门禁系统设计方案

1、门禁系统设计设计内容：1. 门禁系统的硬件设计；2. 门禁系统的软件设计。设计目标：1. 通过 RFID 技术，验证射频门禁卡的合法性，控制电 子门锁的开启；2. 门禁卡信息进行管理。系统功能：1. 卡片的使用模式：采用 13.56MHz 非接触式物联网射 频卡；2. 刷卡开门：用户进入门禁管制区域时需刷卡，读卡器 读取信息后，将信息传输到主机，主机首先判断信息是否合 法，如合法那么发出开门指令，不合法那么发出报警，同时记录 用户刷卡事件；3. 管理控制；对控制器的记录进行收集管理，可增加、 删除、更新用户信息；4. 记录存储； 系统可将门禁控制器运行产生的所有用户 刷卡事件、报警时间等进行记

2、录；5. 报警功能：如发生控制器异常、非法卡开门等事件时 系统发出报警信号。门禁系统设计框图刷卡模块继电器模块模 拟门开22非接触式IC 卡感应区域按键模块电源供电51单片机T报警模块蜂鸣器液晶 LCD12864显示晶振、复位电路读卡器：读射频卡信息。按键模块：注册通行卡。按下设置键，把工作模式切换到注册模式后，刷卡并显示卡号自 动注册。注册完成后液晶显示注册完成。再次刷这张 IC卡时，就能 开门。注销通行卡去除存储器的卡号数据按下设置键，把工作模式切换到注销模式后，刷卡并显示自动注销，就把存储里保存的卡号数据去除。去除数据后，IC卡已经处于注销状态一.硬件设计内容系统硬件电路图设计1.各模块

3、选用的硬件介绍刷卡模块、单片机模块、继电器模块、按键模块以及蜂鸣器模块组成。其用高频读卡器模块FM1702能读写荷兰Philips公司的Mifare非接触式射频卡， 读卡距离约10cm控制模块采用STC89C52单片机，它具有8K可编程Flash存 储器。单片机与读卡器通信是采用 SPI通信。1.1 STC89C52单片机介绍控制的核心选用STC89C52其主要性能如下：1. STC89C52单片机与MCS-51单片机产品能够兼容2. 在系统内可编程Flash存储器8K字节3. 擦写周期可到达100000次4. 程序存储器可做到三级加密5. 可编程I/O 口线数量到达32个6. 总共有三个16

4、位计数器7. 中断源的数目到达了 8个8. 单片机具有全双工UART串行通道9. 不启动是能耗低10. 停电以后中断可复位1功能特性描述该STC89C5单片机作为低功耗、高性能CMO的 8位微控制器，系统可编程 Flash存储器拥有8K。运用Atmel公司独特的高密度难丧失存储器技术制造， 与工业 上的80C51产品说明可以和引脚完全的兼容。 单片机上Flash做到程序 存储器在系统中可以编程，群众化编程器也可进行编程。在单片机的芯片上，有 8位CPU和在系统可编程Flash，做到了 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统 提供高灵活、极为有效的的解决方案。2引脚图如下：cm 小 (T2 D

5、 P1-1P2F仁3F 11-4WCHI) FM 角 LMisoj ei .e SCK P1I.7 &STJRWJ P3 .0 ri-xo j fs,i rllTO：. P3_2 tminji R3.3 (TOJ E M Fj jTO5 P3.7 KTAU2 ?CTAL1GMQ匸 c c 匚- 匚 匚 匸C 匚C 亡 匚匚厂匚匚u VC 二1 TO. f (A01) FCl2 ACJ2：| RO.S |AD-3i 尸门 4 |Ar4；i 二I ITO 5 lAC 二I ITO 4E03 RO 7 (AD? &WP二 J5-L=LiWROG F-SENl ir*ff 7 (AIS) 尸2 a二J

6、 F*2 5 |AH3j23 F2 Jin P2 3 (A1I1J E M (A1O 二I F2. 113 RS O (AJi图1.1 STC89C52弓I脚图3引脚介绍:VCC :接电源GND接地P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8个TTL逻辑电平。对P0端口写“ 1时，弓I脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序 校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电

7、阻的 8位双向I/O 口，pl输出缓冲 器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“ 1时，内部上拉电阻把端口拉 高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电 阻的原因，将输出电流IIL 。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2 的外部计数输入P1.0/T2 和时器/计数器2的触发输入P1.1/T2EX，具体 如下表所示。在flash编程和校验时，P1 口接收低8位地址字节。表1.1 P0 口第二功能引脚第2功能P1.0T2 定时器/计数器T2的外部计数输入，时钟输出P1.1P1.1 T2EX 定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制P1.5MOSI 在

