孙守泽论文终稿

兰州交通大学毕业设计（论文）摘 要随着非接触式IC卡技术的推广运用，当代社会各个行业的许多部门都引进了IC卡智能管理系统，以此来提高管理水平，降低管理成本。智能住宅小区一卡通管理系统的运用，可以提高物业管理的效率，减少物业管理人员。通过一卡通系统，加强对人、财、物的有效监控和管理。因此,研究智能小区一卡通系统有着非常重要的意义。论文首先对智能住宅小区一卡通系统的研究和发展现状行了介绍，并根据发展现状探讨了智能住宅小区一卡通系统的设计方案。其次着重研究并设计了智能小区门禁系统的软硬件系统，系统采用了模块化的硬件设计，程序也相应进行模块化结构设计。利用proteus软件绘制硬件电路图并进行硬件系统仿真。论文以STC89C52单片机和mifare读卡模块为核心，结合继电器、蜂鸣器等电子器件设计制作了智能小区门禁系统硬件实物图。最后按照系统设计要求对制作的门禁系统进行了软硬件调试，实现了门禁系统的基本功能。论文分析了智能住宅小区一卡通系统的组成原理，研究了门禁系统的实现方法，设计制作了门禁系统的硬件电路。对一卡通门禁系统的设计有一定参考价值。关键词：一卡通；STC89C52单片机；门禁系统- I -AbstractWith the promotion and apply of science and technology, at present in order to improve the management level and reduce the management cost, many departments of various industries introduce IC card intelligent management system, the application of IC card management system for intelligent residential district can improve the efficiency of property management, and reduce property management personnel. Through the IC card system, the effective supervision and management of people, personal belongings and material can be strengthened. So research on intelligent IC card system has very important significance. First of all, thesis introduces the development and research of intelligent IC system of residential district, It designs the scheme of intelligent residential district IC card system according to the current situation of the development. Then thesis especially research and design the software and hardware of access control system of intelligent residential district, modular design is adopted in both hardware and software of the system. Hardware circuit diagram is drawn by proteus software and hardware system is simulated by proteus. Next it takes STC89C52 microcontroller and mifare card read module as the core and uses relay, buzzer and other electronic devices to design and realize the software and hardware system of access control system of intelligent residential district. Finally, according to the system design requirements for hardware