智能家居IC卡门禁系统的设计.doc

本 科 毕 业 论 文论文题目： 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师： 2010年5月摘 要摘 要智能家居的安防系统包括温度检测控制系统，消防安全报警系统，门禁控制系统以及视频报警系统。本设计主要讲述门禁系统的设计与应用，常见的门禁系统有:密码门禁系统，IC卡门禁系统，指纹识别门禁系统等。密码门禁系统由于安全性弱和便捷性差已经面临淘汰 ，指纹识别门禁系统安全性高,但由于成本高等问题而没有得到广泛的市场认同。现在流行和通用的是IC卡门禁系统，IC卡由于其较高的安全性、便捷性和性价比成为门禁系统的主流，本文介绍的环保型IC卡门禁系统主要通过ATmega8对其进行控制，然后通过RS485总线与控制中心进行数据通信，提高了系统的集成性、稳定性和准确性。本文首先对课题研究的意义和目的进行了阐述，然后进行可行性分析论证并设计。关 键 词： 门禁系统；读卡器；信息识别 ；RS485总线1ABSTRACTABSTRACTSmart home security systems include temperature measurement and control system, fire alarm system, access control system, and video alarm system.The paper maily talk about the design and application of the access control system,there are many common access control systems,such as password access control system,IC card access control system,and fingerprint recognition access control system.Password security access control system has been phased out because of its weakness in safety.Fingerprint access control system is very safe, but because of its high cost problems make it not been widely accepted by the market. Now IC card access control system is popular and versatile for it is a high security, convenient and cost-effective access control system. This article describes the environment-friendly IC card access control system ，and it was controled by Atmega8.Then it transport the information to the control center through the RS485 data bus .Except that it also improve the integration, stability and accuracy of the whole system.The paper explain the meaning and purpose of the research at first,and then conduct the feasibility analysis and apprasial of the design.KEY WORDS: Access control system;Card reader; Information recognition; RS485 bus 目 录绪论目 录1.绪论11.1.门禁系统的简介11.1.1.门禁系统的发展11.1.2.门禁系统的构成11.2.课题研究的背景11.3.课题研究的目的和意义22.系统的概述及方案论证32.1.门禁系统的分类比较32.2.系统的概述及结构32.3.功能要求及分析42.4.门禁系统的设计原则52.5.系统的方案论证53.系统的硬件设计及实现73.1.门禁系统的原理分析73.1.1.门禁系统的原理框图73.1.2.门禁系统的工作原理73.2.门禁系统的硬件电路83.3.主控芯片：ATmega893.4.门禁管理系统的组成设备及选型103.5.IC卡的分析123.6.IC卡的原理133.6.1.复位133.6.2.