8、系统编程用P1.6MISO 在系统编程用P1.7SCK 在系统编程用P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2输出缓冲 器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“ 1时，内部上拉电阻把端口拉 高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电 阻的原因，将输出电流IIL 。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外 部数据存储器例如执行MOVX DF时，P2 口送出高八位地址。在这种应 用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址如MOVXR访问 外部数据存储器时，P2 口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2 口也接收高

9、8位地址字节和一些控制信号。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，p2输出缓冲 器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“ 1时，内部上拉电阻把端口拉 高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电 阻的原因，将输出电流IIL 。P3 口亦作为AT89S52特殊功能第二功能使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表1.2 P3 口第二功能引脚第2功能P3.0RXD 串行口输入端P3.1TXD 串行口输出端P3.2INT0 外部中断0请求输入端，低电平有效P3.3INT1外部中断1请求输入端，低电平有效表1.3 P

10、3 口第二功能引脚第2功能P3.4T0定时器/计数器0计数脉冲输入端P3.5T1定时器/计数器1计数脉冲输入端P3.6WR外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效P3.7RD外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机 复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊存放器 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/PROG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PROG也用作编程输入脉冲

11、。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，通过将地址为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。否那么，ALE将被微弱 拉高。这个ALE使能标志位 地址为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。PSEN外部程序存储器选通信号PSEN是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次， 而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被

12、激活。EA/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，EA必须接GND 为了执行内部程序指令，EA应该接VCC在flash编程期间，EA也接收12伏VPP 电压。XTAL1振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端XTAL2振荡器反相放大器的输出端1.2 FM1702高频读卡器模块介绍OK INrvpo _nilrmFM 一 702SLEXDUO:竺9I#V 序号A9抑抽堆1OSCINI曉扱鞘入：f* 13.56MW22IFLQ0中听祝L输阳中斷请威信号3MHN1申畅入匚ISOU443 IfrijZMftMff 号4TY10:&射口制1邸2卫

13、仇：im方石佶缶佑号5TVDDPWR.規妍聃电紜?1TX2的幢出能凰6TX2QM口佥出酬榊幻岳砂血拮号7rvssPWKScoI1?制汩号i St砥甩平3ClI姫制怙号：隹附也平10C2I捋搁悄号！艮烏亚平11DVESPWRft?*12M1SOo士入从曲：13SCK1E屏擅号14MOSI1主出从入：15NSSI橫口选通厭电平市农16C31控制拮号:崔懸髦平17QVPDPWR18阳DOPWR1AUXOKKM试価号曲土IK报器试會号，ATestArHOutSel20AV5SPWR21RX1嶽收口 忒氏外化罠蝇M合二讯列1乳百扯1U脚，日廿22VMIDPWR11匙lDOnF .ti.ff23R-STP

14、D1豐悝丑梓业佰号：為电平时复惶训認电IS.品掠轉止【fU 购人24OSCDUTQAHihblip UAxAu ip t Li jii1i| r nrn性能参数：1、输入电压：55.5V2、输入电流：刷卡电流25mA3、通讯方式：SPI4、有效刷卡高度：3-10cm视天线、卡和周围环境而不同5、使用环境：-2570摄氏度6、尺寸：95.8*54.3 单位：mm1.3 Mifare 射频卡介绍本设计中采用的射频卡为Mifare射频卡,其核心是 PHILIPS公司的Mifare1IC S50系列微芯片。卡片上无源,工作时的电源能量由卡片读写器天线 发送无线电载波信号祸合到卡片上天线而产生电能，一般

15、可达2V以上,供卡片上IC工作。工作频率13.56MHZMifare的主要指标容量为8K位EEPROM分为 16个扇区,每个扇区为 4块,每块 16个字节,以块为存取单位 每个扇区有独立的一组密码及访问控制 每张卡有唯一序列号 , 为 32 位 具有防冲突机制 , 支持多卡操作无电源, 自带天线 ,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路 数据保存期为 10年,可改写 10万次,读无限次 工作频率 :13.56MHZ通信速率 :106KBPS读写距离：10mm以内与读写器有关 1 卡与读写器的通讯 复位应答 Mifare 卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的 , 当有卡片进入 读写器的操作范围时，读写器以

