片机、射频卡模块、门锁驱动电路、电源模块、显示模块。
1.单片机负责读取射频卡信息并进行校验，控制门锁驱动电路工作；
2.射频卡模块负责读取射频卡信息，并与单片机之间进行数据传送；
3.电源模块负责将DC12V转换成单片机需要的DC5V。
4.显示模块负责显示卡号和门锁的开关状态。
四、参考及查阅资料和相关知识。
1.学习STC12C520XAD系列单片机知识。
2.学习射频卡wm-17td的相关知识。

五、进度计划。
第1-3周： 资料收集，文献阅读，确定系统方案，完成开题报告。
第4-7周： 系统设计，设计硬件电路，做出实物，编写程序。
第8周： 中期检查。
第9-10周： 系统调试，完善系统，撰写论文。
第11-14周：撰写、完善论文。
第15-16周：答辩。

教研室主任签字

时　间
　　 年　 月 日
毕业设计开题报告
题　目
基于射频卡的电子门锁设计
学生姓名
安林峰
学号
20097362
班级
方0953-4
专业
自动化
一、研究背景
锁具经过漫长的发展，随着近代电子科学技术的进步，这个有着几千年历史的古董终于驾着新技术的帆船，承载着传统锁具的功用与现代电子的实用而跨入现代人们生活的科学便利化时代。门锁在发展的过程中种类有很多，门锁因控制技术不同，分为机械锁和电子锁两大类。传统的机械锁以其价格低廉和使用的方便性成为普通大众首选锁具，但是由于传统机械锁是用钥匙开启，所以锁体必须要有锁孔，而自从有锁以来，历代梁上君子都能运用一定的工具和技巧，轻易打开锁具，尤其是当今世界，各种先进的开锁工具层出不穷，开锁技术也更出神入化，传统的机械锁在社会发展过程中已经不能更好的保护使用者的安全了。而电子锁安全性较高，具有防盗报警功能的电子密码锁与传统的机械式密码锁相比，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。电子锁的表面一般都是密封的，防暴力破坏的能力强也防止非法把异物插入锁内导致不同程度的破坏。在锁具的发展过程中电子锁优点显而易见，能很好的补充传统机械锁的不足之处，已经迅速占据锁具市场，进而取代机械锁成为主导门禁产品。
门锁作为安全防范产品必须具有安全性和稳定性。安全性来衡量：抵抗故意破坏、恶作剧和蓄意的撬、钻等暴力破坏。在此方面，机械锁和电子门锁的机械强度一般都能够达到要求。但是电子门锁的控制部分使用电子电路，执行部分使用电磁铁和锁体，与传统的机械门锁相比，电子门锁在当下优点主要包括：电子门锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，不用金属钥匙，安全可靠，使用方便。本设计即是设计一种基于射频卡的电子门锁，可很好的满足门锁的安全性和稳定性。
二、国内外研究现状
1.国外研究现状及特点
本世纪70年代初期，国外研制成脱胎于机械锁的电子锁，并迅速应用于各种安全防盗领域，目前发达国家已经大规模地应用基于电子锁的智能门禁系统，可以通过多种更加安全、更加可靠的方法来实现门禁的管理。国外当下电子锁可分为磁卡门锁、IC卡门锁和射频卡门锁。在欧美日等经济发达国家，电子锁已成为具有规模效益的重要产业。目前，其销售额已占到锁具总销售额的七成以上，全球交易额已达50亿美元。 国外的电子锁具技术成熟，计算机、微电子、光刻、纳米等技术正在快速地、不断地向锁具产业注入，使锁具的安全性、可靠性不断得到提高。
2.我国研究现状及特点
作为锁具产业的重要构成并使之成为产业提升的重要因素的电子锁，国内研究和生产起步并不算晚。据有关资料记载，是始于80年代初天津、苏州等地的一些高等学府，直到90年代初，前后用了10年的时间，才迟迟进入普通电子锁的小批量生产，至今高保密级别电子锁的核心器件仍完全依赖进口，不利于我国电子锁产业的提升和发展。从国内生产电子锁之日起，锁的功能在较长的一段时间，仅是作了小的变化(如报警等)直到近年才出现用进口