and software debugging of access control system, The basic functions of access control system can be achieved.Thesis analyzes principles of intelligent IC system of residential district and introduces the realization method of access control system, design the hardware circuit of access control system as well. It has some reference value toward card access control system.Key Words: One-Card, STC89C52 single-chip, Access control system- IV -目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 论文的选题背景和研究意义11.2 国内外研究和发展现状11.3 论文主要研究内容22 智能小区一卡通系统设计42.1 系统方案设计42.2 系统实现原理52.2.1 电源模块52.2.2 停车场管理系统52.2.3 消费管理系统62.2.4 巡更管理系统62.2.5 门禁管理系统72.3 非接触式IC卡82.3.1 非接触性IC卡内部分区及功能特点82.3.2 非接触性IC卡内部结构及组成83 门锁管理系统设计93.1 系统硬件原理93.2 各模块硬件原理图设计103.2.1 单片机控制模块103.2.2 电源模块103.2.3 液晶显示器113.2.4 门锁控制模块123.2.5 声光报警模块133.2.6 读卡模块133.2.7 门禁系统硬件电路图154 门禁系统软件设计164.1 系统主程序设计164.2 液晶显示程序设计174.3 读卡器读卡程序设计174.4 读卡处理程序设计185 系统调试205.1 调试流程205.2 测试结果21结 论22致 谢23参考文献24附录A 门禁系统电路图25附录B 硬件系统仿真图26附录C 系统主程序27兰州交通大学毕业设计（论文）1 绪论1.1 论文的选题背景和研究意义随着科学技术的发展、生活水平的提高以及现代都市节奏的加快，无论在工作上还是生活上，人们都越来越追求的更方便、更实用、更快捷、更安全的方式。在人们的身边出现的各式各样的智能卡，正在替代一些传统的现金、钥匙、票证、纸卡等。这些智能卡的出现确实大大的方便了人们的工作和生活。作为现代化的智能小区更加需要功能齐全、使用方便、安全性好的智能卡来配合整体智能化的实现。因此智能住宅小区一卡通应用而生。智能化小区是智能建筑的一种。是近年来产生并迅速崛起的一种新型住宅，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代高科技的完美结合。智能小区为住户提供了一种更安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化空间。同时，它依靠高科技实现了回归自然的环境氛围，促进了优秀的人文环境发展，并依托先进的科学技术，实现小区物业运行的高效化、节能化和环保化。它不仅已经成为一个国家经济实力和科技水平的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。智能小区最主要的特征在于“智能化”，在于它所采用的诸如多元信息处理、传输、监控、管理以及系统集成等一系列高新科技、实现“以人为本”的建设思想和可持续发展的最终经济目标。住宅小区内部的智能化管理手段一卡通智能管理系统的运用，可以提高物业管理的效率，减少物业管理人员，成为各住宅小区走向科学化、智能化管理的良好途径。通过智能一卡通系统，实现了小区住户的出入控制、消费、物业管理费用的交纳，加强对人、财、物的有效监控和管理，提高了资源的共享率。现阶段工程中应用的一卡通，是一种基于各系统软件集成意义上的系统工程。为满足业主的需要，将诸如门禁、停车场、消费、缴费等有各自独立设备和软件的单项智能化系统组合在一起，安装在某一区域，因为每人持有一张卡片，即可实现开门、进出停车场、购物、缴纳各项费用等。1.2 国内外研究和发展现状智能住宅的发展几乎与智能大厦同步。早在1979年，美国斯坦福研究所就提出了在建筑物内将家用电器、电气设备的控制线统一为家庭总线的概念。之后，在美国成立了现代住宅研究会，专门从事这一领域的研究。