基于51单片机的IC卡门禁控制系统设计

2008届龙岩学院本科毕业生1门禁控制系统设计学院名称：物理与机电工程学院专业：电子信息工程学号：200402204姓名：刘龙瑞指导教师：涂二生（高级工程师）2008届龙岩学院本科毕业生2【摘要】本设计是利用T7122M-I工业级ID读卡模块实现的门禁控制器，具有存储一张管理卡和多张用户卡的功能，同时管理人员还可以通过按键更改管理卡，增加、删除用户卡等操作，门禁刷卡控制刷卡距离约为5—12CM。关键词：门禁系统、T7122M-I工业级读卡模块。2008届龙岩学院本科毕业生3目录摘要....................................................................2第1章门禁系统的概述.......................................................41.1门禁系统概念.......................................................................41.2门禁系统的特点.....................................................................4第2章门禁系统的设计要求....................................................42.1设计要求...........................................................................4第3章门禁系统的方案论证..........................................................43.1门禁系统的总体方案.................................................................43.2门禁系统的各个方案论证.............................................................53.2.1.单片机控制芯片模块...............................................................53.2.1.键盘控制块.......................................................................5第4章门禁系统的硬件部分...................................................64.1主控芯片部分.......................................................................64.2键盘控制部分.......................................................................74.3蜂鸣器控制部分.....................................................................84.4T7122M-I工业读卡模块...............................................................8第5章门禁系统的软件部分...................................................9第6章门禁系统的软、硬件调试..............................................126.1硬件调试..........................................................................126.2软件调试..........................................................................126.3软、硬件设计注意事项..............................................................12结论...................................................................13致谢...................................................................13参考文献...................................................................14ABSTRACT..................................................................15附录1：系统程序。.........................................................162008届龙岩学院本科毕业生4第1章门禁系统的概述1.1门禁系统概念出入口门禁控制系统采取以感应卡来取代用钥匙开门的方式。使用者用一张卡可以打开多把门锁,对门锁的开启也可以有一定的时间限制。如果卡丢失了，不必更换门锁，只需将其从控制主机中注销。出入口门禁控制系统是通过对出入口的准入情况进行控制、管理和记录的设备，对何人何时在何地进行详细跟踪，以实现中心对出入口的24小时控制、监视及管理。1.2门禁系统的特点系统将ID卡技术、计算机控制技术与电子门锁有机结合，用ID卡替代钥匙，配合计算机实现智能化门禁控制和管理，有效的解决了传统门锁的使用繁琐和无法信息记录等不足，利用数据控制器采集的数据实现数字化管理可为内部人力资源的有效管理等带来意想不到的效果。