射频IC卡门禁系统设计.doc

河南大学物理与电子学院开放实验室单片机设计报告河南大学物理与电子学院开放实验室单片机设计报告射频IC卡门禁系统设计开放实验室入室人员9目 录0 前言11系统组成与功能11.1系统组成11.2系统功能12系统原理42.1完整系统仿真原理图43系统制作过程及最终实物图43.1元器件的焊接43.2 系统调试图54门禁系统总流程图75 主要程序源代码76元器件清单97 结论98 个人心得10参考文献10IC卡门禁系统开放实验室入室人员（河南大学物理与电子学院，河南 开封，475004）0 前言伴随着RFID技术的迅猛发展和日趋成熟，IC卡技术在社会生活中得到了广泛的应用，譬如：汽车加油卡，公交卡，银行卡，门禁卡以及作为学生天天需要使用的一卡通。IC卡的使用让我们的生活更加方便快捷。使用IC卡作为货币存储介质，可以使得出行不需要携带太多的现金，不仅方便，而且更加安全，即使IC卡丢弃或者被盗，由于密码的保护，财产也可以得到十分周全的保护。再者，由于IC卡内部存储的信息是经过加密的并且可以是唯一的，因此IC卡可以作为身份识别使用，然后可以利用到门禁系统方面，这样就可以脱离沉甸甸的钥匙，而且更加安全可靠。总而言之，从目前发展来看，IC卡将来必然会和人们如影随形，成为学习工作生活的方方面面不可缺少的一部分，想手机一样对人们产生深刻影响。IC卡使用的知识相当综合，普遍的IC卡使用的Mifare卡读写技术研制而成，集计算机技术，自动控制技术，网络通讯技术，智能卡技术，传感技术，模式识别技术和机电一体化技术。系统采用符合潮流的开放式体系结构，能够与任何第三方的系统和设备兼容，实现用户系统的高度集成。能真正实现全方位IC卡“一卡通”智能综合管理的目的。1 系统组成与功能1.1 系统组成1.1.1 STC89C51及其外围电路51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一。STC89C51单片机具有以下特点：8位CPU，4kbytes 程序存储器，256bytes的数据存储器，32条I/O口线，111条指令，大部分为单字节指令，21个专用寄存器，2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级，一个全双工串行通信口，外部数据存储器寻址空间为64kB，外部程序存储器寻址空间为64kB，逻辑操作位寻址功能，双列直插40PinDIP封装。但是单纯的一个STC89C51单片机是不能够正常工作的，需要一些外围电路构成一个最小单元才能正常工作，这个最小单元成为最小系统。最小系统如下图所示：1.1.2 RC522读卡模块RC522是高度集成的非接触式读写卡芯片。此发送模块利用调制和解调原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。RC522芯片模块的内部发送器部分可驱动读写天线与MIFARE卡和应答机的通信，无需其他电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理兼容ISO 14443/MIFARE卡和应答机的信号。数字电路部分处理完整的ISO 14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。RC522的简化框图如下：对于IC模块与主控MCU通信部分来说主要分为三部分。第一部分是主控MCU部分，即此处所选择的STC89C51单片机，主要提供对射频读写芯片的控制操作。这种控制操作体现在对射频读写芯片的电源控制。通过对射频读写部分的独立电源控制，用户可以在MCU中根据自己的需要选择或关闭射频读写功能。当应用系统有低功耗要求，不需要射频读写芯片一直工作时，这种控制方式是必不可少的。而且，通过MCU的供电控制，可以用软件方式实现射频读写芯片的上电复位。第二部分，射频读写芯片，它负责接收主控MCU 的控制信息并完成与MIFARE 卡的通信操作。为了正常工作，射频读写芯片须选用合适的并行接口与MCU连接。而为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。第三部分，天线部分，包括线圈及匹配电路，这是读写模块实现射频通信必不可少的一部分。读写模块要依靠天线产生的磁通量为MIFARE 卡提供电源、在读写模块与MIFARE 卡之间传送信息。综上所述，读写模块的硬件系统组成的框图如下：读写模块硬件组成1.2 系统的功能本系统最直观的功能就是刷卡功能。IC模块是由单片机控制的，当MIFARE卡在IC模块可以检测到的范围之内时，MIFARE卡中的数据即被IC模块读取，然后IC模块将信息传送给单片机，单片机处理之后可以被数码管显示出来，数码管也就显示了IC卡的序列号。这部分是IC门禁的主要功能。2 系统原理本设计的中心部分是主控MCU即STC89C51部分。在MCU周围接上IC卡读写模块，当MIFARE卡与IC卡读写模块进行通信之后，IC卡内部buffer存储的信息传送给MCU进行处理，然后通过内部控制程序，对IC卡传递过来的信息进行特点处理，然后可以让数码管显示出来，从数码管可以看出卡号。当读取到的卡号与存储的可以通过的卡号匹配时，然后绿色LED灯所接端口被加上高电平，然后绿色灯被点亮，表明刷卡通过。