小区安防系统论文

1、 小区安防系统论文小区安防系统论文II摘摘 要要 无线射频（RFID）是一个新的识别技术。我的论文是基于 RFID 的小区安防系统的设计，RFID 应用于很多领域比如 IC 卡。现如今，随着人们生活水平的提高与科技的进步，越来越多的地方需要安防系统，例如小区入口，车库入口，公共场所的入口等。门禁系统的种类很多，由于它具有不同特点，因而用到了不用的地方，IC 卡门禁系统由于其较高的安全性、较好的便捷性和性价比成为门禁系统的主流。目前 IC 卡技术已广泛地应用于各种行业，特别是公共交通、无线通信、身份识别、金融交易和安全防卫等行业。门禁控制系统通过对出入口的控制，限制人员和车辆进入受控区域，达到确

2、保受控区域安全的目的。本文研究的对象是小区的门禁系统，这就对门禁系统的要求有了明确的方向，本次设计引用了射频技术，使用电脑控制读卡器对IC进行读与写。软件设计采用C语言来设计软件。其中的各种常用控件设计了登录、基本资料、设备管理、卡管理、查询管理、系统管理一系列电脑窗体。 本 IC 门禁管理系统软件具有使用方便，操作简单的特点，不需要操作人员具有专业的计算机操作水平。关键词关键词：RFID；IC 卡；小区安防系统；C 语言Abstract RadioRadio FrequencyFrequency IdentificationIdentification (RFID)(RFID) isis a

3、 a newnew recognitionrecognition technology.technology. ThisThis thesisthesis isis aboutabout a a residentialresidential securitysecurity systemsystem design,design, whichwhich isis basedbased onon RFIDRFID technology.technology. RFIDRFID isis usedused inin manymany fieldsfields suchsuch asas ICIC c

4、ard.card.Now, with the advancement of technology, peoples living standards have been improved, thus more and more areas need security systems, such as residential entrance, garage entrance, and entrances in other public places. There are many different types of security systems. Since different secu

5、rity systems have different characteristics, and therefore they are used in different ways. IC cards access control system is the mainstream among others because of its higher security, better convenience and cost-effective security system. IC card technology is currently widely used in various indu

6、stries, particularly public transport, wireless communications, identification, financial transactions, security, defense industries and so on. The entrance control system limits staff and vehicles entering controlled areas by controlling the entrance, thus to ensure the safety of the controlled reg

7、ion.This thesis focuses on the residential security system, which demonstrates the requirements of the access control system with a clear direction, this design refers to radio frequency technology, the use of computer control of the IC card reader for reading and writing. Software design adopts C l

8、anguage to design the software. The various common controls is designed to logging, basic information, equipment management, card management, query management, system management and other window bodies of a computer. The IC access control system software is characterized by easy in usage and simple

9、in operation, which does not require the operator to master a professional computer operating level.Key words: RFID；IC card；residential security systems；C Language V目目 录录摘 要.IIIABSTRACT.IV目 录 .V1 绪论.11.1 选题背景与意义.11.2 国内外发展现状.11.3 课题研究主要内容.22 总体方案论述.32.1 设计原则.32.2 RFID 原理及相关知识.42.3 系统结构.43 硬件部分设计.53.

10、1 单片机控制模块.53.1.1 单片机的介绍.53.1.2 STC89C51 单片机的工作模式.53.2 射频模块.63.2.1 简介.63.2.2 具体引脚及功能介绍.73.3 显示模块.83.4 串口模块.113.5 系统硬件设计中的一些措施.124 软件部分设计.134.1 软件设计思想.134.2 总线时序.145 显示部分界面设计.175.1 上位机.175.1.1 上位机简介.175.1.2 上位机界面设计.175.2 单元门禁系统.186 总结与展望.196.1 总结.196.2 不足之处与未来展望.19致 谢.21参考文献.22附录.23附录 A :相关程序.23附录 B：原

