毕业设计（论文）-基于ARM的门禁系统优化设计研究.doc

I 基于基于 ARMARM 的门禁系统优化设计研究的门禁系统优化设计研究 摘要 为了满足信息时代用户对建筑内部安全性的需求，智能门禁系统应运而生。 新一代的门禁系统以智能卡来控制门锁的开启，集成了电脑技术、电子技术、 机械技术、和 ARM 技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能，开创了 门禁管理的新概念，它不仅给使用者带来了极大的方便，而且也给管理者提供 了更安全、更快捷、更自动化的管理模式。为此，本文对一种基于 ARM 技术 的门禁系统进行了优化设计研究。 首先对基于 ARM 技术的门禁系统进行总体规划，设计了射频 IC 读卡器的 电路原理图，通过软件生成 PCB 板。读卡器主要由 RS485 通信接口、射频天 线、读卡模块及单片机控制系统组成，能读写 Philips 公司的 Mifare 非接触式智 能射频卡，读卡距离相对较远。当读卡范围内没有卡片时，系统显示时钟，当 读卡范围内出现卡片时则系统读取卡内数据并将卡号信息显示在液晶显示器上， 同时做出反应。结合本设计采用了线圈天线，深入研究 ARM 天线的接收电路、 EMC 过滤器以及天线匹配电路等构成，并从调谐频率和品质因素 Q 两方面设 计读写器天线，设计优化了天线耦合电路。 其次针对设备组网应用要求，门禁终端通信在结合门禁读卡器研究了 RS485 的网络拓扑结构的基础上采用 RS485 总线，通过 PC 机与 RS485 接口组 成通信网络系统。在普通情况下读卡器独立工作，PC 机则会每隔一定时间访问 读卡器，读卡器上的时钟统一用 PC 机上的时钟校准，并读取存储器内的读卡 数据，从而实现数据的及时处理。 第三，设计单片机的包看门狗、数据存储、液晶显示和实时时钟等在内的 外围模块电路，为了节约了单片机的 I/O 接口从而采用串口设计如 SPI、I2C 等。 同时结合门禁系统设计门禁控制电路，对相应设备进行选材。 为了满足 ARM 门禁系统总体设计要求，对软件设计时采用模块化设计， 通过对 MF RC500 芯片的特性及操作流程进行研究，完成了主程序的流程图和 各个模块子程序，底层控制软件使用 C51 语言开发了读写器，最后进行程序调 试，结果符合设计要求。 关键词：门禁系统、ARM、电子狗、MF RC500、串口通信 II Abstract In order to meet user demand for construction of internal security, emerge as the times require intelligent entrance guard system. Access control system is a new generation of control door to smart card open, integrated computer technology, electronic technology, mechanical technology, and ARM technology on the whole, the card and the lock between the dialogue to achieve a complete function, creating a new concept of access control management, it will not only give users a great convenience, but also to the managers to provide a safer, faster, more automated management pattern. Therefore, in this paper a kind of access control system based on ARM technology were studied to optimize the design. The general planning of access control system based on ARM technology, design the RF IC card reader read circuit diagram, generated by software PCB plate. The card reader is mainly composed of a RS485 communication interface, the antenna, RF card reader module and single-chip microcomputer control system, can read and write Philips company Mifare contactless smart card, the card is relatively far away from the. When the card is not card range, the