写位143.6.3.字节擦除143.6.4.计数方法153.7.3x4行列式键盘163.7.1.CPU判断是否有键按下163.7.2.查询按下键所在的行列位置163.7.3.键的抖动处理163.8.字符型LCD显示模块164.通信方式174.1.RS485总线的简介174.2.RS485总线的发展174.3.EIA RS-485标准174.4.RS485性能介绍185.软件系统设计215.1.系统总体理论设计方框图215.2.IC卡验证及显示程序235.3.液晶显示与键盘扫描程序245.3.1.液晶显示程序（主要部分）245.3.2.键盘扫描程序255.4.EEPROM读写程序266.系统调试296.1.系统调试分析296.2.门禁系统中可能出现的故障及解决方法297.总结与展望317.1.总结317.2.展望31致谢33参考文献35即可）：3系统的硬件设计及实现1. 绪论1.1. 门禁系统的简介门禁，又称出入管理控制系统。是一种管理人员进出的数字化管理系统。随着智能化、数字化信息社会的到来，“卡”已逐渐深入到了人们生活的方方面面，人们正在一步步地适应着卡，也渐渐地离不开卡。卡是实现智能化管理和自动化管理工作的一种重要手段。在需要控制人员出入情况的场所，比如人员阶段性流动大的实验室，宾馆的客房，有特殊需求的保密部门等等，如果使用卡开启门，代替传统的出入证和钥匙，就能使管理工作实现自动化、智能化。不但用者方便，管理者也方便，而且工作效率和安全性都可以大大地提高。本设计介绍的环保型IC卡门禁系统就是一个安全、可靠的电子门锁系统。使用该系统，可以方便地管理和控制应用场所的人员进出情况，验明出入人员的身份和出入权限。在IC卡应用日益广泛的今天，IC卡门禁系统以其门禁管理的安全、可靠、高效、灵活、方便，已逐步取代其他现有各类门锁，成为目前门禁系统的主流方式1。1.1.1. 门禁系统的发展门禁系统属于智能家居弱电系统中的一种安防系统，它作为一种新型现代化的安全管理系统，集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，能有效地确保人们生命和财产的安全。 1.1.2. 门禁系统的构成智能家居的门禁系统主要包括以下几个单元：身份识别单元、处理与控制单元、电锁与执行单元、传感与报警单元、线路及通讯单元、管理与设置单元；通过这几个单元模块的综合运用，来实行智能家居IC卡门禁系统的各项功能。1.2. 课题研究的背景改革开放以来，人民的生活水平有了很大的提高，居住条件得到很大改善，居民住宅的建设标准逐步提高，人们对住房的要求不再仅局限于房屋的面积、装修、周边环境、交通等硬件条件上，而是把目光放在了家居智能化、数字化、人性化等这些能够给用户生活方式带来增殖服务的领域。住宅小区的智能化是以信息传输通道（可采用宽带接入网、现场总线、有线电视网与电话网等）为物理平台，连接各个智能化子系统，通过物业管理中心的管理向住户提供多种功能的服务，它是将高科技领域中的产品与技术集成到住宅小区的一种系统3。而门禁系统作为智能家居安防系统中的一个重要组成部分，也进入了一个新的发展时期。智能门禁系统传统的理念、技术、管理都发生了很大变化，新技术、新产品不断的被采用，市场容量也不断扩大，Internet技术更是推动了门禁系统的标准化和数字化。本设计就是围绕智能家居中的IC卡门禁系统展开，构建一个舒适、安全、和谐的生活空间，满足现代人们生活的要求。1.3. 课题研究的目的和意义智能化门禁系统作为智能家居安防系统的一个重要组成部分，不仅可以取代传统的钥匙及人工出入登记的功能，更是多元化的管理工具，一套功能齐全的的智能化门禁管理系统，可以透过简单的预定操作程序，对公共场所的出入口实行计算机管理，从而建立起有序化的管理机制与模式。对内管理，它可以随时控制不同人员的出入区域及出入时间并记录各种人员的出入情况为各种管理机制提供严谨的手段和详实的数据；对外管理，可以礼貌的拒绝不速之客，有效的保护控制区域内各项财产不受非法侵犯，维护区域内正常的秩序10。2. 系统的概述及方案论证2.1. 门禁系统的分类比较门禁系统根据其使用方式的不同，主要分为以下三类：1） 密码门禁系统：本身的安全性弱和便捷性差；2） 生物识别门禁系统：安全性高，成本高；3） IC卡门禁系统：安全性高,便捷，性价比高，是门禁系统的主流。本文主要介绍的是IC卡门禁系统的设计方案。2.2. 系统的概述及结构门禁系统主要由前端信息识别部分、管理控制部分、传输部分、执行机构等几部分构成。其中前端识别方式主要有密码、卡片、生物特征、以及复合方式等，相应的设备称之为密码识别器、卡片读卡器、指纹识别器、复合识别器等，选择时依据安全度、可靠性、方便性等因素决定。管理控制部分主要有单门控制器、双门控制器等。本设计选单门控制器。