11、理图总图.34VI附录 C：PCB 总图.3511 绪论绪论1.1 选题背景与意义选题背景与意义随着我国经济的快速发展，生活水平的不断提高，人们对居家的概念已从最初满足简单的居住功能发展到注重对住宅的人性化需求。安全、舒适、快捷、方便的智能小区，已成为住宅发展的主流趋势，其中，安全性是首要目标。尤其是比较分散、偏远、环境相对比较复杂的居民区，安全形势不容乐观，传统的门卫值班和保安巡逻等治安管理手段已经不能适应新形势下住宅安全保障的需要。因此，为了满足住宅小区用户安全和科学系统化管理的需要，以及为了对随时发生的情况进行全面、及时的了解和掌握，对意外情况能迅速做出正确判断，并给出正确、快速的指挥和

12、处理，可以通过建立一个全天候综合安防系统，实现把一些危害和隐患遏制在萌芽状态，杜绝财产损失、确保人员生命安全1。 智能小区一般在小区周界、重点部位与住户室内安装安全防范装置，并由小区物业管理中心统一管理，来提高小区的安全防范水平。考虑到小区内的各个建筑物和人员可能经过的路段中有多样性和复杂性,提出把 RFID 技术应用在小区的安防系统中,安装若干个射频读写器,进而实现对每一位进入小区的人员车辆进行定位和信息处理,并且将它们通过通信线路与监控中心的计算机进行数据交换，为小区安全提供保障。本文所介绍的小区的智能化安全防范系统，主要是基于 RFID 识别技术的读写器：在智能小区大门、重要公共大门以及

13、共用车库门设置读写器，只有输入正确密码或持有 IC 卡的人才能通过系统控制开启相应的开关,闲杂人员很难非法进入。将 RFID 技术用于小区人员进出的有效识别、监测监控和定位，使小区的安防系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化” ，以实现低成本的数字化小区管理2。1.2 国内外发展现状国内外发展现状RFID 识别技术正在成为市场关注的热点，RFID 识别技术正在逐步被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多的领域。各国政府、零售业巨头、IT业著名厂商给予高度关注，并且大力支持甚至给予巨大的投入，全面推动 RFID 电子标签产业快速发展。由于发达的国家 RFID 电子标签工作开展

14、得较早，所以在标准、技术、产业链及应用方面都已经比较完备，并且仍在发展中。发达的国家在核心技术尤其是在芯片技术上目前已经提供了相对完备的产品线，并且由于技术进步和 RFID 电子标签工艺的提升，以及成本的降低，应用推广进入了良性循环3。 随着全球产品电子代码中心推出第 2 代超高频(UHF)RFID 电子标签标准(EPCG2)作为欧美地区的新标准，各大供应商的 EPCG2 芯片纷纷亮相。飞利浦公司推出UCODEEPCG2 芯片；Impinj 公司推出 Monza 芯片和读取器平台；TI 也推出 EPCG2 产品，并且实现量产。相对于第 1 代标准，EPCGen2 具有若干优势，例如，中心频率在

15、900MHz，使读出速率达到 5001500 标签/秒，反向散射数据速率提高到 650kbps，扫描范围提高到 30 英尺。许多高科技公司，包括英特尔、微软、甲骨文和 SUN 等，正在开发支持 RFID 射频识别电子标签专用的软件和硬件。基于射频识别技术的动态监控系统能够在一定范围内同时对多个挂有射频标签的目标物体进行非接触、高速及准确的并行跟2踪和识别。1.3 课题研究主要内容课题研究主要内容 本课题主要研究小区的安防系统，主要是基于 RFID 原理的 IC 卡的控制运作，主要为硬件制作及设计。根据小区大门，地下车库及小区单元大门入口门禁系统的需求，根据要求的一些性质，合理的设计硬件电路，软

16、件界面，编制软件程序，从未实现系统的功能。 课题的研究主要有两个点，一个是小区大门入口，另一个是小区单元入口和车出入口。大门入口主要有两种情况一是小区成员进入小区，二是陌生人群进入小区。小区成员直接进入时读卡，卡内信息在液晶显示器上显示并且上传到上位机（也就是电脑）保安人员进行核对。陌生人进入时需登记，登记后发放卡（小区单元大门卡和车库卡） 。 单元大门和车库关卡直接运用单片机进行控制继电器，刷卡后信息匹配，液晶显视屏做出显示则大门打开。软件方面主要以我们大学过的 C 语言编写程序，烧写到单片机中。还有界面的设计，一个是对固定车位和临时停车的记录数据库处理，另一方面，处理 IC 卡的一些应用，