专用芯片研发的计算机高保密级别的电子锁，实现系统网络监管。虽然现国内高档电子锁市场仍被国外产品所占领，但是国内制锁行业正对传统的锁具从设计、工艺材料等全方位的进行一场变革。可以预见，伴随着消费水品的不断提高，在科研人员的共同努力下，射
频卡电子门锁会很快引导整个中国锁具市场，这将极大的提高了管理者的工作效率和管理区域内的安全程度。
三、主要技术指标
1.主要工作
本设计包括硬件设计和软件设计两大部分。
硬件部分：电源模块负责将DC12V电源转化成DC5V电源，设计电源电路。选用STC12C5204AD型单片机作为主控制芯片。继电器型号选择DC5V型产品，设计出驱动电路。射频模块采用WM-17TD模块，连接天线板接收射频卡的刷卡信号，设计该模块与单片机的接口电路。显示模块显示卡号和门锁状态，设计出显示电路。
软件部分：编写主程序、显示程序、单片机与射频卡模块之间的通信程序等实现控制功能。
2.采用的方法、手段
根据设计要求，电源电压选择DC12V，采用7805芯片将DC12V电源转化成DC5V电源。选用STC12C5204AD型单片机作为主控制芯片，采用SKDIP28封装。射频模块采用WM-17TD模块，将该模块与单片机串行通讯口直接相连。显示模块采用LCD1602显示，使用单片机的P1口和P2口与LCD1602相连。对以上各个电路使用Protel作图软件绘制出电路原理图，生成PCB图，做出实物。
四、预期达到的结果
刷卡时将从卡里读出的数据进行校验，校验正确后，吸合门锁继电器，模拟开门；如果校验失败，则门锁继电器不动作。

指导教师签字

时 间
　　 年　 月 日
摘　要
本设计是以单片机为控制芯片，设计了射频卡电子门锁控制系统，以便于提高门锁的安全性。
系统由主控模块、电源模块、射频模块、显示模块、门锁驱动模块五部分组成。单片机作为主控芯片，直接与射频卡之间进行数据传送，控制其他模块工作。电源模块将输入电源12V转换成5V电源，为电路中各模块提供电源；射频模块负责读取卡的信息，并和单片机进行数据传送；显示模块采用LCD1602显示器，显示卡号；驱动模块采用三极管驱动DC5V继电器动作，实现模拟开门。软件部分采用Keil C软件编程，能够实现单片机对各个模块控制。
最终实现：刷卡时，单片机对卡号进行校验，校验成功后，上传卡号并显示刷卡的卡号，同时驱动继电器动作，实现模拟开门。

关键词：射频卡　单片机　液晶显示器

Abstract
This design with a Radio Frequency card electric lock control system takes single-chip microcomputer as the control chip to promote the security of doors.
The system consists of the following five parts: the master control module, the power supply module, the Radio Frequency module, the show module and the lock drivers module. As the master chip, the power supply module takes control over other modules and performs data transfer with Radio Frequency card directly. The power supply module converts the incoming power from 12V into 5V as well as provides power source to each modules in the electric circuit. The Radio Frequency module is in charge of reading the information of the card as well as performing the data transfer with single-chip microcomputer. The show module adopts monitor LCD1602 to display card number. The drive module adopts triode driver DC5V relay actuation to realize analog door opening. The software adopts Keil C software programming partially to fulfill the control of single-chip microcomputer over other modules.
The final realization of design: when swiping the card, microcomputer checks card number, if the check is successful, it will uploads the card number and displays the credit card number, simultaneously, drives the relay for action and realizes simulating open of the door.

Key words：Radio frequency card　MCU　LCD

目　录
第1章　绪论 1
1.1　射频卡门锁研究背景 1
1.2　电子门锁的发展 2
第2章　基于射频卡的电子门锁设计要求及方案 3
2.1　设计要求 3
2.2　设计方案 3
第3章 系统主要元器件介绍 5
3.1　单片机介绍 5
3.2　MAX232芯片和RS-232介绍 9
3.2.1　MAX232的电气特性 9
3.2.2　RS-232串口的电气特性 9
3.3　LCD显示器 10
3.4　WM-17TD射频刷卡模块 12
3.4.1　射频卡工作原理 12

3.4.2　射频模块及其工作方式 13
3.4.3　射频模块存贮结构 14
3.4.4　射频模块通讯协议 15
3.5　DC5V继电器 17
3.6　稳压芯片 18
第4章 硬件电路设计 20
4.1 单片机最小系统 20
4.2 继电器驱动电路 21
4.3 射频模块电路 21
4.4 电源电路 22
4.5 LCD显示电路 22
第5章 软件设计 24
5.1 主程序模块 24
5.2 射频卡上传卡号 25
5.3 LCD显示模块 26
第6章 结论 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31
附录A　外文资料 31
附录B　电路原理图 48
附录C　PCB布局图 49
附录D　源程序 50