1983年，美国电子工业协会开始制定家庭电气设计标准。1984年，美国住宅建筑者协会成立了现代住宅开发公司，开展在有关基础性研究工作，并在1989年推出了将电力供应、空调控制和数据通讯合成为整体的布线系统示范单元。在这期间，智能住宅(Smart Home)的概念在欧美等发达国家得到了广泛认同和发展。欧洲在1986年把集成化的家庭系统研究列为尤利卡计划，大力进行研究。在20世纪80年代，欧洲电气标准化委员会制定了家用数字总线标准，进一步规范化了智能住宅技术标准。日本在80年代初即大力推进家庭电子化。在80年代中期，将家用电器、保安设备、通讯设备功能综合后，提出了家庭自动化的新构想。1988年，日本建立了住宅信息化促进会，主要开展家庭总线技术的研究，并且公布了总线标准。近年来为了大型住宅小区的需要，又提出了超级家庭总线系统的概念。1996年，日本推出多媒体技术引入智能住宅，并取得重要研究成果。与国外相比，我国的智能住宅系统研发工作起步较晚，1997年国家提出了智能小区的设计要求，通过多年的发展，技术已经相当成熟。智能小区在国外实际上更趋向于使用智能家居这样的概念，在国内智能小区是智能家居系统运行的一个基础平台。近年来，我国智能小区建设有了迅猛发展，各地房地产开发商所开发的住宅小区智能化项目普遍受到购房者的青睐。目前，国内已经陆续出现了一些科技含量较高、实现了真正意义上的智能化的小区，其中不乏具有国际水平的杰作，如广州汇景新城、上海怡东花园、重庆金科花园等。总之，目前国内智能化小区的建设水平已有了长足的进步。智能小区在低碳、节能方面优势突出，同时为人们生活带来更多舒适体验。加之政府对小区智能化建设规范化、科学化的引导，小区智能化发展前景看好1。但从总体上来说，由于各地之间经济水平差别较大，同时居民的经济能力也有较大差异，目前国内多数的居民小区开发仍停留在科技含量较低的水平，还远未达到完全的智能化，离真正的智能化建设还有一定距离。1.3 论文主要研究内容本文根据国内外智能住宅小区的发展现状，利用51系列单片机作为微控制器，采用无线射频技术，结合LCD液晶显示器、RC522芯片等电子元器件，设计了一个高效率、低成本的智能住宅小区一卡通系统方案。其中包括智能停车场管理系统、小区消费管理系统、门禁管理系统和巡更管理系统。系统采用的是近几年发展成熟的非接触式IC卡技术，所以对非接触IC卡的功能和特点进行了简单的说明。本文重点设计实现了门禁系统的软件和硬件。根据设计要求制作了门禁系统的实物模型并测试成功。实现了门禁系统的基本功能。本文研究的主要内容包括：(1) 分析说明现代智能住宅小区一卡通系统的研究和发展现状以及非接触式IC卡的结构和功能特点。(2) 智能小区一卡通系统的组成方案和各模块功能设计。(3) 分析非接触式读卡器的读卡原理，编写读卡程序实现单片机控制无线射频读卡器读写IC卡的功能。(4) 设计门禁管理系统的软硬件系统。(5) 用proteus绘制门禁系统的硬件电路图并进行硬件系统仿真。(6) 根据设计要求制作门禁系统的硬件实物模型并完成系统测试。2 智能小区一卡通系统设计2.1 系统方案设计本文设计的智能小区一卡通系统主要由控制主机、电源模块、消费管理系统、门禁管理系统、停车场管理系统、巡更管理系统和系统管理中心构成2。系统原理框图如图2.1所示。对于整个系统来讲，控制主机是核心是这个系统的“大脑”，由它支持并控制整个一卡通系统正常运行，接收各个模块发来的信息，进行分析判断并且存储记录，然后发出相应的控制命令，来控制其他模块动作。本系统的控制主机需要对系统分机发来的各种刷卡信息（车辆出入控制、消费结算、安全巡更、门禁和物业管理）进行分析。若主机接收到报警指令，会显示报警信息并进行声光现场报警，并且通过有线传输网络通知小区工作人员和相关用户。本系统因为采用的是无线射频技术，非接触式IC卡的存储结构的特点使其可以一卡多用，能用于不同的系统，用户可以根据不同的应用设置不同的密码和访问条件。通过无线方式与读写设备进行通讯，IC卡距离射频读卡器约10cm范围内就可以感应到，没有机械触点，所以操作快捷方便、安全可靠。门禁管理子系统主要是对用户出入住宅小区和房间进行智能控制，住户不用携带笨重的钥匙，手持IC卡刷卡即可进入，更加便捷和安全。图2.1 系统原理框图停车场管理系统用来控制业主私家车在小区内的出入控制和收费管理。消费系统主要用于业主支付物业管理费还包括水费、电费、天然气、电话费、入户宽带和有线电视费等在小区内的一切消费结算。巡更系统主要是配合机防设置的人防系统，在小区多个地点设置巡更点，有管理人员设定巡更路线和巡更次数，保安人员手持巡更器巡更，充分保证小区安全。