17、如读卡、发卡、补卡、清零回收等。可通过学习研究 VB 中几大控件的作用和使用方法，将其应用到程序中，从而实现系统功能。3 2 总体方案论述总体方案论述2.1 设计原则设计原则为使本系统达到技术先进，经济实用，安全可靠，质量优良的要求，设计中应遵循以下原则：(1) 先进性在投资费用许可的情况下充分利用现代最新技术、最可靠的科技成果，以便该系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。并使系统具有强大的发展潜力。(2) 可靠性必须考虑采用被证明为成熟的技术与产品，在设备选型和系统的设计中尽量提高系统的可靠性。(3) 实用性安防系统的内容应符合实际需要，不能华而不实。如果片面追求系统的超前性，势必造成投资

18、过大，离实际需要偏离太远。因此，系统的实用性是首先应遵循的第一原则。(4) 稳定性由于安防系统是一项不间断长期工作的系统，并且和我们的正常生活和工作息息相关，所以系统的稳定性显得尤为重要。(5) 安全性安防系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的安全标准，并可在非理想环境下有效工作。强大的实时监控功能和联动功能，充分保证使用者环境的安全性。(6)可扩展性安防系统的技术不断向前发展，用户需求也在发生变化，因此门禁系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要，可灵活增减或更新各个子系统，满足不同时期的需要，保持长时间领先地位，成为智能建筑的典范。系统设计时，对需要实

19、现的功能进行了合理配置，并且这种配置在工程完成后可以设置和改变。系统软件可以根据不同历史时期的市场需求进行相应的升级和完善。同时，可以扩展为考勤系统、会议签到系统、巡逻管理系统，就餐管理系统等一卡通工程。(7) 规范性和结构化由于小区智能化系统是一个综合性很强的工程，在系统设计中必须着重参考更多面的标准和规范，力求使各子系统做到结构化、标准化、模块化和系列化。(8) 易维护性系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行，系统的运转要真正做到通电即可工作和运行的程度。而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具。从计算机的配置到系统的配置，前端设备的配置都要充分仔细地考虑了系统的可靠性，并实施相应的认证

20、。做到系统故障率最低的同时，也要考虑到即使因为意想不到的原因发生问题时，也能保证4数据的方便保存和快速恢复，并且保证紧急时能迅速地打开通道。整个系统的维护应是在线式的，不能因为部分设备的维护而停止所有设备的正常运作4。2.2 RFID 原理及相关知识原理及相关知识RFID 识别系统由两部分组成：读/写单元和电子收发器。读写器通过天线发出一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相

21、关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作6。读写器的控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与射频卡的通信过程(主-从原则)；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行防冲突算法，对射频卡与读写器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和读写器间的身份验证等附加功能5。2.3 系统结构系统结构图2.1 所示。整个系统包括中心服务器PC、PC与读卡器的通信接口和读写器（虚线部分）三个主要部分。其中PC机为主要控制部分，存储所有对应的卡的信息，通过通信接口与整个读写器相连。读写器包含单片机、射

22、频系统采用集中控制方案，将稳定的读写器及其配套组件组成一个分布式网络，其组成如射频基站、显示屏、蜂鸣器和按键部分。射频基站主要用来响应IC卡 ，显示部分显示卡内信息，蜂鸣器用来在读卡失败时报警，按键部分主要用于手动输入有效信息确认身份。 按键单片机蜂鸣器LCD显示射频基站通信接口PC机图 2.1 系统结构图53 硬件部分硬件部分设计设计3.1 单片机控制模块单片机控制模块3.1.1 单片机的介绍单片机的介绍(1) 采用 STC 公司设计生产的 STC89C51 单片机7作 MCU，这是一代高速、低功耗、超强抗干扰、使用方便的单片机，它在一块芯片集成了 CPU,ROM,RAM,定时器计数器和多种

23、功能的 IO 端口。主要特性如下：(2) 8051 单片机，12 时钟/机器周期。(3) 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机） 。(4) 工作频率范围：全静态工作：0MHz-24MHz，实际工作频率：11.0952MHZ, 用户应用程序空间为 4K 字节。(5) 片上集成 128BRAM。(6) 通用可编程的 I/O 口（32 个） ，复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉电阻，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。(7) ISP（在系统可编程）/IAP（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（Rx