16、特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为 M1射 频卡 , 即验证卡片的卡型。 防冲突机制 当有多张卡进入读写器操作范围时 , 防冲突机制会从其中选 择一张进行操作 , 未选中的那么处于空闲模式等待下一次选卡 , 该过程会返回被选 卡的序列号。 选择卡片 选择被选中的卡的序列号 , 并同时返回卡的容量代码。 三次互相确认 选定要处理的卡片之后 ,读写器就确定要访问的扇区号 ,并 对该扇区密码进行密码校验 , 在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。 在选择另一扇区时 , 那么必须进行另一扇区密码校验。 2系统的工作方式为：STC89C52空制FM1702驱动天线对Mifare卡进行读写操作；

17、然后根据所得 的数据对其他接口器件，如和上位PC机之间进行通信，把数据传给上位机。与上 位机的通信采用RS485通信模块,通信距离能够到达1200米左右。整个系统由 5V电源供电。3工作原理：系统数据存储在无源 Mifare 中。读写器的主要任务是传输能量给 Mifare 卡,并建立与之的通信。单片机控制 MFRC500将其接收到的信号通过RS485传 送给上位PC机。然后等待上位机传回的信号，确定是否控制执行器开门，还是 报警。2 STC89C52的电路连接本系统中,STC89C526路连接图如下列图2.2所示,采用SPI通信方式进行连 接，与FM1702模块芯片的数据总线相连。P0 口的一

18、局部端口线与FM1702SI芯片 的控制总线相连 ,在电源和地之间加上一个排阻，上电如果初始化成功，那么提示可以刷卡，如初始化失败，贝直停留在初始化界面图22刷卡模块接口原理图U1LED$834尽 CL111314FKW 15nrl 1 門 M 一北戒m 一知I1inL&?1.0vcc刃,1Tt.OAIK)打二: +WIPl.3AD：Pl.4PC 3 ADSP0.4-AI4?1.6MISO?C.5 AD5?o.e ADSRESETPC. 丁 AITfXvp卫5- W 1 三-B5EA?2.7/Al?Tl?3. 3PLSAliF2 4A12RDP3 7P2J/A11XTAL2P2 .： A1CX

19、TAL1P2J A9GIDP2 C AS4011舅la-373fi203534SI33C =32fcST313C28P2T y2?PM飞s25?二厂245252呼?221D图2.3 STC89C52接线图3 LCD12864液晶显示屏的介绍LCD12864液晶显示屏是带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、 2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵 图形液晶显示模块；其显示分辨率为 128X 64,内置8192个16*16点汉字，和 128个16*8点ASCII字符 集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作 指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以

20、显示8X4行16X 16点 阵的汉字. 也可完成图形显示低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示 方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不管硬件电路结构或显示程序都 要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。3.1显示屏模块模块连接电路图图3.4显示屏模块连接图单片机与显示屏的接口电路局部：液晶显示屏的数据接口线与单片机的P1口相连，P0.0,P0.1,P0.2用于使能和控制对液晶屏的读写等操作。4 AT 24C02 介绍AT24C02是低电压工作的2K位串行电可擦除制度存储器，内部组织为256个字节，每个字节8位，该芯片被广泛应用于低电压及低消耗的工商业领域4

21、.1AT 24C02存储模块模块连接电路图图3.7存储器模块接口原理图4.2主要特性：1.工作电压：1.8V5.5V 2.输入/输出引脚兼容5V 3.应用在内部结构：128x8(1K),256x8(2K),512x8(4K),1024x8(8K),2048x8(16K) 4. 二线串行接口5.输入引脚经施密特触发器滤波抑制噪声6.双向数据传输协议7.兼容400KHz(1.8V,2.5V,2.7V,3.6V )8.支持硬件写保护 9.高可靠性：读写次数： 1,000,000 次极限额定参数：引脚定义：表3.4引脚定义引脚名称引脚功能A0-A2器件地址输入SDA串行数据输入输出SCL串行时钟输入W

22、P写保护VCC电源GND地引脚描述:串行时钟信号引脚(SCL：在SCL俞入时钟信号的上升沿将数据送入 EEPROM 器件，并在时钟的下降沿将数据读出。串行数据输入/输出引脚(SDA：引脚可实现双向串行数据传输。该引脚为开漏输出，可与其他多个开漏输出器件或开集电极器件线或链接。器件/页 地址脚(A2, A1, AO): A2, A1和A0引脚为AT24C02的硬件地址 输入引脚，在一个总线上最一个总线上最多可寻址八个 2K器件，A2, A1和A0 必须内部链接。写保护(WP引脚：AT24C02具有用于硬件数据写保护功能的引脚。当该引 脚接GND寸，允许正常的读写操作，当该引脚接 VCC寸，芯片启