2.2 系统实现原理2.2.1 电源模块电源是系统运行的原动力，整个系统的正常工作是建立在电源模块稳定工作的基础之上的，因此电源模块的稳定性具有重要意义。电源的好坏将直接影响到系统的工作状态，本系统的电源是由市电通过变压、整流、稳压、滤波变换后提供的直流电源。电源设计原理框图如图2.2所示。系统弱电部分主要由5V、3.3V和12V直流稳压电源组成，5V直流电源主要供给单片机系统、LCD液晶显示器、传感器等工作，12V电源供给直流电机工作。由于本系统采用的是无线射频识别卡，为保证其稳定可靠的读卡，本系统电源增加了滤波电容以减少谐波的干扰，提高电源供电质量保证系统的正常工作。图2.2 电源模块原理框图2.2.2 停车场管理系统停车场管理子系统主要包括收费管理及车辆进出安全管理，重点主要考虑车辆安全性、收费准确性及用户便捷性。停车场管理系统原理框图如图2.3所示。停车场实施的车辆控制和收费的自动化停车场管理系统主要采用感应卡(也称非接触型IC卡)作为入门及收费凭证。该系统主要包括入口车辆感应器，入口自动闭杆，出口电动闸杆，出口验票机，出口车辆感应器等。入口车辆感应器安装在停车场入口处，当车辆到来时自动感应到车辆，给系统提供一个有效信息。入口自动闭杆在停车场入口处阻止车辆进入，只有当车辆进行有效验证后，闸杆才自动打开放行，当车辆进入停车场，通过自动关闭感应器后，闸杆自动关闭。出口车辆感应器安装在停车场出口处，车辆到来时自动感应车辆，如果给系统提供的有效信息只有车到或只刷卡，系统控制部分不会打开电动闸杆，出口电动闸杆在停车场出口处阻止车辆离开。只有当车辆进行有效验证后，闸杆才自动打开放行。当车辆离开停车场，通过自动关闭感应器后，闸杆自动关闭3。图2.3 停车场管理系统原理框图2.2.3 消费管理系统小区消费系统是一卡通系统的重要组成部分，消费管理系统原理框图如图2.4所示。具有消费功能的小区一卡通可以看作是小区内部的银行卡，小区消费包括娱乐、购物、餐饮、健身、医疗等其他服务。缴费是住户定期必须支付的费用包括水、电、气、电话、宽带、有线电视、物业、停车费等。用户每次到终端机刷卡缴费。图2.4 消费管理系统原理框图2.2.4 巡更管理系统智能巡更系统主要应用于小区安防中，系统可以对巡更结果进行自动化的处理，包括检查核对、结果存储、结果查询等功能。巡更系统的工作目的是帮助管理人员利用本系统来完成对巡更人员和巡更工作记录进行有效的监督和管理。巡更管理系统原理框图如图2.5所示。图2.5 巡更管理系统原理框图2.2.5 门禁管理系统IC卡门禁管理系统采用了先进的微机控制技术、智能IC卡技术、精密机械制造技术等，其采用IC卡作为房门开启的钥匙，是未来门锁控制的发展趋势。门禁管理系统原理框图如图2.6所示。与普通门锁相比，IC卡门禁系统提高了房门的安全性和可靠性。IC卡持卡人在读卡器的有效距离内一晃，卡内信息就通过读卡器读出，并同时传至控制器，由控制器自动识别身份后启动电子门锁。此时控制器及系统管理中心均将持卡人的卡号，姓名、出入时间及出入门禁控制点等信息实时记录，并可以根据需要随时打印记录。如果强行进入，系统自动将报警信号传至主控电脑报警。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即可。当住户或外来人员需要进入本小区时，住户使用IC开门，也可以通过呼叫物业管理中心控制室开门；外来人员需请求物业管理中心监控室为其开门。住户进入家门时，将IC卡在自己家的门禁读卡器上读卡，听到蜂鸣器声，防盗门电控锁同时打开。出门时不用刷卡，按一下出门按钮即可开门。图2.6 门禁管理系统原理框图2.3 非接触式IC卡非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围(通常为5mm-10mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。2.3.1 非接触性IC卡内部分区及功能特点非接触性智能卡内部分为两部分：系统区(CDF)用户区(ADF)，系统区：由卡片制造商和系统开发商及发卡机构使用。用户区：用于存放持卡人的有关数据信息。与接触式IC卡相比较，非接触式卡具有以下特点4：(1) 可靠性高，无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。(2) 操作方便，读写器在10cm范围内就可以对卡片操作，非常方便用户使用。(3) 防冲突，非接触式卡中有快速防冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰。(4) 可以适合于多种应用，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。