24、D/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。(8) 具有 EEPROM 功能。(9) 共 2 个 16 位定时器/计数器，即定时器 T0、T1。(10) 外部中断 2 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。(11) 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART。(12) 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 。(13) DIP 封装8。3.1.2 STC89C51 单片机的工作模式单片机的工作模式(1) 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。

25、(2) 空闲模式：典型功耗 2mA。(3) 正常工作模式：典型功耗 4mA7mA。(4) 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。(5) 用该单片机作为系统的中央控制单元，负责产生和控制扫描信号、读出显示缓冲区的数据送给扫描驱动电路，使 LCD 点阵屏按照一定的要求显示。结合 KEIL 软件的编程，实现了 PC 机通信、上位机控制以及报警措施，从而大大丰富了系统功能，提高了系统的可操作性。编程支持 ISP 下载功能，使用起来比较方便。单片机及其外围电路如图所示：6P101P112P123P134P145P156P167P178RXD10TXD11INT012INT1

26、13T014T115WR16RD17RST9EA31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728XTAL119XTAL218ALE30PSEN29GND20VCC40U1080511234567816151413121110910KRN21234567816151413121110910KRN11234567816151413121110910KRN31234567816151413121110910KRN4VCCVCCVCCVCC30pFC3930pFC4012Y3XTAL10

27、4C3510uFC41S2SW-PB11610KR13A1234567891011121314151617181920U9CN21234567891011121314151617181920U8CN1P00P01P02P03P04P05P06P07EAALEPSENP20P21P22P23P24P25P26P27P10P11P12P13P14P15P16P17RSTP30P31P32P33P34P35P36P37X1X2X2X1ALEPSENVCCP10P11P12P13P14P15P16P17P32P33P34P35P36P37P31P30P00P01P02P03P04P05P06P07P2

28、0P21P22P23P24P25P26P27VCC图 3.1 单片机及其外围电路3.2 射频模块射频模块3.2.1 简介简介射频芯片采用的是 TI(德州仪器)公司推出的高频(1356MHz)9多标准射频识别(RFID)阅读器 TRF7961。TRF7961 采用最先进的方法设计而成，既提高了射频芯片的效率，也减小了集成电路 (IC) 的封装面积，只有 5x5mm，支持 ISO/IEC 14443A/B、ISO/IEC 15693、ISO/IEC 18000-3 以及 TI 的非接触式支付和 Tag-It 产品系列10。另外，TRF7961 还符合所支持的集成模拟前端和数据成帧系统的所有标准。T

29、RF7961 的双接收器输入配置可以设置到调幅 (AM) 或调相 (PM) 波段。当工作环境中的天线将标签回波信号从 AM 改为 PM 时，将会产生更多的一致的标签读取信息。 此外，由于在微控制器中提供了内部时钟，因此 TRF7961 读卡器将仅使用一个 13.56MHz 液晶振荡器而不是标准的两个液晶振荡器，从而降低了终端读卡器产品的总物料成本。由于组件数量很少，读卡器耗用的电源、占用的空间也很少，因此可以降低敏感度和噪声衰减等问题。其它集成的功能包括错误检查、数据格式化以及适合多读卡器环境的防碰撞支持。TRF7961 适合固定和手持两种读卡器设备11。由于 TRF7961 具有灵活的手动或

30、自动配置设置，它们可以关闭未使用的部分以达到省电的目的，因此大大降低了读卡器整体的能耗。TRF7961 IC 的工作电源电压是 2.7 - 5.5 Vdc。在断电时，能耗不足 1 微安；在待机时，电流小于 120 微安。73.2.2 具体引脚及具体引脚及功能介绍功能介绍2.2uFC110nFC42.2uFC710nFC102.2uFC1110nFC152.2uFC1610nFC1727pFC527pFC91213.56MHZ10K0.1uFC24.7uFC310V1500pF1500pF150nH1000pF1000pF150nH680pF10pF1122220pFC261122680pFC2

31、90K100pF27pF0KU2Antenna circuit0.1uF10K10K0.1uF0.1uF 0.1uF2.2uFC3310nFC3410K10K1K100P10P11P12P13P14P15P16P17VCCVCC0.1uFC12GNDGNDGNDP35P32VDD_A1VIN2VDD_RF3VDD_PA4TX_OUT5VSS_RF6VSS_RX7RX_IN18RXIN29VSS10BAND_GAP11ASK/OOK12IRQ13MOD14VSSA15VDD_I/O16I/0_017I/0_118I/0_219I/0_320I/0_421I/0_522I/0_623I/0_724