传输部分一般从信息安全性角度考虑，控制器和读卡器之间采用RS232方式通信，控制器至上位机机之间采用RS485方式进行通信。系统的工作流程图如下2-1所示：图2-1 系统的工作流程图智能家居中的门禁系统的整体实物图如下2-2所示: 图2-2 门禁系统实物图 门禁系统的刷卡装置图如下2-3所示： 图2-3 门禁系统刷卡装置图2.3. 功能要求及分析1） 可采用刷卡或刷卡加密码方式控制人员进出；2）联网实时监控和记录门开关情况，可随时查阅门禁系统的历史记录；3）系统在使用非法卡片、遭遇破坏等意外时报警；4）语音提示报警功能；5）系统具有很好的扩充性，可与红外线探头、温感探头等设备连接；6）可通过软件遥控开/关某个或全部门；7）控制器和读卡器采用RS485通讯方式，方便集中管理；8）高度自检功能，典型故障可反馈主机，便于维修人员及时排除；9） 用户密码功能与多卡开门功能，即系统除了可以单独用卡进门外，对于特殊门控制点，可通过采用带密码的读卡器实现读卡加密码开门的双重保安功能或者设置多卡刷卡后才可开门的方式，保证对高安全性场所的控制；10）出入等级控制，系统可以根据出入等级对卡片的使用时间、使用地点进行设定，非属于此等级之持卡者被禁止访问；11）联动控制，系统可以通过硬件触点连接或通过网状与闭路监控，防盗及消防报警系统实行联动控制；12）操作人员依据自己的权限在控制主机上进行各种操作，如开门/关门，查看某一被控区域门态情况，授权卡或删除卡等。2.4. 门禁系统的设计原则门禁系统的设计原则主要包括以下几个方面：1)先进性：采用当前先进的技术和成熟的设备；2)安全性：人员出入的安全性，门禁系统控制区域的安全性及数据的安全性；3)实用性：合理配置和选取适当的产品型号，使整个系统稳定、可靠和成本最 省；4)方便性：完善的系统管理，软件操作清晰，管理人员和持卡用户应能方便地 使用系统；5)可扩展性及易维护性：系统在容量和功能上应考虑用户将来的需求增长，可 以随意地增加新的设备或新的系统，并保证使用的一致性；6)开放性：为保证各系统协同运行，同时考虑到用户的长远利益，系统必须是开放系统；7)稳定性：保证在恶劣环境中能长久的运行。特别是在紧急情况之下也能稳定操作。2.5. 系统的方案论证 通过对本设计控制系统各方面知识的收集、整理和不断地深入学习理解，以及对课题控制系统充分地介绍说明的基础上，根据课题设计要求及目前智能家居门禁系统的发展状况，对该系统采用总线技术与单片机联合控制，进行了系统的方案验证15。本设计的方案分析如下：A. 可行性分析：1) 功能可行性分析：采用最新的感应探测技术，串口通信技术以及计算机自动控制技术完全能实现其功能。2) 系统可靠性分析：本设计采用计算机联合控制，实时性，准确性得到保证，传输信息途中也不会出现失真。3) 系统的可维护性：系统采用先进控制方式，大大降低了工程成本，而且可维护性增强。B. 技术性分析：1) 总线技术：总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现，是自动化技术发展的热点之一。因其具有数字化、开放性、分散性以及对现场环境的适应性等特点而使其功能强大，应用广泛。2) 计算机控制技术：采用计算机对外界获取的信息进行对比处理，精度高，速度快，抗干扰能力强，能满足人们的要求。本次设计的控制系统中主要控制器必须满足系统的可行性、可靠性、可扩展性、可维护性等要求。而综合上述方案论证，总线联合单片机的控制既能很好地满足其性能要求，并能很好的实现智能家居的安防功能，而且经济、安全、方便实用。本文就是基于以上所介绍的单片机控制技术的诸多优点而设计的。同时，在后续的设计中将综合考虑控制系统的技术性能。33. 系统的硬件设计及实现3.1. 门禁系统的原理分析3.1.1. 门禁系统的原理框图IC卡门禁系统分为三大部分：其一、是读写器部分，包括MCU、复位电路、时钟电路、显示电路、键盘、数据存储等主控模块及非接触IC卡读写模块和电锁驱动部分；其二、是中央控制电脑的软件管理系统模块；其三、是中央控制电脑与读写器之间的数据传输模块；本设计采用RS485方式进行通讯,连接PC机和单片机，可以实现数据传送。非接触式IC卡门禁系统工作原理框图如图3-1所示：图3-1门禁系统工作原理框图 复位电路数据存储电路时钟电路主控MCU单片机传输模块RS485MCM500模块电锁天线控制中心键盘液晶显示出门按钮射频卡3.1.2. 门禁系统的工作原理该系统使用感应式IC卡，需凭已授权的感应卡进入，持卡人只要将卡片在读卡器附近（3-10厘米）前感应一次，读卡器就能感应到卡，验证卡片中的数据（密码，感应卡内码只读，不易复制、安全可靠）并将卡中的信息发送到控制器，由控制器瞬间自动识别此信号，判断卡片和本次操作的合法性，如果全部符合要求，控制器将启动电子门锁。如果持卡人没有通行权限时，控制器将拒绝开门，并可报警。