(5) 加密性能好，通信时要进行三次相互认证，读写时要进行密钥验证。2.3.2 非接触性IC卡内部结构及组成非接触式IC卡由IC芯片，感应天线组成，并完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分，没有电池所以也可以叫无源非接触卡。每一个IC卡有全球唯一的ID号码。非接触式IC卡的读写过程，通常由非接触型IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。当IC卡接近读写器天线时，高速的RF通讯接口将以很高的速率传输数据。结构图如图2.7所示。图2.7 非接触式IC卡内部结构图3 门锁管理系统设计3.1 系统硬件原理整个系统由单片机、电源模块、LCD液晶显示器、继电器、声光报警模块、读卡器以及控制开关构成。系统硬件原理框图如图3.1所示。图3.1 系统硬件原理框图将整个系统比作一个人的话，单片机就是这个系统的“中枢神经”。用来接收各个器件发来的信息，根据程序设定分析判断收到的信息，然后针对相应的器件发出控制命令，来控制相应器件动作。在单片机的支持与控制下各个模块和电子器件互相协调工作共同完成门禁系统的基本功能。本系统的控制主机需要对刷卡器和控制开关发来的信息进行分析判断。如果是合法的ID号码，则控制继电器动作完成开门操作并显示操作状态。如果是非法的ID号码则发出警告，提示刷卡错误。若有违规操作或者三次刷卡警告则判断为有人试图闯入房间，发出报警指令，显示器会显示报警信息，报警系统会发出声光现场报警，并通知小区保安和住户。因此，门禁系统包括了很多的模块器件，这些器件协同工作，来实现门禁控制和系统报警的功能。住户在进出小区大门和单元楼门时也需要刷卡，出房门时只按需按出门开关即可打开房门，这样设计也是为了在突发情况下方便逃生，而不会因为紧张找不到IC卡而被困在房屋内。有访客到来时，小区保安人员经与户主确认后将访客带入小区，之后由户主亲自刷卡后访客才能进入房间。3.2 各模块硬件原理图设计3.2.1 单片机控制模块单片机最小系统包括单片机、时钟电路和复位电路等几部分，本系统设计的STC89C52单片机内部有8K在系统可编程Flash程序存储器，有512字节RAM，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，全双工串行口，空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。所以在最小系统中，只需加上时钟电路和复位电路就可以构成一个简单的微处理器系统。完全能够满足门禁系统的设计要求。系统设计中采用了内部时钟方式的振荡电路和按键电平式复位电路，单片机最小系统硬件原理图如图3.2所示。图3.2 单片机最小系统原理图3.2.2 电源模块电源是各种电子器件与系统模块的工作动力，电源出现问题，会影响整个系统正常可靠的工作。因此，电源性能的好坏直接影响到电子及器件与系统模块的工作质量和工作效率。直流稳压电源是一种接近理想电压源的直流电源，分为线性稳压电源和开关稳压电源。本系统电源模块设计，单片机系统电源由输入220V输出5V的电源适配器提供，供电电压稳定。读卡器电源芯片采用了由美国国家半导体公司生产的LM1117开关电源芯片，这种芯片通过2个外部电阻可实现1.25V-13.8V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出(1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V)的型号，内部有完善的保护电路，通常不需要散热，需要很少的器件就能搭建高效可靠的3.3V电源。电源电路原理图如图3.3所示。图3.3 电源电路原理图3.2.3 液晶显示器LCD1602液晶显示器是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块，它有若干个57或者511等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。1602LCD是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。因此，选择LCD1602能够满足门禁系统设计的基本需要。LCD1602与单片机接线电路采用两线串行接线方式，为节约主芯片有限的I/O口。接线原理图如图3.4所示。LCD液晶按照系统控制要求显示初始界面：“welcome! swipe please!”刷卡时会显示刷卡状态和ID号，刷卡成功后会提示：“push the door!”