32、EN225DATA_CLK26SYS_CLK27EN28VSS_D29OSC_OUT30OSC_IN31VDD_X32TRF7961RHB-32UO4TRF796X图 3.2 TRF7961 及其外围电路(1) VDD_A 模拟电路内部稳压电源（2.7V3.4V)；(2) VIN 外部电源输入到芯片（2.7V5.5V） ；(3) VDD_RF 内部稳压电源（2.7V5V） ，通常连接到 VDD_PA；(4) VDD_PA 通常外部链接到 VDD_RF；(5) TX_OUT RF 输出（可选择的输出功率在 4 瓦，8 瓦或 200 毫瓦；(6) VSS_RF 通常连接到电路负电源 PA；(7)

33、VSS_RX 通常连接到电路负电源 RX 输入；(8) RX_IN1 RX 输入用于 AM 接受；(9) RX_IN2 RX 输入用于 PM 接受；(10) VSS 地面芯片基板；(11) BAND_GAP 带隙电压（1.6V） ，内部模拟基准电压源，必须交流旁路到地；(12) ASK/OOK 也可以被配置为提供所接收的模拟信号输出（ANA_OUT） ，直接模式之间的选择 ASK/OOK 调制；(13) IRQ 中断请求；(14) MOD 直接模式下，外部调制输入；(15) VSS_A 通常连接到电路接地负电源内部模拟电路；(16) VDD_I/0 为 I/O 口通信提供（18V5.5V）电源

34、，应该被连接到 5VVIN 通信，3.3V 8VDD_X 通信或者(1.8V5.5V)任意的电压；(17) IO 用于并行通信的 I/O 口；(18) EN2 脉冲使能和掉电模式的选择。如果 EN2 是连接到 VIN,然后 VDD_X 是活跃在断电期间支持 MCU 引脚也可以用于脉冲从掉电中唤醒；(19) DATA_CLK MCU 通讯（并行和串行时钟输入） ；(20) SYS_CLK (a)在 EN=1 的任意下 MCU（3.39/6.78/13.56Mz）的时钟，(b)如果EN=0 和 EN2=1，则系统时钟被设置为 604Hz；(21) EN 芯片使能输入（如果 EN=0，则芯片在掉电模

35、式下） ；(22) VSS_D 为内部时钟提供负电源，通常连接到电路负电源接地；(23) OSC_IN 晶体振荡器输入；(24) OSC_OUT 晶体振荡器输出；(25) VDD_X 内部稳压电源（2.7V3.4V）为外部电路；3.3 显示模块显示模块(1) 显示屏采用的是 LCD1602 字符型液晶显示模块，它是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，其显示的原理是：点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FF

36、H 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH， （001H）=00H， （002H）=00H，（00EH）=00H， （00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线12。用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列

37、数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。当输入为 RS 为低，R/W 和 E 为高时控制器处于读状态，输出 DB0DB7=状态字；当输入为 RS、R/W 为低，E 为高，DB0DB7=指令码时控制器处于写指令时期，没有输出；当输入为 RS、R/W 和 E 都为高时控制器处于读数据时期，输出 DB0DB7=数据；当输入为 RS 和 E 为高，R/W 为低，DB0DB7=数据时控制器处于写数据时期，没有输出；LCD 时序图如图 3.2：9RSVIH1VIL1R/WEDB0-DB7Valid DataVIL1VIH1VIL1VIH1VIL1VIL1VIL1VIL1VI

38、L1VIH1VIH1tSU1th1tWth1tftSU2th2tCtf图 3.3 LCD 时序图(2) 控制器内部带有 80B 的 RAM 缓冲区对应关系如图 3.4 所示： 000102030405060708090A0B0C0D0E0F10.27404142434445464748494A4B4C4D4E4F50.67图 3.4 控制器内部 RAM 存储当我们向图中的 000F，404F 写入数据时口直接显示，其他内存则在整屏移动时显示。(3) 状态字说明(a) 数据指针设置 表 3-1 数据指针设置 指令码功能 80H+地址码（027H,4067H） 设置数据地址指针LCD16 字 2