如强行进入或开门超时，系统将自动将报警信号传至主控电脑，由保安人员处理。从而达到禁止不具合法权限人员进入的目的，大大提高了单位或部门的安全性。如果卡片不慎丢失，只要在控制器或主控电脑的软件中将该卡片注销，则该卡片不再具有开门权限。系统通过电脑进行实时监控，并可根据电脑发指令开/关所有的门，实时查看所有门的状态，采用总线控制方式，现场控制模块之间采用RS-485总线通信，与系统工作站之间采用RS-485/RS232转换器，现场数据传送到多媒体计算机中。3.2. 门禁系统的硬件电路在Atmega8单片机的基础上，外围增加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及LCD显示电路等，构成了门禁系统的控制电路。图3-2系统硬件原理图 3.3. 主控芯片：ATmega8ATmega8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高档单片机。在AVR类型单片机中，Atmega8是一种非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备AVR高档单片机MEGA系列的全部性能和特点。Atmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的8位单片机。AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU（算术逻辑单元）直接相连，实现了在一个时钟周期内执行一条指令同时访问（读写）两个独立寄存器的操作。这种结构提高了全码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此，Atmega8可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。Atmega8的部分主要性能如下： 高性能、低功耗的8位AVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构 130条功能强大的指令，大多数为单周期指令 32个8位通用工作寄存器 工作在16MHz时，具有16MIPS的性能 片内集成硬件乘法器（执行速度为2个时钟周期） 片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器 8K字节的Flash程序存储器，擦写次数：10000次 支持可在线编程（IPS）、可在应用自编程（IAP） 带有独立加密位的BOOT区，可通过BOOT区内的引导程序区（用户自己写入）来实现IPA编程。 512个字节的EEPROM，擦写次数：100000次 1K字节内部SRAM 可编程的程序加密位 特殊的微控制器性能 可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路 内部集成了可选择频率（1/2/4/8MHz）、可校准的RC振荡器、外部和内部的中断源18个 最多23个可编程I/O口，可任意定义I/O的输入/输出方向；输出时为推挽输出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载；输入口可定义为三态输入，可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻 宽工作电压：2.7V5.5V（Atmega8L）本系统使用Atmega8作为主控芯片，主要作用为：使用其I/O口读写IC卡内的全部信息，并将卡内的全部信息存储在Atmega8的EEPROM内，存储地址为EEPROM（0497）；然后验证插入的IC卡是否允许通行，可通行则绿灯亮;验证输入的登录密码是否与EEPROM（地址为：504511）内存储的密码相同；检测3x4键盘是否有按键按下；将各类信息显示到液晶显示屏上，以进行人机交换操作。3.4. 门禁管理系统的组成设备及选型 门禁管理系统由报警器、电铃、门禁控制器、转换器、读卡器、电控锁、按钮、门磁、电脑、门禁专用电源等组成。门禁管理系统结构框图如图3-3所示： 图3-3 门禁系统框图1）门禁控制器门禁系统的核心部分，相当于计算机的CPU，它负责整个门禁系统输入、输出信息的处理和储存、控制等，负责发出开锁指令给电锁。本系统采用PR 210NT门禁控制器，它主要以RS485（1200M以内）协议传输信息，需配上通信转换器RS485-RS232，它是安装在现场的一个直接数字控制器(DPU)。其数字输入接口连接现场读卡器，数字输出接口连接现场被控设备如电控锁等联动设备。每个控制器可以连接多个读卡器、按钮、电控锁、门磁等，但一台感应读卡器占一个数字输入接口。