，如果违规刷卡，会显示：“error”和：“warning”。在系统启动后会分两行显示该系统设计者的一些基本信息如学号和姓名等。图3.4 LCD1602接线原理图3.2.4 门锁控制模块门锁控制模块采用5脚电磁继电器进行控制，电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它是用较小的电流，较低的电压去控制较大电流，较高的电压的一种“自动开关”。故在门锁控制中用来控制电控锁的打开和闭合。供电电压为5V。电路原理图如图3.5所示。其中为了仿真系统电路在控制端口接了两个LED灯。图3.5 门锁控制电路原理图3.2.5 声光报警模块声光报警模块采用蜂鸣器和LED-RED灯配合指示门禁系统运行状态，在有人违规操作时发出现场声光警报，并通知小区保安人员。报警模块接线原理图如图3.6所示。图3.6 报警模块接线原理图3.2.6 读卡模块系统读卡模块采用的是NXP公司生产的MF RC522芯片，MF RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度的读写卡芯片，是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。 MF RC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持14443A兼容应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测。此外，还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MF RC522支持MIFARE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。作为13.56MHz高集成度读写卡系列芯片家族的成员，MF RC522与MF RC500和MF RC530有很多相似的地方，同时也有很多差异和特点。它与主机间通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的需求，选取I2C、SPI或串行UART模式之一，方便的串行接口可直接连接到任何8位微处理器，有利于减少外部连线，缩小体积，降低成本。该芯片具备软件掉电、硬件掉电和发送器掉电 3 种节电模式，其特有的“发送器掉电”可以关闭内部天线驱动器，即关闭RF场，这样可以保证读写的可靠性，有内置温度传感器以便在芯片温度过高时自动停止RF发射保证安全性，除此之外还特意采用相互独立的多组电源供电，以避免模块间的相互干扰，提高芯片工作的稳定性。读卡器硬件原理图如图3.7所示。MF RC522通过TXl和TX2提供13.56MHz的能量载波驱动天线。根据寄存器的设定对发送数据进行调制得到发送的信号。IC卡采用RF场的负载调制进行响应。天线获取的信号经过天线匹配电路送到Rx引脚。MF RC522内部接收器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理。然后将数据通过串行接口发送到单片机进行读取。图3.7 读卡器硬件电路原理图MF RC522支持可直接相连的各种微控制器接口类型，如I2C、SPI和串行UART。MF RC522可以自动复位其接口，并可对执行了上电复位或硬件复位的当前微控制器接口类型进行自动检测，它通过复位阶段后控制管脚上的逻辑电平来识别微控制器接口，每种接口有固定的管脚连接组合。SPI接口可处理高达10Mbit/s的数据速率。在与微控制器通信时，MF RC522用作从机，接受寄存器设计的外部微控制器的数据，并且接受和发送RF接口相关的通信数据。兼容SPI接口的数据处理与标准SPI接口相同，可使MF RC522和单片机之间进行高速通信。本系统里读卡器与单片机之间采用SPI接口，在SPI接口中MFRC522用作从机，SPI时钟SCK由单片机产生，数据通过MOSI管脚从单片机传输到MFRC522。数据通过MISO管脚线从MF RC522传回到单片机。MOSI和MISO传输每个字节都是高位在前，MOSI上的数据在时钟上升沿保持不变，在时钟的下降沿改变。MISO也与之类似，在时钟的下降沿，MISO上的数据由MF RC522提供，在时钟的上升沿保持不变。接口电路原理图如图3.8所示。图3.8 接口电路原理图3.2.7 门禁系统硬件电路图本文采用proteus软件绘制门禁系统硬件电路图，并用此电路图进行系统硬件电路仿真5-6。系统电路图见附录A，硬件系统仿真图见附录B。4 门禁系统软件设计软件采用了模块化结构设计，主要由主程序，LCD1602显示程序，读卡器读写卡程序和读卡处理程序构成。