39、行10(b) 其他设置表 3-2 其他设置指令码功能01H显示清屏：1.数据指针清零 2所有显示清零02H显示回车：数据指针清零 (c) 显示设置表 3-3 显示设置 指令码 功能00111000设置 16x2 显示，5x7 点阵，8 位数据接口(d) 显示开关及光标设置表 3-4 显示开光及光标设置 指令码 功能00001DCBD=1，开显示；D=0,关显示C=1，显示光标；C=0,不显示光标B=1，光标闪烁；B=0,光标不闪烁000001NSN=1，当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0，当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1， 当写一个字符时，整屏左移（N=1）右移（

40、N=0）,以得到光标不移动，屏幕移动的效果S=0，当写一个字符时，整屏不移动00010000光标左移00010100光标右移00011000整屏左移，同时光标跟随移动00011100整屏右移，同时光标跟随移动 (e) 1602 LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3-5 所示。 表 3-5 LCD 引脚说明图编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据114RS数据命令选择12D5数据5R/W读写选择13D6数据续表 3-5编号符号引脚说明编号符号引脚说明6E使能信号14D7

41、数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第 1 脚：VSS 为地电源；第 2 脚：VDD 接 5V 正电源 ；第 3 脚：VL 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 10K 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

42、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 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线； 第 15 脚：背光源正极； 第 16 脚：背光源负极；(f) 在原理图中与单片机端口连接如图：GND15V2VCOM3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714A+15A-16U11602GND103R1GNDVCCP00P01P02P03P04P05P06P07P16P17L16-EGNDVCC图 3.5 1602 与单片机的连接图3.4 串口模块串口模块为了方便的连接读写器与上位计算机并能有效的传送数据和

43、指令，串口模块中我选用了 USB 接口和 RS232 芯片，由于 USB 接口的广泛兼容性使得该读写器不仅省去了串口和电源供电端口，还可以让读写器可以通过该 USB 接口和 RS232 芯片一起作用达到与上位机通信的功能，确保单片机可以及时地将卡片信息、按键信息或其它操作信息送至上位机并快速反馈给读写器，同时上位机存储该操作信息，以便于供工作人员随时查询信息、增强监控管理能力。该串口与单片机的连接原理图如图所示。12C1+1VS+2C1-3C2+4C2-5VS-6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U5MAX23

44、2123456789U6DB9104C31104C32104C19104C21GNDVCC104C20GNDGNDGNDP31P30123SET1SET123SET2SET图 3.6 串口与单片机的连接原理图3.5 系统硬件设计中的一些措施系统硬件设计中的一些措施 系统硬件电路设计中采取的一些措施如下：(1) 尽量让滤波电容靠近芯片，特别是 10nF 的电容，这样可以对高频信号进行有效的滤波；(2) 尽量减少布线地的回路，所以要求接地的过孔尽量靠近元器件或者 IC 的接地端；(3) 多个电感的放置时应该尽量成 90的方向，这样可以减少电感之间的耦合；(4) 数字地和模拟地最好是在不同的地方，最

45、好通过磁珠或电感进行连接；(5) 保证芯片中间的部分足够接地，可以在电路板上打 9 个孔，让芯片充分的接地和散热；(6) 布线时尽量减少辅线的长度，特别是射频前端，让元器件保持紧凑、射频输出前端最好保持畅通的输出；(7) 在电路中最好加一些测试点，方便调节硬件电路；(8) 尽量避免在射频线路中通过数字信号13； 134 软件部分软件部分设计设计4.1 软件软件设计思想设计思想读写器的主要程序包括：TRF7961 对射频卡操作的程序、MCU 与 TRF7961 通信中断处理程序、读写数据程序、LCD 显示程序及与上位机通信程序等。对卡操作的过程是一个很复杂的程序执行过程，要对 TRF7961 内