system clock, when the card in card, the system reads the card data will be displayed in the LCD, at the same time response. Combined with the design of the coil antenna, in-depth study of ARM antenna receiving circuit, EMC filter and antenna matching circuit structure, and two aspects of reader antenna from the frequency and quality factor Q tuning, optimization design of the antenna coupling circuit. Aiming at the application of networking equipment requirements, access terminal communication read on the network topology based on RS485 by using RS485 bus card in conjunction with access control, constituting the communication network through the PC and RS485 interface. Reader work independently under ordinary circumstances, PC will be at a certain time access card reader, card clock by clock calibration device on the PC machine, and to read the memory card data, in order to achieve the timely processing of data. Third, single packet watchdog, data storage, liquid crystal display and real-time clock and other peripheral circuit module, I/O interface, in order to save the microcontroller and the serial design such as SPI, I2C etc. At the same time, the access control circuit, carries on the selection of the corresponding equipment. III In order to meet the requirements of the overall design of the ARM control system, the software design uses the modular design, through research on the characteristics and operation process of MF RC500 chip, the flow chart of main program and each module subprogram, the use of C51 language to develop the reader the underlying software control, finally the debugging process, the results meet the design requirements. KeywodsKeywods：Access control system, ARM electronic dog, MF, RC500, serial communication IV 目录 摘要 .I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景及意义.1 1.2国内外研究发展现状.2 1.3 本文主要研究内容.3 第 2 章 门禁相关技术.5 第 3 章 基于 ARM 的门禁系统硬件优化设计.16 3.1 系统总体结构设计.16 3.1.1 系统设计的基本要求.16 3.1.2 系统方案.17 3.2 系统硬件模块分析.17 3.2.1 射频读写模块分析.17 3.2.2 其他部分硬件分析.18 3.2.3 射频读写模块设计.19 3.3 天线优化设计.20 3.3.1 EMC 电路 .20 3.3.2 接收电路.20 3.3.3 直接匹配天线的天线匹配电路.21 3.4 RS485 通讯模块.25 3.4.1RS485 接口.26 3.4.2RS485 网络拓扑结构.27 3.5 外围接口电路.29 3.5.1看门狗电路.29 3.5.2液晶模块.31 3. 