II

第1章　绪　论
1.1　射频卡门锁研究背景
锁具经过漫长的发展，随着近代电子科学技术的进步，这个有着几千年历史的古董终于驾着新技术的帆船，承载着传统锁具的功用与现代电子的实用而跨入现代人们生活的科学便利化时代。
门锁因制锁技术与应用不同，分为机械锁和电子锁两大类。传统的机械锁以其价格低廉和使用的方便性成为普通大众首选锁具，但是由于传统机械锁是用钥匙开启，所以锁体必须要有锁孔，而自从有锁以来，历代梁上君子都能运用一定的工具和技巧，轻易打开锁具，尤其是当今世界，各种先进的开锁工具层出不穷，开锁技术也更出神入化，传统的机械锁在社会发展过程中已经不能更好的保护使用者的安全了。电子锁在安全技术防范领域具有防盗报警功能，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。在电子锁上，锁的表面一般都是密封的，防暴力破坏的能力强，也防止非法把异物插入锁内导致不同程度的破坏。在锁具的发展过程中电子锁优点显而易见，能很好的补充传统机械锁的不足之处，已经迅速占据锁具市场，进而取代机械锁成为主导门禁产品。
随着我国对外开放的不断深入，高档建筑发展很快，高档锁具市场的前景乐观。我国锁具行业对锁具高新技术的投入正逐年增大，高档锁的市场需求也逐年增加。在安防工程中，门禁系统的锁具产品是关系到整个系统安全性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。电子锁正是当下电子产品与家居产品在技术方面结合后产生的一种锁具行业划时代的科技成果。电子门锁是电子元件和机械结构相结合的一种新颖门锁。集合了计算机技术、智能卡技术、精密电磁技术，是当今世界上最先进的门锁之一，在使用的方便性、防非法开启、智能管理等方面是机械锁无法比拟的。
电子门锁的控制部分使用电子电路，执行部分使用电磁铁和锁体，与传统的机械门锁相比，电子门锁在当下优点主要包括：电子门锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，不用金属钥匙，安全可靠，使用方便。当然相比之下其缺点也是显而易见的，缺点主要有以下几个方面：锁定时可能存在被打开，解锁时又可能存在不能被打开，用指纹或脸部扫描等人体器官等技术，严重存在危害使用者人身安全隐患，密码单一，密码钥匙之间可以说无兼容，密码更换复杂，电子产品抗干扰性能差，容易受强冷热、强电磁、强静电和湿度等影响。本设计即是设计一种基于射频卡的电子门锁，可很好的满足门锁的安全性和稳定性。
1.2　电子门锁的发展
市场上常见的电子门锁主要是磁卡、接触式IC卡、射频卡电子门锁。
磁卡门锁是使用类似于我们银行卡、信用卡一类的卡，在卡上有条黑色的磁带作为储存“电子钥匙”的载体，但由于磁带会在与其他带磁性的物体放在一起时会存在消磁的情况，导致“电子钥匙”消失或减弱而不能正常使用开门，带来极大的不便。
IC卡门锁是使用IC卡作为储存“电子钥匙”的载体，最多用于储值公共电话卡，这个技术对于现在是很成熟的，比磁卡要强，能永久的记录“电子钥匙”，直到芯片损坏为止。由于IC卡是接触式感应，在长期的使用和读取器的摩擦，会出现IC卡金手指损坏，导致不能使用，而且在一般家庭也能难维护，所以一般都不用于家庭，多用于酒店和商务场所。
射频卡门锁按芯片分为：RF57、MIFARE-1、MIFARE-0等射频卡，由于是非接触式，所以一般只要不是把卡折成两半都能永久使用。在射频卡门锁上，锁的表面一般都是密封的，防暴力破坏的能力强，也防止非法把异物插入锁内导致不同程度的破坏。再者，射频卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以同时处理多张射频卡。这提高了应用的并行性，无形中提高了系统工作速度。
智能卡在电子门锁中的应用也同样经历了三个阶段。综合上述三个门锁的优缺点磁卡门锁的传统市场已逐渐消失，接触式IC卡门锁的使用已经相当普遍，但是与射频卡门锁相比仍有不足，射频卡门锁目前全国的正处在上升期。射频卡读卡方便快捷，锁和卡的使用寿命长，完成“一卡通”系统的配套厂商众多，射频卡锁肯定是电子门锁的主流产品。
第2章　基于射频卡的电子门锁设计要求及方案
2.1　设计要求
电源模块主要负责将DC12V电源转换成DC5V电源，使单片机、字符液晶LCD1602、继电器以及射频卡模块能够正常工作。
射频卡模块读取射频卡信息，将读取的信息通过串口传送给单片机，单片机读取射频卡的信息并进行校验，校验成功后，使LCD1602字符液晶显示器显示射频卡卡号，并且驱动继电器动作。
要求设计出该系统的硬件电路和软件部分，并做出实物。
2.2　设计方案
设计方案主要包括硬件和软件两部分。其中硬件系统主要由单片机、继电器、射频卡模块、显示几部分组成。系统框图如图2-1所示。
射频卡
DC12V
显示模块
单片机
射频卡模块
电源模块
门锁驱动