门禁控制器通过RS-485总线与其它门禁控制器相连。2）门禁读卡器通过刷卡来控制开门（也可以是一个数字键盘，输入密码控制开门），读卡器就能感应到卡并将卡中的信息发送到控制主机。感应卡内码只读，不易复制、安全可靠、寿命长（非接触读卡方式使用卡的机械磨损几乎为零）。本系统采用的MAK-A01门禁读卡器采用最新的读卡模块及高性能 MCU 开发而成的门禁读卡器，由于应用先进数码处理技术，读卡速度更快（小于100ms），错码率几乎为零。为兼顾室内外的应用，读卡器内部采用密封胶固化保护，防潮防尘防水，是门禁系统室外应用的理想选择。3）电控锁智能坚固型电插锁EPL-600断电自动上锁、锁体含机械设计，可使用锁匙或紧急开门可防外力破坏、双重电流保护、内置反向突波保护功能。4）转换器本系统采用SB485C是一款通用级USB/RS-485/422转换器,无需外加电源,接口采用自适应技术设计,无需开关设置,既可支持RS-232/RS-485双向转换亦可支持RS-232/RS-422双向转换。USB485C采用袖珍型外形设计,配有可插拔接线端子,安装简便、轻巧，此外,其接口采用了预加重技术设计,具有很强的驱动能力,即使在115200bps速率时,通信距离亦能超过1800米。5）门磁开关门磁开关在系统中用来检测门的开/关状态。门磁开关与门禁读卡模块相连，其状态通过RS-485总线传到中央控制器，门磁MC-58特点是抗振性强。6）专用电源专用电源负责对门禁读卡模块、电控锁提供电源，有短路保护功能，电源中配有备用电池，平时通过交流电源对电池进行悬浮充电，电池充足电量后，自动停止对电池的充电。停电的情况下，备用电池自动投入，保证系统正常工作。门禁管理系统图如下3-4所示： 图3-4 门禁管理系统图3.5. IC卡的分析IC卡实质是一个带串行输出的128位的EPROM，片内的前64位已经写了保护，在生产时已经编程而且其熔丝位已被加密，所以无法更改片内的数据。一般IC卡的引脚如图3-5所示：1:Vcc-电源=5V 2:Reset-复位 3：Clock-时钟 4：NC-空5：GND-地 6：NC-空 7：I/O-数据 8：NC-空 图3-5 IC卡引脚图IC卡一般采用8脚封装和6脚封装，如果采用6脚封装的则无下面两个空脚。它的存储单元分布：64位EPROM（8字节）写保护区、芯片数据代码区、发行商数据代码区，40位EEPROM（5字节）预置值计数区24位为1（3字节）共16字节数据，如表3-1所示： 表3-1 IC卡存储单元分布图 字节位地址二进制数据注释11- - - - - - -8xxxx xxxx国家代码区29- - - - - - -160010 1111317- - - - - - 24xxxx xxxx写保护区（数据代码区，发行代码）425- - - - - - 32xxxx xxxx533- - - - - - 40xxxx xxxx641- - - - - - 48xxxx xxxx749- - - - - - 56xxxx xxxx857- - - - - - 64xxxx xxxx965- - - - - - 72xxxx xxxx 计数代码区1073- - - - - - 80xxxx xxxx1181- - - - - - 88xxxx xxxx1289- - - - - - 96xxxx xxxx1397- - - - - -104xxx xxxx14105- - - - - 1121111 11110FFH15113- - - - - 1201111 111116121- - - - - 1281111 11113.6. IC卡的原理3.6.1. 复位要使地址计数器复位“0”，先让Reset复位端由“0”变成“1”，然后跟着一个Clock脉冲从“0”变成“1”再降回“0”电平，Reset复位端再至“0”，把Clock脉冲包住，随着Reset端变低，地址0单元的数据从I/O上输出。对应 Clock端的每个脉冲，其上升沿使地址计数器增加。其下降沿使被选通地址单元的数据从I/O上输出。地址计数器增加到127后返回到0，如图3-6的时序图所示： 图3-6 复位时序图3.6.2. 写位在Reset和Clk端均为低的情况下，如果某地址单元允许写操作（64-103位，且该位必需为1），则Reset端上的一个脉冲（即从低到高再回低）将允许芯片进行位写操作。在紧跟着的时钟脉冲期间执行写操作，调整写操作维持时间至少10ms,在这个CLK脉冲期间，地址计数器不会增加，在CLK写脉冲下降沿，数据0从I/O端输出。从Reset脉冲的上升沿到CLK写脉冲的下降沿期间，I/O端的数据是无效的。在下一个CLK脉冲，且Reset为低时，地址计数器又增1，并在下降沿时，把选通的地址单元的数据送到I/O端。如图3-7的时序图所示： 图3-7 写位时序图3.6.3. 