46、部一系列的寄存器进行配置，而且这些操作对时序要求非常严格。此门禁读卡器的操作为：首先系统初始化，当有按键信息输入时，系统根据输入信息进行判断并作出相应响应，如果没有按键输入信息有卡进入射频区域，读写器开始读卡，判断是否为对应卡并判断是何种协议的卡，然后系统依据程序设定读卡内信息，若与上位机中信息吻合就根据程序执行相关指令。其流程图如图 4.1 所示(相关程序见附录15)。开始 系统初始化有卡否14443 卡14453 卡15693 卡接受按键信息信息处理蜂鸣器报警执行相关指令且 LCD 显示数据成功读卡否 图 4.1 程序流程图14当有多张射频卡进入射频工作范围内时, 读卡器首先进行防冲突选择

47、其中一张并判断是何种协议的标签，再进行相应的处理。防冲突设计原理：当一张合法卡到达了读卡器的作用范围内，开始执行一些预置的程序后，卡进入闲置状态。处于“闲置状态”的卡不能对读卡器传输给其它卡的数据起响应。“闲置状态”接收的请求命令作了应答后，卡处于READY 状态。读卡器识别出：在作用范围内至少有一张卡存在。通过发送 SELECT 命令启动“二进制检索树”防碰撞算法，选出一张卡，对其进行操作。整个过程如图 4.2 所示当有多张合法卡处在工作范围之内，此时防冲突功能将被启动工作，读卡器将会首先与每一张卡进行通信，取得每一张卡的序列号。由于每一张卡都具有其唯一的序列号，决不会相同。因此读卡器根据卡

48、的序列号来识别，区分已选的卡，读卡器中的 TRF7961 中的防冲突功能配合卡片上的防冲突功能模块，根据卡的序列号来选定一张卡被选中的卡将直接与读卡器进行数据交换，未被选择的卡处于等待状态随时准备与读卡器进行通信14。供 电闲置状态任何命令READYSELECT序列不完整中止状态SELECT序列号完整被选择的激活状态出错出错唤醒出错图 4.2 程序流程图4.2 总线时序总线时序按硬件电路的连接方式，由射频芯片的时序决定了P3.5（见原理图）电平的高低，进而决定读写数据。该读卡器中采用位读写方式，以8位为一单元。EN 为片选端，低电平15有效。I/O为数据输入、输出，数据传输时高位在前，低位在后

49、，时钟下降沿时数据建立，上升沿时数据采样。其SPI总线时序图如图4.3所示。DATA-CLKIOENBIT7BIT0BIT6BIT5BIT4 BIT3BIT2BIT1图 4.3 总线时序图16175 显示部分界面设计显示部分界面设计5.1 上位机上位机5.1.1 上位机简介上位机简介上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等） 。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量） ，转换成数字信号

50、反馈给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但万变不离其宗 ：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。在概念上，控制者和提供服务者是上位机；被控制者和被服务者是下位机，也可以理解为主机和从机的关系，但上位机和下位机是可以转换的。通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议,可以有 RS232 的串口通讯，或者采用 RS485 串行通讯，当用下位机通讯的时候不但可以采用传统的 D 形式的串行通讯，还可以采用更适合工业控制的双线的 PROFIBUS-DP 通讯，采用封装好的程序开发工具就可以实现下位机和上位机的通讯。当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯。本系统中的下位机即读写器

51、部分，上位机部分即 PC 部分主要设计了应用于安防系统的人员识别和控制子系统，相当于一个系统的信息库16，其中存储了合法人员的有效信息，用于读写器读卡时与卡内信息比对或者使用者按键输入密码时比对；同时增加了历史记录功能，可以随时查询一定时期内使用过该读写器的人的信息，更有利于提高安全性；并且具有对进入人员限时的作用，进入小区的部分人员超过一定的时间将会报警通知管理员，管理员可以采取一定措施进行相应处理，不但增加了安全性而且扩展了其应用范围。5.1.2 上位机界面设计上位机界面设计上位机界面主要采用 VC+里的 MFC 建立模版，其具有简单实用且功能强大等优点，小区大门进出管理系统界面如图 5.