部分主程序见附录C。4.1 系统主程序设计主程序主要是进行系统初始化设置和初始界面的显示7。主程序流程如图4.1所示。图4.1 主程序流程图4.2 液晶显示程序设计显示子程序主要是现实刷卡状态和门锁控制状态以及报警提示。显示程序流程图如图4.2所示。图4.2 LCD显示程序流程图4.3 读卡器读卡程序设计(1) 呼叫，IC卡进入读卡器射频范围后上电复位，通过发送request应答码，能够回应读卡器向天线范围内所有卡发出的request命令。(2) 防冲突循环，在防冲突循环中，读卡器读取一张卡的序列号。如果在读卡器的工作范内有几张卡，读卡器可以通过卡的唯一序列号区分开来，并选定一张进行下一步操作，未被选定的卡进入待命状态，等候新的request命令。(3) 选卡，读卡器通过select card命令选定一张卡以进行认证和存储相关操作。被选定的卡返回选定应答码，确定所选卡的类型。(4) 三轮认证，选卡后，读卡器指定后续读写的存储位置，并用相应密钥进行三轮认证。认证成功后进行相应的操作8。读卡程序流程图如图4.3所示。图4.3 读卡程序流程图4.4 读卡处理程序设计在读卡器读卡成功后会给单片机传回读卡数据，单片机根据接收到的信息进行分析判断并发出相应的处理命令。本文设计的门锁系统由程序设定了三张合法的IC卡，只有这三张卡中任意一张刷卡时门锁能够打开，其他任何IC卡对于该系统都是非法的。读卡处理程序流程图如图4.4所示。图4.4 读卡处理程序流程图5 系统调试5.1 调试流程整个系统采用模块化硬件设计，程序也相应采用模块化结构编程，所以首先对各个模块的程序和硬件分别进行调试，最后对整个系统进行整机调试。调试过程中，先使用Keil对读卡程序进行调试，检查程序是否有错。若成功生成*.hex格式的文件则说明程序没有语法错误，用同样的方法调试LCD显示程序、主程序和读卡处理程序，最后将所有程序整合到一起进行调试。要做到每一个调试项目都不能漏。最后将调试程序生成的*.hex文件装载到proteus软件中绘制好的STC89C52芯片中进行系统硬件仿真，仿真成功说明程序逻辑和系统硬件电路正确。因为刷卡无法仿真，所以只仿真显示功能和声光报警等功能。仿真成功后就可以在制作好的硬件系统上进行整机测试。在调试过程中遇到问题记录下来，分析并寻找解决方法以保证下一步调试顺利进行。整个系统调试时，从简单到复杂，先做读卡器读卡测试，待能够成功读卡后，再进行读卡显示测试，如果这两个主要功能都能够实现的话，就可以进行读卡处理测试也就是通过刷卡控制门锁开关。最后进行门警声光报警测试。电源也需要测试，测试电压是否符合系统要求。测试内容框图如图5.1所示。图5.1 测试内容框图5.2 测试结果在系统可测试中，采用两张S50IC卡模拟小区一卡通对系统进行测试，单片机、读卡器、显示器、声光报警和开关控制电路测试结果均符合系统设计要求。(1) 电源模块能够提供稳定的5V（单片机供电）和3.3V（读卡模块供电）电压，满足系统正常工作的需求。(2) 读卡器能够快速准确读卡、读卡距离和稳定性符合要求。多张卡同时进入射频识别区时能够正确识别并成功读卡。(3) 显示器显示内容和位置符合要求。显示器能在正确显示合法的IC卡卡号和系统运行状态。显示操作提示。(4) 声光报警模块能够对违规操作进行及时报警，符合设计要求。系统能在检测到违规刷卡后会发出警告，在违规操作次数超过3此后系统闭锁，拒绝再次刷卡并发出声光报警，直到按了报警解除开关后系统解除闭锁。结 论本文探讨了以STC89C52单片机为主控制器的智能住宅小区一卡通系统的方案设计，研究了智能住宅小区一卡通系统各个子系统的功能及构成原理，重点设计完成了门禁系统的软件和硬件，根据设计要求制作了门禁系统硬件电路的实物模型，实现了门禁管理系统的基本功能。取得的主要研究成果如下：(1) 本文说明了现代智能住宅小区一卡通系统的国内外研究和发展现状，并根据国内外发展现状研究了智能小区一卡通系统的功能组成和构成原理。(2) 本文说明了非接触IC卡的组成结构和功能。分析说明了以MFRC522读卡芯片为核心的读卡器的组成原理和读写流程。(3) 本文以STC89C52单片机为核心设计了门禁管理系统的软硬件系统。制作完成了门警系统的硬件电路，实现了门禁系统的基本功能。本文使用的研究方法包括：(1) 分析现有智能小区一卡通系统中所涉及到的技术和功能，力求所设计的智能小区一卡通系统能满足使用要求。(2) 采用模块化的设计方法。弄清各模块间和主控制器的通信方式、输入输出量及电路的设计方案等。各模块独立设计，有助于系统调试和扩展。(3) 仿真与调试相结合，尽可能模拟真实情况调试，让系统在测试中不断地得到完善。