6数据存储的硬件设计.35 3. 6. 1数据存储器的接口.36 3. 6. 2I2C 总线协议 .36 3.7 实时时钟的硬件设计.37 3. 7. 1实时时钟的接口.37 3. 7. 2时钟数据传输的控制.38 3. 7. 3时钟数据传送方式.38 3.8非接触式 IC 卡的选择.39 3.9门禁控制电路.40 第 4 章 基于 ARM 的门禁系统软件优化设计.42 4.1 系统软件分析与设计.42 4.1.1 软件设计方法与设计语言选择.42 4.1.2 系统总体程序流程设计.42 4.2 系统软件模块化设计.42 4.2.1 射频控制模块.43 4.2.2 看门狗模块.46 V 4.3 存储模块优化设计.54 4.4 防碰撞技术.56 总结与展望.58 参考文献.60 6 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及意义 伴随着科技的不断进步，人们对现代化办公和生活场的安全需求提出了了 更高的要求，传统的手工出入管理和门锁系统已经不符合现代生活和工作的的 实际需求。为顺应智能楼宇、智能小区的发展和安防业的智能化、网络化，门 禁系统也必须实现更加安全可靠和更方便的智能系统。现代门禁系统综合利用 了传感技术、 、计算机技术、数字信息处理、多媒体技术和网络技术，从而实现 了门禁系统信息的采集、传输和处理。 目前智能门禁管理系统已广泛用于学校、工厂、物业小区、商店、金融系 统、写字楼宇、电信系统、宾馆、军事系统等多种场合，大大提高了生产生活 的整体工作效率、保障了生命财产的安全，现代化门禁系统的智能、安全和高 效已经成为社会发展的必然趋势，同时它也是现代化建筑构造的一个重要组成 部分。 随着智能建筑的不断推广，门禁系统有了更广阔的发展空间，建立连网门 禁系统也成为一种趋势。人们对门禁系统各方面要求的不断提高，对门禁系统 的应用已不局限在单一的出入口控制，而是还要求它不仅可应用于单元功能的 控制如：智能大厦或智能社区的考勤管理、门禁控制、停车场控制、楼宇自控、 安防报警电梯控制等，还可实现各个单元功能之间的联动控制等多种控制功能。 本文基于 ARM 的门禁系统针对集成客户需求给出了可行方案，具有重要的意 义2。 1.2 国内外研究发展现状 门禁系统，这个曾几何时只有在高级场所才配备的高科技产品，现如今已 经走入寻常百姓家了。随着人们生活水平和安全意识的提高，对门禁系统有了 更高的要求，门禁系统也与时俱进，不断的应用新的技术以满足客户的需求， 更加人性化，实现厂商、运营商、用户多方共赢。 现有的门禁比较流行的有两种：密码门禁和刷卡门禁。密码门禁即采用输 入密码的方式来判断出入者的身份。由于它的安全系数相对较低，所以只适合 7 于安全需求不高的场所。随着人们对安全需求的提高和技术的进步，刷卡门禁 逐渐替代了密码门禁，从而成为目前应用最多的门禁。 尽管以上两种门禁系统应用非常广泛，但也存在诸多的问题，如首先门禁 保障了安全却护不住隐私。刷卡出入让业主们感受到了便利，但必须向服务中 心人员提供个人信息，让人不由得担心自己的隐私被泄露。虽然按照法律规定， 只有公安部门才有权保留，查看人口信息。但是普遍的现象是我们的电话经常 会被不明来历的人骚扰，让人不免怀疑。其次，门禁卡收费混乱业主疑惑多。 安装门禁系统保障小区安全，原本是件好事，但是，门禁卡收费问题却困扰着 诸多业主。据目前，相当多的小区都存在门禁卡收费混乱问题。究竟门禁卡是 否该收费，收多少费用合适，每个地方依据自身情况，解决办法也各不相同。 再者，有售无后门禁系统如同虚设。门禁系统正常工作益处自不用说，一但门 禁坏了，麻烦却也不少。在日常使用中，门禁产品的损坏是不可避免的，原因 也往往多种多样，例如，产品寿命、自然灾害、操作不当或人为损坏等等。门 禁的损坏不仅给人们的生活带来不便，还存在不少安全隐患，因此及时的维修 显得非常重要。当前许多小区都才存在着门禁损坏后 无人维修的情况，门禁系 统如同虚设，闲杂人员随意进出。面对这样的问题，厂商、开发商、物业互相 推诿，不但损害了业主们的利益，也对整个门禁行业的发展不利。用户是产品 的最直接使用者，因此对于产品的口碑塑造有着举足经重的影响，虽然产品运 维服务不直接和厂商挂钩，但是厂商应和开发商、物业做好协调，保证设备的 正常运行，为品牌赢得口碑。 1.3 本文主要研究内容 论文针对市场的实际需要和目前使用的系统普遍存在的问题，对一套基于 ARM 的门禁系统进行优化设计研究，论文在探讨了基于 ARM 技术的门禁系统 的发展现状和技术基础上，对射频天线进行了优化设计，并设计开发系统的硬 件系统和软件系统，给出制作 ARMIC 读卡器的电路原理图和 PCB 板，设计主 程序流程图和模块子程序，并进行联机调试，完成实验样机的研制工作并进行 了完整的系统测试。 本文的结构安排： 第 1 章 绪论。论述课题背景及其意义，探讨目前国内外研究现状和采用的 技术； 8 第 2 章 ARM 技术。主要论述 ARM 技术结构特点； 第 3 章 基于 ARM 的门禁系统硬件系统优化设计，主要论述各个硬件单元 的模块化设计，并对其中的天线模块、射频读写模块、通讯模块、看门狗进行 了优化设计； 第 4 章 基于 ARM 的门禁系统软件优化设计。