52、1 所示。18图 5.1 管理系统界面图中软件上部分显示的为数据库表格，存储的信息都将显示在表格中，软件左下分别显示资料的各个类别，有车辆编号、车牌号码、车主姓名、车辆颜色型号、联系电话、进入车库时间、离开车库时间、备注。针对固定车位用户和临时车库用户，操作人员要进行不同的操作。(1) 固定车位用户 固定车位用户，即小区内租用了固定车位的业主，针对这一类型用户，需要将详细的用户信息存储到数据库中，不但要有车辆信息，还要有业主的详细信息，如姓名和联系方式等。(2) 临时停车用户 针对临时停车用户，则需要登记车主姓名等信息，然后临时发卡。5.2 单元门禁系统单元门禁系统在每个单元的总入口处安装一个

53、门禁系统，将编程的 C 语言软件通过上位机中的 ISP软件烧到单片机中。单元中的每个成员都有自己的个人 IC 卡（密码） ，当刷卡（输入密码）时，产生的信号与单片机程序中的密码相比较，如果匹配就向继电器发出打开指令，门打开。并且在 1602 液晶显示器上显示自己的个人信息（如图 5.2 所示）：如果不匹配则蜂鸣器响（报警） 。图 5.2 个人信息显示196 总结总结与展望与展望6.1 总结总结当我接到论文的题目：基于 RFID 技术的小区安防系统设计，我首先想到的就是小区进出安全问题，因为据我们所了解的，小区的安全问题首先是出入人员的安全度，往往发生事故的小区都是因为有作案者进入了小区内，所以

54、解决小区安防问题的首要是控制进出人员，确保阻止非法人员进入。然后我就有了设计一个基于 RFID 技术的读写器的想法，并判断了该读写器在小区安防系统中的可行性，并且与指导老师进行了交流，之后便确定了使用基于 RFID 技术的多协议射频读写器系统。 正在此时，我正好学过 KEIL C 系统的编程，而且本身我对软件的编程也比较感兴趣，便决定用 KEIL C 编写软件编写一个读写器系统的管理软件。 在编程的过程中，遇到了很多困难，虽然学过 C 语言，但具体实际应用中的编程还不是很有经验，好在有同学和老师的帮助，而且在所有的编程语言中还算简单，困难还是被一一克服，例如在硬件的连接上，遇到了很多问题，首先

55、，射频芯片很容易受到干扰，射频卡靠近射频芯片时系统没有反映，这些都是由于硬件连接距离不恰当或者摆放位置不合理造成的；其次，射频芯片很脆弱，一不小心就会很容易烧坏，电流值稍过一点点就很容易烧掉射频芯片，我最开始调试时没有注意这个问题就烧坏了一块射频芯片，后来才发现是电流值大了 1A；最后，有些芯片上的上拉和下拉电阻值不能确定，调试过程中蜂鸣器报警时声音特别低，经过多次检查和验证后才发现是上拉电阻值接小了。 文中设计的射频读写器充分结合了硬、软件的优势,可以实现对多种协议的射频卡的读写并且具有响应速度快、通信稳定可靠、操作便利等优点，如果合理地设计天线系统并进行优化,还可以增加读写距离。该读卡器可

56、以方便地与包括 PC 机在内的串口设备连接。 但是由于本人知识和时间有限，作品还存在许多缺点和不足之处，在软件上扩展后增加其功能和系统应用范围，可以针对不同的应用对象嵌入到其他各射频识别应用系统中有待于今后在学习和实践中不断的完善。本设计廉价可行，但是居民使用起来不是很方面，特别是大门总入口处，在上下班高峰期可能要排队浪费居民宝贵的时间。还有安全性方面存在一些隐患，当居民卡流失时，如果落到其他的不法分子手中可能就造成不必要的损失。关于本设计的改造方向，我觉得应该增加读卡设备的读卡距离和准确度，使居民使用更加方面，如果经过居民刷卡后信息能够经过移动网络发送到居民手机，这样居民的个人信息安全和财产

57、安全系数将会有很大程度上的提高。6.2 不足之处与未来展望不足之处与未来展望 本设计廉价可行，但是居民使用起来不是很方面，特别是大门总入口处，在上下班高峰期可能要排队浪费居民宝贵的时间。还有安全性方面存在一些隐患，当居民卡流失时，如果落到其他的不法分子手中可能就造成不必要的损失。关于本设计的改造方向，我觉得应该增加读卡设备的读卡距离和准确度，使居民使用更加方面，如果经过居民刷卡后信息能够经过移动网络发送到居民手机，这样居民的个人信息安全和财产安全系数将会有很大程度上的提高。2021参考文献参考文献1 席小雷，安防系统的数字化进程J，中国安防产品信息，2004,25(3):33-37.2 贾宁，

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