否则，红色LED灯被点亮，表明刷卡被拒绝。2.1 完整系统仿真原理图由于Proteus中不存在IC模块，因此此原理图并不能用来仿真，只能根据IC模块的接线规则，连接在单片机上，给系统的布线有个整体规划。3 系统制作过程及最终实物图3.1 元器件焊接过程项目设计注重的是一切从零开始。所以我们组从最基础的做起，首先学习如何焊接电路，然后学着认识各种电子元器件，再学习在开发板上进行整体的布局和走线。从最直观的角度了解单片机最小系统是如何正常工作的。准备工作做好之后，开始进行电路的焊接。以下是焊接电路的截图： 右边是焊接过程中的背面效果图。3.2 系统调试图此系统可以对所有采用RC522系统的MIFARE卡进行读取操作，譬如作为学生经常使用的一卡通，为了进行验证系统的可靠性和完善性，同样对一卡通的读取操作进行了测试。通电结果如下图，中间上面那块绿色板就是读卡器。因为没有放卡，所以读数位00000000。老师说，最后一个数码管亮度高，是因为显示程序中，它的时间偏长，要修改，没有时间了，让学弟来修改吧放上河南大学一卡通学生卡，可见下图：读出河南大学一卡通的序列号为0xA2,0x5A,0x65,0x21，是预设好的卡号，报警声不响，同时P2.7输出高电平（比如驱动开锁装置，本实验没有装电磁锁）。从图中可以读出河大水卡的序列号为0x7C,0x63,0Xd5,0x03，不是预设好的卡号，报警声响不停。由此实现门禁系统。至此，整个IC门禁系统的设计和验证工作全部完成。4门禁系统总流程图开始初始化是否有刷卡否是否匹配显示卡号单片机获取卡号有是蜂鸣器响否5 主要程序源代码#include include.hsbit ls138a=P10; /定义变量sbit ls138b=P11;sbit ls138c=P12; sbit P37=P37;sbit P36=P36;uchar data NewKey16=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xff,0x07,0x80,0x69,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char idata Read_Data16=0x00;uchar idata PassWd6=0x00;uchar idata WriteData16;unsigned char idata RevBuffer30;unsigned char data MLastSelectedSnr4;void main(void) /程序主函数，对IC卡做初始化设置，及按键判断 InitAll(); /程序太长不宜写在报告中，完整程序请 while(1) /联系QQ154401855(或154401856)下载 KeyNum=GetKey(); if(KeyNum=N_1) KeyTime=15; sendchar1(0xaa); oprationcard=SENDID; if(bWarn) bWarn=0; Warn(); if(bPass) bPass=0; Pass(); if(uart_comp) ctrl_uart(); if(SysTime=2) SysTime=0; ctrlprocess(); scan();P36=1; 6 元器件清单LM2940稳压电源，STC89C52单片机MCU，9012PNP型三极管，蜂鸣器开关，9012三极管开关，5.1K电阻，10K排阻，5.1K贴片电阻，11.0592M晶振。30pF晶振电容，0.1uF瓷片电容，10uF电解电容，5V蜂鸣器，4脚按键，单排排针，双排DIP IC插座，2205V电源适配器。RC522 IC模块，MIFARE卡。7 结论本系统的关键是在已知IC模块的开发资料的情况下弄明白所提供的函数。比如模块的初始化函数，等待函数，IC卡与读卡模块的通信函数，IC模块与单片机的通信函数。在已知这些函数的情况下，结合51单片机的特点，然后根据特有的通信机制，分成51单片机程序，IC模块程序，以及51单片机与IC模块的通信函数。然后调用IC序列号存储数组，赋值给数码管，然后让数码管显示序列号，这样就完成了这个系统的核心部分。在整个系统的设计过程中，首先需要分析要实现的功能，在做电路仿真图，在结合仿真图写程序，在写程序的过程中完善仿真图的不足，最后联合调试。仿真工作完成之后开始电路板的焊接工作，首先需要大致规划布线，尽量减少飞线的出现。在电路板焊接完成之后，根据实际出现的情况调试电路，最后使得系统正常工作起来。8 个人心得单片机项目设计这门课给我们带来的不只是理论上的学习，更重要的是培养我们的动手能力。 硬件。我们都是焊接的初学者，很多东西都不会，所以要以谦虚的态度，去向别人请教。我们要用先设计好线该怎么接再焊，不能走一步再看下一步怎么接，这样不仅浪费时间，而且影响美观。更重要的是会引起更大的错误。影响系统的稳定性或者系统不工作等等。焊接技术是需要锻炼的，不动手你就不会掌握好。 软件。由于没有IC模块的模块使用指南，因此只能对已有的程序进行修改。在大致了解整个程序的工作流程之后，需要使用程序中已有的内容构建自己所需要的功能，最主要的部分就是数码管的显示部分。使用数码管的过程中，了解到了共阴与共阳的实际区别，四位数码管的引脚图，数码管从1-F的对应编