给出了总体程序流程图和模 块化设计，并作了子程序的编译； 最后对论文进行了总结。客观的评价了本论文所作的工作和设计方案，对 门禁系统的技术发展趋势做出展望。 第 2 章 门禁相关技术 2.12.1 RFIDRFID 射频识别技术的介绍射频识别技术的介绍 自动识别技术是一种自动收集数据的技术，用收集相关的人或者物的信息 9 或数据，射频识别技术是众多自动识别技术中的一种。RFID 技术最常见的应用 就是通过一个识别号码（类似姓名）来惟一地识别一个物体、地点、动物或者 人。这个号码存储在附属天线集成电路中，IC 和天线一起被称为电子标签，电 子标签附属于要识别的物体、地点或者人。 射频识别（英文：Radio Frequency IDentification，缩写：RFID）是一种无 线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别 系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。 无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的 标签上传出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的 电磁场就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动 发出无线电波（调成无线电频率的电磁场） 。标签包含了电子存储的信息，数米 之内都可以识别。与条形码不同的是射频标签不需要处在识别器视线之内，也 可以嵌入被追踪物体之内。 RFID 系统一般是由电子标签和读写器组成，同时结合许多其他组件在现实 生活中也出现过，例如计算机、软件系统、无线设备和网络。所有这些组件和 电子标签以及读写器共同工作，组成了完整解决方案。典型的 RFID 系统由以 下两部分组成: 1)电子标签，即携带数据的发射器（如标签） 。位于要设别的目标表面或者 内部，一般由两个部件（如线圈或者微波天线）和一个电子芯片组成。根据使 用的电源可以把标签分为主动标签、半被动标签和被动标签，还可以个根据其 编码的数据进行进一步分为只读、读/写以及读/写/重写。大多数标签比一粒沙 子还小（即宽度小于 3mm） ，一般内部封有一个玻璃或塑料的模块。 2）读写器，即读取电子标签的数据和写入数据到电子标签的收发器（或阅 读器） 。许多读写都额外的接口，可以把收到的数据传送给另一个系统，如个人 计算机或者自动控制系统。 RFID 技术的最大优点就是减少了人工干预，可以在商业活动进行的过程中 自动收集数据，且收集数据不需要贴别的动作。这种自动操作提高了数据质量， 减少了数据采集的时间，具有实时地获取数据以及降低在低质量数据上的花销 的特点。因为无需打开物品包装盒就可以扫描货品来收集数据，RFID 还节约时 间和降低成本的好处。此外，它还可以实时获取详细的目录信息和实时监测货 物清单。 RFID 技术广泛应用于供应物流链管理、公共管理、人员管理、门禁控制、 交通领域、生产领域中。 10 2.22.2 基于基于 ARMARM 平台的嵌入式门禁系统的介绍平台的嵌入式门禁系统的介绍 2.2.12.2.1 ARMARM技术的介绍技术的介绍 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了 大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、 成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、 DSP 和移动式应用等。 ARM 将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和 OEM 厂商，每个厂 商得到的都是一套独一无二的 ARM 相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM 很快成为许多全球性 RISC 标准的缔造者。 目前，总共有 30 家半导体公司与 ARM 签订了硬件技术使用许可协议，其中 包括 Intel、IBM、LG 半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。 至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和 MRI 等一系列知名公司。 ARM 架构是面向低预算市场设计的第一款 RISC 微处理器。 主要产品介绍如下： ARM 提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产 品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行（理论上 如此） 。典型的产品如下。 CPU 内核 ARM7：小型、快速、低能耗、集成式 RISC 内核，用于移动通信。 ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品，将 ARM7 指令集同 Thumb 扩展组合在一起，以减少内存容量和系统成本。同 时，它还利用嵌入式 ICE 调试技术来简化系统设计，并用一个 DSP 增强扩展来改进性能。该产品的 典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。 ARM9TDMI:采用 5 阶段管道化 ARM9 内核，同时配备 Thumb 扩展、调试和 Harvard 总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达 ARM7TDMI 的两倍之多。常 用于连网和顶置盒。 体系扩展 Thumb:以 16 位系统的成本，提供 32 位 RISC 性能，特别注意的是它所需的 内存容量非常小。 嵌入式 ICE 调试 11 由于集成了类似于 ICE 的 CPU 内核调试技术，所以原型设计和系统芯片的 调试得到了极大的简化。 微处理器 ARM710 系列，包括 ARM710、ARM710T、ARM720T 和 ARM740T:低价、低能耗、 封装式常规系统微型处理器，配有高速缓存（Cache） 、内存管理、写缓冲和 JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。 ARM940T、920T 系列:低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有 Cache、 内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和 高档打印机。 StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技 术，与 DEC 联合研制，后来授权给 Intel。SA110 处理器、SA1100 PDA 系统芯 片和 SA1500 多媒体处理器芯片均采用了这一技术。 ARM7500 和 ARM7500FE:高 度集成的单芯片 RISC 计算机，基于一个缓存式 ARM7 32 位内核，拥有内存和 I/O 控制器、3 个 DMA 通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口; ARM7500FE 则增加了一个浮点运算单元以及对 EDO DRAM 的支持。特别适合电视 顶置盒和网络计算 机（NC） 。 2.2.22.2.2 嵌入式门禁系统概述嵌入式门禁系统概述 嵌入式门禁系统是基于计算机、电子和信息技术，以产品和设备为目标， 集硬件和软件于一体的专用系统。具有集成度高，实时响应速度快、维护和扩 展方便以及升级换代快等特点，广泛应用于实时性强以及系统对功能、可靠性、 功耗等技术指标严格要求的多任务体系。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件 设备、嵌入式操作系统及用户的应用程序几个部分组成，用于实现对其他设别 的控制、监控和或者管理等功能。随着嵌入式门禁系统的发展，对于功能不断 增强、应用范围日益广阔的嵌入式硬件，植入与之匹配的嵌入式操作系统，并 根据实际需要合理剪裁系统软、硬组件，既能充分发挥系统功能，有效提高系 统利用率，又能节省存储空间，有利于操作系统的移植和效率的提高。 由于嵌入式门禁系统是一种专用的计算机系统，所以嵌入式门禁系统的体 系结构也和 PC 的体系结构类似，主要包括硬件、操作系统和应用程序三部分。 如下图 12 图 2.1 嵌入式体系结构图 1）硬件 嵌入式硬件系统的核心是嵌入式处理器。在 PC 中，CPU 的体系结构几乎 是 x86 系列的天下。但是在嵌入式处理器领域，目前市面市面上流行的有上百 种体系结构和品牌的 CPU。其中 ARM、PowerPC、MIPS 等应用最为广泛。在 处理器方面，嵌入式门禁系统一般使用 SDRAM 作为内存，Flash 作为外村。显 然，嵌入式存储器的性能和容量是远远比不上 PC 中的 DDR 内存和硬盘的。下面 给出嵌入式门禁系统的硬件组成图 图 2.2 嵌入式门禁系统硬件组成图 13 2）操作系统 和嵌入式处理器类似，嵌入式操作系统的类型也比 PC 要丰富很多。嵌入式 操作系统用来管理中断处理、任务间通信、存储器分配和定时器的相应的软件 模块集合，对其要求通常有实时的作用，因此，嵌入式操作系统往往又是实时 操作系统。嵌入式操作系统中的美国河风公司的 Vxworks、微软的 Windows CE 都有功能强大，优越的性能，但是都是商业软件。而免费开源的 Linux 嵌入式 操作系统，在功能上和性能上并不逊色于以上的商业软件，因此在嵌入式领域 有着强大的生命力和发展前景。 3）应用程序 应用程序是执行系统功能主要的软件，是针对特定的实际专业领域的，基 于相应的嵌入式硬件平台，同时需要完成用户指定的预期任务的计算机软件。 它可以由一个任务来完成也可以由多个任务共同完成。