图2-1 系统框图
硬件部分：电源电压选择DC12V，电源模块需要将DC12V电源转化成DC5V电源，选用STC12C5204AD型单片机作为主控制芯片，负责与射频模块传输数据，控制门锁控制电路。为了降低成本用继电器代替电控锁来模拟开锁和关锁状态，继电器型号选择DC5V型产品。射频卡模块采用WM-17TD射频模块，在接收模块上连接天线，天线型号采用M1ANT20-2天线板。显示模块采用LCD1602字符液晶显示，主要对射频卡的卡号进行显示，显示门锁状态。
软件部分：使用Keil C软件编程，实现功能主要分为三部分：显示部分、继电器驱动部分和射频模块。刷卡后，天线把信息传送给射频模块，单片机通过串口对射频模块读取的信息进行校验，校验成功后上传卡号并且对卡进行读写，同时单片机对继电器进行驱动，使继电器进行动作，单片机把上传的卡号通过LCD1602字符液晶显示器进行显示。
第3章 系统主要元器件介绍
3.1　单片机介绍
系统采用STC12C5204AD系列单片机。单片机内部包含中央处理器(CPU)，程序存储器(Flash)，数据存储器(SRAM)，定时/计数器，UART串口，I/O接口，高速A/D转换，PCA，看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路模块。是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。STC12C5204AD系列单片机几乎包含数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统[1]。
主要特性如下：
(1)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。
(2)工作电压：5.5V - 3.3V。
(3)工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz。
(4)用户应用程序空间8K字节。
(5)片上集成256字节RAM。
(6)通用I/O口(27/23/15/13/11个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。
(7)ISP(在系统可编程)/IAP9(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器。可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
(8)有EEPROM功能。
(9)看门狗。
(10)内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体20M以下时，复位脚可直接1K电阻到地)。
(11)内置一个掉电检测电路，在P1.2口有一个低压门槛比较器。5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%。
(12)时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：11MHz～15.5MHz。
(13)共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。
(14)2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟。
(15)外部中断I/O口6路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, PCA0/P3.7, PCA1/P3.5。
(16)PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列2路)。
---也可用来当2路D/A使用。
---也可用来再实现2个定时器 。
---也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。
(17)A/D转换, 8位精度ADC，共8路，转换速度可达300K/S(每秒钟30万次)。
(18)通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口。
(19)工作温度范围：-40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级)。
(20)封装：SKDIP28有23个I/O口，I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O口。
STC12C5204AD芯片引脚如图3-1所示。

图3-1 STC12C5204AD引脚图
P0端口(P0.0～P0.7)：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线，此时，P0口是真正的双向口。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口(P1.0～P1.7)：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动(吸收或者输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)，具体见表3-1。
P2端口(P2.0～P2.7)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX @DPTR”指令)时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行“MOVX @R1”指令)时，P2口引脚上的内容(就是专用寄存器SFR区中的P2寄存器的内容)，在整个访问期间不会改变。
在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
表3-1 P1.0和P1.1口引脚复用功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2(定时器/计数器2外部计数输入)，时钟输出
P1.1
T2 EX(定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制)
P3端口(P3.0～P3.7)：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3-2所示。
RST：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/：地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位(地址位8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
：外部程序存储器选通信号()是外部程序存储器选通信号，低电平有效。
/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位
Vcc:运行和程序校验时接电源正端。
Vss:接地。
XTAL1：输入到单片机内部振荡器的反响放大器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片微机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作驱动端。
XTAL2：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当采用外部振荡器时，XTAL2接收振荡器信号，对CHMOS单片机，此引脚应悬浮。
P3口各个引脚功能如表3-2所示。
表3-2 P3口引脚复用功能
引脚号
复用功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
(外部中断0)
P3.3
(外部中断1)
P3.4
T0(定时器0的外部输入)
P3.5
T1(定时器1的外部输入)
P3.6
(外部数据存储器写选通)
P3.7
(外部数据存储器读选通)
3.2　MAX232芯片和RS-232介绍
3.2.1　MAX232的电气特性
MAX232是一种把PC机的串行口RS232信号电平(-10，+10V)转换为单片机所用的TTL信号电平(0，+5V)的芯片，其中232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS-232电平的转换，它的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机[2]。下面来介绍一下MAX232引脚图和引脚定义，引脚图如图3-2所示。