电子钥匙：授权后的ID卡即可当作电子钥匙，将此电子钥匙感应器前一晃,控制器对该卡进行身份验证，验证合法后即控制电子门锁自动打开。开门权限：按门设置：可以根据持卡人身份权限设定有效开门区域（控制器号码）。系统可设有最高权限卡，该卡可以打开系统辖区内所有电子门锁。自动报警：非法使用卡或强行打开门锁等非正常情况下系统会将自动发出报警信号，系统将自动记录非常状况的时间、门号、状态等详细信息，确保门锁安全和事后查证。第2章门禁系统的设计要求2.1设计要求（1）读卡功能（2）添加管理卡功能（3）增加、删除用户卡功能（4）更改管理卡（5）清除所有用户卡（6）键盘控制管理卡操作（7）蜂鸣器实现刷卡、按键提示第3章门禁系统的方案论证3.1门禁系统的总体方案本系统由51系列单片机AT89S52、按键、蜂鸣器、T7122M-I读卡等模块构成。实现了存储一张管理卡和多张用户卡的功能；同时管理人员还可以通过按键更改管理卡，增加用户卡，删除用户卡，清空所有用户卡等。因为门禁刷卡控制刷卡距离随着补尝电容的改变而改变（补尝电容大约300PF），所以最大的刷卡距离约为5—12CM；对于非管理卡或用户卡，本门禁控制器不与响应；每个按键控制器都有相应的提示音进行提示操作。正常使用时，用户持卡靠近读卡天线，门禁控制器读入卡号，并与存储在内部的卡号比较，如果有相同的卡号，2008届龙岩学院本科毕业生5说明此卡合法，门禁机响一长音，提示成功，如果读卡失败，而不响应。总体系统结构图如图3-1图3-1门禁系统总体结构框图3．2门禁系统的各个方案论证3．2．1单片机控制芯片模块方案一：PIC16C84单片机芯片。它是8位CMOSEEPROM微控制器。它有高性能的类似于RISC的指令，共有35条单字节的指令，所有的指令除程序分支指令需要两个指令周期外，都只需要一个指令周期。程序指令的宽度为14位，在芯片内有1K×14的EEPROM程序存储器。方案二：At89s52芯片。它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。易失性存储与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。基于以上所述，根据系统需要及所学知识我选方案二。3．2．2键盘控制模块方案一：独立式键盘，如图3-2。它是利用单片机I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下，这种方式的缺点是占用的I/O口数较多。且对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程，那就是键盘的抖动问题[1]。图3-2读卡模块门禁控制器蜂鸣器接口电路下位PC机2008届龙岩学院本科毕业生6方案二：基于串并转换电路的键盘形式，如图3-3。7SLS164是串并转化芯片，它把SDA(P10)上的串行数据转化为8为的并行数据，S1/S2/S3/S4/S5/S6/S7/S8作为键盘扫描线，P11为键盘数据回送线。键盘扫描时，从S1～S7一次输出低电平，然后检测P11（回送线），如果P11（回送线）为高电平则表示无键闭合，如果P11（回送线）等于0，将S1～S7上的数据经过简单处理得到对应的键值。[5]如图3-3方案三：行列扫描的键盘形式，如图3-4。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。当按键没有按下时，所有列的输出端都是高电平，代表没有键按下。行线输出时低电平，一旦有键按下时，则输入线就会被拉低，这样通过读入输入线的状态就可以得知是否有键按下了[6]。图3-4基于以上所述，根据系统需要我选方案二。第4章门禁系统的硬件部分4．1主控芯片部分1、原理图2008届龙岩学院本科毕业生7图4-14.2键盘控制部分采用串并转换电路的键盘形式(1)原理图图4-2串并转换电路的键盘形式(2)工作原理7SLS164是串并转化芯片，它把SDA(P27)上的串行数据转化为8为的并行数据，S1/S2/S3/S4/S5/S6/S7/S8作为键盘扫描线，P26为键盘数据回送线。键盘扫描时，从S1～S7一次输出低电平，然后检测P26（回送线），如果P26（回送线）为高电平则表示无键闭合，如果P26（回送线）等于0，将S1～S7上的数据经过简单处理得到对应的键值。(3)功能说明KEY1：增加用户卡2008届龙岩学院本科毕业生8KEY2：删除用户卡KEY3：删除管理卡KEY4：清除所有用户卡4.3蜂鸣器控制部分1、蜂鸣器原理图如下所示:图4-3蜂鸣器原理图2、工作原理单片机通过P37来控制蜂鸣器的工作与关闭。当P3.7=1时，PNP三极管关闭，蜂鸣器停止工作[4]。当P3.7=0时，PNP三级管导通，蜂鸣器开始工作[4]。从而单片机只需要P3.7输出0或者1开控制鉴别鸣器即可。3、功能说明（1）刷卡时蜂鸣器响一声，说明读到用户卡。（2）刷卡时蜂鸣器响两块，说明读到管理卡。（3）相应的按键时给于相应的提示音。（4）蜂鸣器没有响应，说明没有读到卡。4.4T7122M-I工业级读卡模块1、应用电路简图图4-42008届龙岩学院本科毕业生92、数据输出格式共输出48Bits，即6个字节。第一字节为ID卡识别码，第二至第五字节为卡号，最后一个字节为前五个字节的校验和。校验和运算变量类型为BYTE类型，运算过程进位被丢弃。选择同步串行输出方式时，每个字节中高位先输出；选择异步串行输出时，每个字节中低位先输出。输出波特率均为9600Bits/S。3、数据输出波形bit7bit3bit4bit5bit6CPSCKSO0.5ms0.5ms同步串行输出波形（Tsck=104us）图4-54、功能说明（1）通过读卡天线，刷卡时读取ID卡卡号。（2）通过SO脚把卡号传到单片机芯片管脚上。（3）通过CP脚传送低电平说明有卡刷到。第5章门禁系统的软件部分程序循环中主要工作为判断是否有刷卡，若有刷卡则断判是什么卡，然后进行相应的处理。门禁系统的总流程图5-1：20