嵌入式软件的特点如下 1）系统软件的高实时性是其基本的要求 2）多任务的实时操作系统成为嵌入式应用软件的必须条件 3）要求对软件实现固态化存储，因为一般完成设计的软件程序都需要打包 然后放在操作系统中，需要时就运行应用程序，一般不允许对其软件程序进 行 修改。 4）对代码的要求高质量、高可靠性。 14 第 3 章 基于 ARM 的门禁系统硬件系统优化 3.1 系统总体结构设计 3.1.1 系统设计的基本要求 作为一项先进的高科技技术防范手段，门禁系统在一些经济发达的国家就 已经应用于工业、科研、博物馆、商场、酒馆、医疗监护、监狱、银行等，由 于系统本身具有及时性、隐蔽性等特点，在许多领域的应用越来越广泛。门禁 系统既要处于技术的尖端，具有智能性、高可靠性、实时性，又要能符合实际 需要。本设计为面向实验室管理的小型门禁系统。 1.系统的实用性 门禁系统的内容应符合实际要求，不能华而不实。如果片面追求系统的超 前 性，势必造成投资过大，离实际需求偏离太远。 2.系统的实时性 如果门禁系统中任何一个关键系统出现错误或停机将直接影响到整个系统 的运作情况，因此，门禁系统各子系统应尽可能属于 Non-stop（不停机）系统， 以保证工作正常运行。 3.系统的完整性 一个完整的门禁系统是建筑整体形象的重要标志。功能完善，设备齐全， 管理方便是设计应考虑的一个因素。 4.系统的安全性 门禁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。另外，系统安全性还 应 体现在信息传输及使用过程中不易被劫取等方面。 5.系统的可扩展性 门禁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，即：可灵活增减或更新各子系统 ，满足不同时期的需求，保持长时间领先地位，成为智能建筑的典范。 6.系统的易维护性 门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。系统的运转真正做到 开电即可工作的程度。而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具。 门禁系统在设计时结合目前国内外的实际应用水平，使系统建成后能立即 得到充分的利用，采用合理的投资而得到最佳的效果。主要体现在三方面： （1） 在满足功能性和可靠性的前提下，初期的总投资要尽可能少。 15 （2） 系统运行后的管理和维护费用少。 （3） 系统在未来进行更改或搬迁以及改造升级时需要少量资金便可达成。 3.1.2 系统方案 基于 MF RC500ARM 门禁系统是以 ARM 读写器为核心，系统的总体结构 见图 3.1，再增加门锁继电器以及其他一些辅助器件而组成的系统8。系统的工 作原理是先由微处理器 AT89C52 控制 ARM 读写器读取非接触式 IC 卡的信号， 接着，AT89C52 根据所得数据输出四个开关量信号（门阀继电器有两个，分别 控制进出） ，经放大后分别用于控制门锁继电器和读取门磁信号，并且整个系统 与上位 PC 机之间进行通讯，获得指令以及传输系统状态等，最后，对系统的 辅助设备，如液晶屏、E2PROM 等进行操作。 4 4位位开开关关 量量输输入入 处处理理器器 A AT T8 89 9C C5 52 2 4 4位位开开关关 量量输输出出 E2PROM M MF F R RC C5 50 00 0 天天线线 液液晶晶屏屏 R RS S- -4 48 85 5 总总线线接接口口 看看门门狗狗 时时钟钟 P PC C机机 进进/ /出出门门磁磁信信号号 两两路路按按钮钮信信号号 锁锁触触点点 锁锁驱驱动动 通通讯讯灯灯 工工作作灯灯 图 3.1 系统的总体结构图 3.2 系统硬件模块分析 3.2.1 射频读写模块分析 从总体结构图 3.1 中可以看出系统的设计是基于 MF RC500 的射频读写模块。 鉴于 MF RC500 的高集成度和其独有的特性，所以，在设计时要严格遵守 MF RC500 的特性 6-9 。 （1） 工作电压要稳定在其适应的范围之内(见图 3.2)。 16 图 3.2MF RC500 电压特性 （2）电流消耗比一般情况下要大（见图 3.3） 。 图 3.3 MF RC500 的电流消耗 （3）在设计软件时，为了不致系统死机和损坏芯片，必须严格遵循芯片特有的 工作时序，同时要注意它的复位操作（见图 3.4） 。 图 3.4 MF RC500 的复位特性 17 3.2.2 其他部分硬件分析 鉴于整个系统用到的原件比较多且比较复杂，为了满足商业的需要和使用 的方便要遵循以下原则即系统的稳定性和正确性，元器件的小巧性和低成本。 （1）因为系统运行时一个整体，任何一个子系统出现错误或停机将直接 影响到整个系统的运行情况，因此为了保证工作正常运行，理论上门禁系统各 个子系统应尽可能的属于正常运行系统。但是实际运行过程中，系统不可避免 的会出现这样那样的意外，这些意外可能造成整个系统的“死机”，所以，以防 万一，系统中设置了看门狗电路。 （2）在电源与读写器的模块接口处要使用电感来稳定电源，以保证系统 的电源模块必须工作稳定，从而符合根据射频芯片的特性。