字节擦除对位地址72-103的字节单元来说，只要在每个字节的前面一位进行一次正常的写操作，就可以对此字节后一字节进行字节擦除操作。也就是说，每向高一字节进行借位（即写一位0），紧接着的擦除时序可以对后一字节按字节擦除（即整个字节写1）。被擦除的字节总是比借位写的字节低一字节。从以下时序图可以看出，首先，完成一个“位写”操作，在CLK的写脉冲结束后，在CLK为低电平时，在发一个Reset脉冲即启动字节擦除操作。在第二个CLK脉冲完成字节擦除，脉冲维持时间整定为擦除周期时间（至少1ms)。芯片逻辑控制电路验证了借位写确已完成从“1”写“0”后，才擦除其低位字节。从Reset的上升沿到擦除操作的CLK脉冲的下降沿，I/O脚上的数据无效。地址计数器仍然停留在借位写的地址上。如图3-8的时序图所示： 图3-8字节擦除时序图3.6.4. 计数方法在67-103地址单元中分为5个不可重置8单元计数器，芯片初始化时，72-103地址单元所对应的4个较低的8单元计数器中可以放0到8个“1”而67-71地址单元所对应的第5个计数器可以放0到5个“1”。所谓计数一次，就是将一个单元从“1”写成“0”。一个计数器中8位全为“0”后，要计数，需借位操作，即将高位计数器的一位从“1”写成“0”而相应其低位计数器整个字节从“0”擦除成“1”。可见4个8单元计数器如此逐一递减，其最大计数为8的4次方为4096。第5个计数器中5个单元因处在最高位只能被写“0”无法擦成“1”。因此只能计数5次。故芯片总计数为5X4096=20480。当预置总值为1000units时，IC卡的计数方法如表3-2所示：表3-2 IC卡计数方法图 Byte9 Byte10 Byte11 Byte12 Byte13000000 00000001011111110001111100000000（3）octal （6）octal （7）octal （1）octal （2）octal Value=0*84+ 1*83 +7*82 +5*81 +0*8 3.7. 3x4行列式键盘 本系统使用3x4行列式键盘控制门禁系统，从左到右（从上到下）分别为：按键“1”， 按键“2”， 按键“3”， 按键“4”， 按键“5”， 按键“6”， 按键“7”， 按键“8”， 按键“9”， 按键“0”， 按键“取消”， 按键“确定”。键盘输入信息的主要过程如下：3.7.1. CPU判断是否有键按下首先单片机向列扫描口PD0PD2输出全为0的扫描码F0H，然后从行检测口PD4PD7输入行检测信号，中要有一列信号不为1，即PD口不为F0H，则表示有键按下。3.7.2. 查询按下键所在的行列位置单片机将得到的信号取反，PD4PD7口中的位便是按键所在的列，确定行位置原理相同。3.7.3. 键的抖动处理当用手按下一个键时，往往会出现所按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也会出现类似的情况这就是键抖动。抖动的持续时间不一，通常不会大于10ms。若抖动问题不解决，就会引起对闭合键的多次读入。解决键抖动最方便的方法就是：当发现有键按下后，不要立即进行逐行扫描，而是延时10ms后现进行。由于键按下的时间持续上百毫秒，延时后再扫描也不迟。3.8. 字符型LCD显示模块液晶显示器以其微功耗、体积小、重量轻、超薄型等诸多其他显示器件无法比拟的优点，在袖珍式登记表和低功耗系统中，得到越来越广泛的应用。本系统使用液晶显示模块作为人机交换界面显示，采用四线接法，大大节省了单片机的I/O口。94通信方式4. 通信方式4.1. RS485总线的简介随着计算机技术、网络技术和数字技术的发展，需要解决多级站、远距离通信。RS485总线的远距离、多节点、设备简、成本低的优点，使其在许多领域得到了广泛的应用。本设计主要采用的通信方式也是RS485通信方式。4.2. RS485总线的发展RS-232, RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业防会(EIA)制订并发布的，RS-232被命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收，RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加发送器驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-232, RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或防议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信防议。