完成门禁系统的软硬件设计后制作硬件系统实物，由于时间和条件限制，在设计制作门锁控制模块时没有对电磁继电器进行隔离，因为电磁干扰导致系统运行不稳定。这是系统不足的地方。致 谢参考文献1 李野.对智能小区一卡通系统的分析与思考J.河南科技,2010,(10):18-19.2 陈长征,唐忠.智能住宅系统功能分析J.基础自动化,2001,8(3):4-7.3 赵先雷,姬长英.智能化停车场车辆进出管理系统的实现J.微处理机,2008,(3):183-184.4 刘双虎.单片机控制的射频读卡器系统D.四川:电子科技大学,2008:21-31.5 柳淳,徐玮.单片机开发技能与技巧M.北京:中国电力出版社,2008:76-245.6 张齐,朱宁西.单片机应用系统设计技术M.北京:电子工业出版社,2009:39-266.7 赵文博,刘文涛.单片机语言C51程序设计M.北京:人民邮电出版社,2005:11-90.8 刘莹.小区“一卡通”门禁控制系统的研究与设计D.武汉:武汉理工大学,2006:5-21.附录A 门禁系统电路图 附录B 硬件系统仿真图附录C 系统主程序#ifndef _main_h_#define _main_h_typedefunsigned charBOOLEAN;typedefunsigned charINT8U;typedefsigned charINT8S;typedefunsigned intINT16U;typedefsigned intINT16S;typedefunsigned long INT32U;typedefsigned long INT32S;#defineFOSC18432000L#defineBAUD9600#defineFALSE0#defineTRUE1#defineWR0#defineRD1#define nop() _nop_()#defineBIT(n)( 1 n )typedef struct _sUartDataINT8U UartCmdLen;INT8U UartDataLen;INT16U UartCmd;INT8U UartErrCode;INT8U UartDataBuf1; *psUartData;#defineLED_NONE0#defineLED_LONG1#defineLED_200MS2#defineLED_80MS3/*声光端口定义*/ sbit beep = P34;sbit led = P35;sbit LOCK = P13;/高电平开锁sbit KEY_A = P32;/出门按钮sbit KEY_B = P33;/报警处理#defineLOCK_ONLOCK = 1#defineLOCK_OFFLOCK = 0#defineBEEP_ONbeep = 1#define BEEP_OFFbeep = 0#defineBEEP_XORbeep = beep#defineLED_ONled = 0#defineLED_OFFled = 1#defineLED_XORled = led/*/extern void delay_ms( INT16U tms );#endif#include include.hINT8U CardRevBuf16 = 0 ;INT8U lock;void display_no_id( void );void ClearScreen(void);void display_id( INT8U * SrcBuf );void Delay5Ms(void);void delay1(INT16U ms);void int_0(); /外部中断0void int_1(); /外部中断1void K_LOCK(void);void KEY_1(void) ;char DisplayBuf10;/*显示内容*/INT8U code wel = Welcome !;INT8U codecom_in = swipe please !;INT8U codepush_Door = Push the door;INT8U codesucc = swipe successs !;INT8U codewar = warning !;INT8U codeswipe_err = Error !;INT8U N_DISPLAY =0;/当前界面标号INT8U N_DISPLAY_HISTORY = 0;/最近一次显示界面编号INT8U i=0,k=0;void voice_b(INT8U s) while(s-) BEEP_XOR; delay1(30); /*函数功能:LCD延时子程序入口参数:ms出口参数:*/void d