系统的模拟地和数 字地必须分开以隔绝各个系统。 3.2.3 射频读写模块设计 系统主要由MCU、时钟芯片、MF RC500、液晶屏、看门狗以及RS485通信 模块组成。系统的工作方式是先由MCU 控制MF RC500 驱动天线Mifare卡，进 行读写操作，然后，根据所得的数据对其它接口器件，如液晶屏、E2PROM、 时钟芯片等，进行响应操作，最后，再与PC机之间进行通信，把数据传给上位 机。MCU采用89C52，是因为89C52开发简单，运行稳定。E2PROM 采用 24C64，用于存储系统的数据。24C64是串口操作方式，是一种性价比较高的存 储芯片。液晶屏采用带字库的ST7920，是因为它是并口操作方式的，操作方便。 时钟芯片采用DS1302。DS1302是Dallas公司生产的新型产品，内置电池，可连 续使用10 年，可以方便记录事件的发生时间。为了防止系统“死机”，使用 x5045作为看门狗。x5045是串口工作方式，内置E2PROM，可用来存储一些系 统参数。与上位机的通信采用RS485 通信模式，通信距离可以达到1000m左右。 整个系统由9V电源供电，再由稳压模块7805 稳压成5V的电源。由于7805的工 作热量很高，故在7805上安置一个散热片。 18 图 3.2 MF RC500 与 89C52 的接口电路 MF RC500是应用于13.56 MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。 该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56 MHz下所有类 型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持IS014443A所有的层。内部 的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线(100mm)。 接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于ISO14443A兼容的应 答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶 I:天线导体长度; D：天线导体宽度(必须介于 0.51.5mm 之间); N:天线导体圈数(三圈)。 (3) 天线耦合电路图见图 3.6。 图中电容 C23、C24、C26、C27(C2)的值是由天线的电感值决定的，并且需 要根据天线的形状进行调整。C2 电容值的大小严重影响读卡器的性能，也就是 影响读卡器的读写距离。不同类型的卡和不同的使用环境都将影响读卡器的性 能表现，使读卡器具有最好的性能表现。MF RC500 有一个引脚，当读写器发 出某一指令时，可以通过使用示波器观察该引脚的输出信号，不断改变卡与读 写器之间的距离和 C2 值，示波器将输出不同的波形，根据不同的波形即可确 定读卡器最好性能时候的 C2 值。 在本设计的非接触式 IC 卡读卡器中，C2 值见表 3.7： 表 3.7 C2 电容值表 电容值(pf) 24 C23150 C2418 C26150 C2722 3.4 RS485 通讯模块 3.4.1RS485接口 RS485 定义了一种平衡通讯接口，它允许在一条平衡线上同时接多个接收 器。它的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输。它使用一对双绞线， 将其中一条线定义为 A，另一条定义为 B 13 。 通常情况下，发送器 A,B 之间的电压在6-2V 表示逻辑0；在+2+6V 表示逻辑1，另外有一个信号地 C。在 RS485 中还有一个使能端 ENABLE；它 用于控制发送器与传送线 A, B 断开与连接。当 ENABLE 为0时，发送器处于 高阻状态并与平衡双绞线 A, B 断开；只有当 ENABLE 为1时，RS485 的发送 器才工作。接收器通过平衡双绞线将 A 与 B 分别对应连接，当接收器 A, B 之 间的电压在+200mV-+6V 之间时，输出逻辑1；在-6V -200mV 时，输出逻辑 0。RS485 可以实现点对多通信和多对多通信，并可同时接 32 个发送器和 32 个接收器。RS485 需要两个终接电阻接在传送总线的两端（在传送距离小于 300 米时可以不接） ，其阻值要求等于传送电缆的特性阻抗。本文中 PC 机与门 禁系统之间采用 RS485 接口实现点对多通讯，工作于半双工方式 15 。 读卡器在门禁系统中一般距离PC管理机比较远，而RS232只能用于短距离 通信，长距离都用RS485串行通信芯片，数据传输距离一般达到1200m。 RS485是RS422的子集，以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能 力。SP485R芯片管脚及互连电路见图3.7。 RS485收发器以半双工方式、单一 +5V电源工作，内部一个接收器R，一个驱动器D。 SP485R接口芯片是Sipex公 司的一种RS485产品，8个管脚DI