23、动写保护功能5电子锁控制电子锁控制采用9012三极管驱动5V继电器,单片机的输出OUT通过9012 三极管驱动继电器，继电器的输出直接接继电器线圈的一端，线圈的另一端接GND继电器的公共点和长开点分别接电子锁的两跟控制线由于电子锁的开关是 靠两根控制线是否连通来控制的，当两根控制线接在一起时就开门，反之如果两 根控制线断开就锁门。因此当单片机的输出端输出高电平时三极管倒通，9012的 输入端为低电平，由于9012在这电路中起到开关作用，因此9012输出为高电平。 此时继电器线圈上有电流流过，继电器吸合，电子锁的两根控制线接通，电子锁开 门。反之,如果单片机输出高电平三极管不倒通，9012三极管

24、的输出为低电平， 因此继电器线圈没电路，继电器不动作，电子锁的控制线保持断开，电子锁锁门。 电路图如下：6报警电路报警电路有一个直流蜂鸣器和9012三极管构成，电路图如下图。图中Alarm为单片机的P2.4脚,当需要蜂鸣器报警时只需要将单片机的 P2.4管脚置 为高电平,三极管倒通,电流从+5V电源经过蜂鸣器和三极管的 CE极流向地，蜂 鸣器有电流流过那么发声报警。当单片机 P2.4管脚为低电平时，三极管截止，没有图3.9蜂鸣器模块7射频卡读卡器块的复位电路射频卡读卡器块的采用了按键复位电路，当系统发生故障，可通过按下复位按键，系统将复位，让系统重新初始化运行。8按键模块射频卡读卡器在系统初始

25、化后进入工作模式，通过按键来切换各种模式。工 作模式按下K1即进入注册模式，再次按下 K1进入注册模式，接着按K1循环到 工作模式。9LED显示模块图3.12LCD显示模块射频卡读卡器工作模式下刷卡，当PowerLed为低电平D1亮，那么表示刷卡成功此 卡为合法卡允许进入。当LED为低电平时D2亮，说明此是所刷的卡编号并未存 储在存储器中进入报警状态。.射频卡读卡器的软件设计现在单片机编程使用的语言大多为汇编语言和 C语言。运用汇编语言编程的 好处是代码生成效率高，程序运行速度快；缺乏是程序的可读性和可移植性比拟 差,用汇编语言编写单片机应用系统程序的周期长，调试和排错相当困难。C语言 是一种

26、通用的计算机程序设计语言，它既可用来编写计算机的系统程序，也可用 来编写一般的应用程序，用它编写的程序，具有较好的可读性和可移植性。所以在 本设计中运用C语言进行射频卡读卡器程序设计。1系统流程及主程序介绍系统工作是按固定顺序执行的，主要流程如图开始系统工作流程图2读卡器读卡器主程序内用要完成系统初始化，读卡器和高频频FM1702模块的中断处理程序，以及与PC机通信中断处理程序等操作.3读卡过程及程序设计介绍读卡器软件编程来进行对射频卡的一系列操作，主要有：防冲突程序、卡片 的读写程序以及对卡片数据块的操作等。 读卡程序的设计思路是在系统初始化后 射频场检测有Mifarel卡进入射频天线的有效

27、范围，读卡程序按顷序启动防冲突 程序和认证程序，验证成功后最后操作卡片读写程序。程序流程图见图所示，下面 介绍其中的几个主要过程。3.1 寻卡过程Mifare1 卡是一种以被动方式工作的卡 , 进入射频区的 Mifare1 卡上电后进 入IDLE状态,它通过吸收感应区内的磁场能量进行工作，不会主动发出信号。读 卡器必须不间断地向外发出请求信号 , 符合条件的卡只有在接收到请求信号之后 才会进行响。程序中用 Mf500ComReq 函数不断向外循环发请求信号 , 检查感 应区是否有符合条件的卡 , 一旦有符合条件的卡进入并被选中 , 程序退出循环请 求过程 , 进入防冲突过程。 Request std 指令分为和 Request all 两个指令。 Request al 指令的功能是在天线范围内检查所有符合条件的卡 ,无论是处于 IDLE 状态还HALT状态的卡,都会响应。Request std指令只对天线范围内处于IDLE 状态的卡有效，对