4.3. EIA RS-485标准在RS-422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS-485总线标准。其采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，RS -485的远距离、多节点(32个)以及传输线成本低的特性，使得EIA RS-485成为工业应用中的首选标准。具体规格要求:1) 接收器的输入电阻；2) 驱动器能输出7V的共模电压；3) 输入端的电容簇50Pf；4) 在节点数为32个，配置了120 SZ的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)；5) 接收器的输入灵敏度为200Mv（ 单片机通过RS485总线，再经过MAX487芯片进行高低电平转换，从而将信息传送给控制中心。RS485总线与单片机的接口电路如下图4-1所示：图4-1 单片机与总线接口电路35. 软件系统设计5.1. 系统总体理论设计方框图本系统最主要的部分是软件，所有的控制都是由单片机程序控制实现。上电开机后，LCD显示器显示用户卡的信息；然后门禁系统进入等待状态，等待期间不断检测是否有卡插入或按键按下，若有卡插入则验证该卡，若有键按下，在输入正确密码后进入设置菜单。整体操作流程图如图5-1所示：YESYESYESYESYESNONOYESNOYESNOYESYES开门(绿色LED灯亮)检测是否有卡插入有卡插入检测是否已取出卡NO检测是否按下确定NO确定是否允许该卡进入验证程序检测是否按下取消检测是否有键按下有键按下检测密码是否正确NO进入设置菜单退出增加新IC卡删除已有IC卡修改登录密码检测机内是否有该卡信息增加或删除该卡输入新密码再次输入新密码检测两次输入密码是否相同NO门禁系统 （等待状态）退回主程序门禁系统 （等待状态）返回设置菜单退回主程序门禁系统 （等待状态）NO 图5-1 整体操作流程图5.2. IC卡验证及显示程序当系统检测到有IC卡插入时，CPU Atmega8首先将IC卡内的全部数据读出并存储在数组IC_Codes_816内，然后将数组与预先存储在EEPROM中的IC卡数据作比较，如果全部数据相同则表示该卡允许放行，以绿灯提示，按下确定键即可。否则则不允许放行，部分程序如下：void Read_Card ( void ) / 读卡程序（读取IC卡内的数据） unsigned char I = 0 , j = 0 , k = 0 , / 循环用变量 IC_Codes_2128 = 0 ; / IC卡内128bit数据 for( i = 0 ; i 16 ; i+ ) IC_Codes_8i = 0 ; / 上次读卡的全局变量数据清除 Reset_0 ; / IC卡复位 CLK_0 ; delay_nms(10) ; / 延时10ms Reset_1 ; / 为使地址计数器复位到0，先让Reset端变高。 delay_nus(8) ; / 紧跟着一个Clock脉冲（从低到高再降到0）， CLK_1 ; / Reset重新变低，把Clock脉冲包住。随着Reset delay_nus(44) ; / 端变低，地址0单元的数据从I/O上输出。对应 CLK_0 ; / Clock端的每个脉冲，其上升沿使地址计数器增加。 delay_nus(8) ; / 其下降沿使被选通地址单元的数据从I/O上输出。 Reset_0 ; / 地址计数器增加到127后返回到0。 delay_nus(5) ; if ( ( PINB & 0x02 ) = 0 ) IC_Codes_20 = 0 ; / 读取IC卡地址0的数据（数据为0时） else IC_Codes_20 = 1 ; / 读取IC卡地址0的数据（数据为1时） delay_nus(27) ; / 延时27us for ( i = 1 ; i 128 ; i+ ) CLK_1 ; delay_nus(40) ; / IC卡时钟脉冲 CLK_0 ; delay_nus(20) ; if ( ( PINB & 0x02 ) = 0 ) IC_Codes_2i = 0 ; / 读取IC卡地址1127的数据（数据为0时） else IC_Codes_2i = 1 ; / 读取IC卡地址1127的数据（数据为1时） delay_nus(20) ; for( i = 0 ; i 16 ; i+ ) / 将128bit 数据按顺序转换成16个字节 for ( j = 0 ; j 8 ; j+ ) / 把16个字节存储到数组IC_Codes_816 IC_Codes_8i |= ( IC_Codes_2k 4 ) ; LCD_en_write() ; / 调整位置后写高四位数据 LCD_DATA_PORT &= 0Xf0 ; / 初始