门禁系统设计

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，如合法则发出开门指令，不合法则发出报警，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（清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清除。清除数据后，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51单片机刷卡模块非接触式IC卡感应区域液晶LCD12864显示（显示信息）继电器模块（模拟门开）晶振、复位电路电源供电报警模块（蜂鸣器）按键模块高频读卡器模块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。1.1STC89C52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.擦写周期可达到100000次4.程序存储器可做到三级加密5.可编程I/O口线数量达到32个6.总共有三个16位计数器7.中断源的数目达到了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STC89C52单片机作为低功耗、高性能CMOS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丢失存储器技术制造，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，大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：图1.1STC89C52引脚图（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，引脚用作高阻抗输入。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阻的8位双向I/O口，p1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1.1P0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P1.1P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）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@DPTR）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MOVX@RI）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1.2P3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）P3.20INT（外部中断0请求输入端，低电平有效）P3.31INT（外部中断1请求输入端，低电平有效）表1.3P3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/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。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MOVC指令时有效。否则，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。1.2FM1702高频读卡器模块介绍性能参数：1、输入电压：5～5.5V2、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：-25~70摄氏度6、尺寸：95.8*54.3(单位：mm)1.3Mifare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Mifare1ICS50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,一般可达2V以上,供卡片上IC工作。工作频率13.56MHZ。Mifare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①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。②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,未选中的则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。③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。④三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,则必须进行另一扇区密码校验。）（2）系统的工作方式为：STC89C52控制FM1702,驱动天线对Mifare卡进行读写操作；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,通信距离能够达到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。2STC89C52的电路连接本系统中,STC89C52电路连接图如下图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口的一部分端口线与FM1702sl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，则提示可以刷卡，如初始化失败，则一直停留在初始化界面。图2.2刷卡模块接口原理图图2.3STC89C52接线图3LCD12864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128×64,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。可以显示8×4行16×16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，不论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部分：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。4AT24C02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。4.1AT24C02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：1.8V～5.5V2.输入/输出引脚兼容5V3.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WP写保护VCC电源GND