图3-2 MAX232引脚图
其内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路。由1~6脚和4只电容构成。功能是产生+12V和-12V两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。由7~14脚构成两个数据通道。其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。8脚(R2IN）、9脚（R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC(+5V)。
3.2.2　RS-232串口的电气特性
RS-232串口的原理图如图3-3所示，引脚功能如下：
第1脚：DCD载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。
第2脚：RXD此引脚用于接收外部设备送来的数据；在你使用Modem时，你会发现RXD指示灯在闪烁，说明RXD引脚上有数据进入。

图3-3 RS-232引脚图

第3脚：TXD此引脚将计算机的数据发送给外部设备；在你使用Modem时，你会发现TXD指示灯在闪烁，说明计算机正在通过TXD引脚发送数据。
第4脚：DTR数据终端就绪；当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。
第5脚：GND信号地。
第6脚：DSR数据设备就绪；此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。
第7脚：RTS请求发送；此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。
第8脚：CTS清除发送；此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。
第9脚：RI Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。
使用RS-232特性如下：
(1)RS-232串口通讯最远距离是50英尺。
(2)RS-232可做到双向传输，全双工通讯，最高传输率20kbps。
(3)RS-232上采用传送的数字量采用负逻辑，且与地对称。
3.3　LCD显示器
液晶是一种特殊物质态，它不同于固体(晶体)，又不同于液体和气体，有人把液晶称为第四态，简称“LC”，用它制成的液晶显示器件称为LCD[2]。液晶显示必须通过环境光来显示信息，其本身并不发光，因此，功耗很低，只要求液晶周围有足够的光强。必要时，可选用背光源来保证LCD显示信息。液晶必须由交流电压驱动，使用直流驱动会损坏LCD。
液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。本次设计系统显示部分采用LCD1602液晶显示，是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD。
1602LCD主要技术参数：显示容量为16×2个字符，工作电流为2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸2.95×4.35(W×H)mm。
一般1602字符型液晶显示器实物如图3-4所示。

图3-4 LCD 液晶显示器
引脚图如图3-5所示。

图3-5 液晶显示器的管脚
第1脚：VSS为地电源。
第2脚：VDD接5V正电源。
第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10kΩ的电位器调整对比度。
第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：背光源正极。
第16脚：背光源负极。
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的[3]。LCD1602的操作时序如表3-3所示。
表3-3 1602操作时序
RS R/W 操作说明
0 0 写入指令码D0~D7
0 1 读取输出的D0~D7状态字
1 0 写入数据D0~D7
1 1 从 D0~D7读取信息
3.4　WM-17TD射频刷卡模块
3.4.1　射频卡工作原理
非接触式IC卡又称射频卡，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC组成，没有其它外部器件。天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到ISO卡片中。ASIC：卡片的ASIC由一个高速(106KB波特率) 的接口，一个控制单元和一个8K位EEPBOM组成。M1卡是射频卡中的一种，Ml射频卡的工作原理是：读写器向Ml卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同 ，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，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储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
3.4.2　射频模块及其工作方式
17TD读写模块是一款可以读写Mifare One 卡的读写设备，这款读写卡器有两种操作模式：主动上传模式和被动上传模式，模块上电时默认为主动上传模式。
主动上传模式：当有人刷卡时，模块主动上传卡号，当计算机发送检测卡命令后模块就转入被动上传模式。
被动上传模式：这时模块不再主动上传卡号，只有计算机发送检测卡命令时模块才返回是否有卡的命令上传卡号。发送检测卡命令会使模块进入被动上传模式，模块断电重新上电后可以恢复到主动上传卡号的状态。
射频模块与单片机通讯时直接使用串口中断接收数据。默认使用主动上传模式，这时当有人刷卡时模块主动上传卡号，当计算机发送检测卡命令后模块就转入被动上传模式。
实物图如图3-6所示。

图3-6 模块实物图
射频接收模块有9个引脚：
第1脚：VCC为5V电源。
第2脚：接单片机中断(可接可不接)。
第3脚：悬空。
第4脚：数据发送引脚。
第5脚：数据接收引脚。
第6脚：GND接地。
第7脚：接天线板TXT1。
第8脚：接天线板TXT2。
第9脚：天线接收引脚。
3.4.3　射频模块存贮结构
射频卡分为16个扇区，每个扇区由4块(块0、块1、块2、块3)组成，我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63