电动门控制器本科毕业设计论文

1、南京林业大学本科毕业设计（论文）题 目： 电动门控制器 学 院： 专 业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 摘要： 随着国民经济的发展，在越来越注重商业情报和安全的今天，对进出一些重要机关、科研实验室、档案馆、以及关系到国计民生的公用事业单位的控制中心、民航机场等场所的工作人员，给予进出授权控制。经济的增长有时引发犯罪的发生，对安全感的追求导致现代化楼宇对保安系统的要求也越来越高。门禁系统即是在这一背景下应运而生，本次课题既是针对门禁系统中的核心组件-电动门控制器进行的分析与设计。 通过对“电动门控制器”的研究和设计，精心撰写了电动门控制器的论文。论文着重阐述了以单片机为主体，矩阵

2、键盘扫描模块，无线收发模块及射频卡模块相搭配的控制系统。 本设计主要应用stc89c52rc作为控制核心，液晶显示、键盘扫描、无线收发模块、射频卡及网络通讯模块相结合的系统，此外还具有扩展存储的功能。关键词：单片机 键盘扫描 无线收发 射频卡 abstract： with the development of the national economy, today more and more people attach importance to commerce intelligence and its safety. in most important government organs,

3、 scientific research laboratory, archives establishment and being related to the nations economy and peoples livelihood utility unit control centre, airport and so on, they have to give their staff the right of entry-exit. the occurrence the economy increase is initiated sometimes committing a crime

4、, the request leading to the security system of the modernizing building is higher and higher, entrance guard system is to be analysis and design that arise at the historic moment, this project is aimed to the core modular-the electric door controller. through the research and design to the thing th

5、at “the electric door controller” have written the controlled the systematic thesis of automatically-controlled door meticulously. this thesis it rely mainly on one-chip computer to explain emphatically, lcd modular, keyboard scanning modular, wireless transmit-receive and smart card combined togeth

6、er. it use stc89c52 as core of controlling, lcd modular, keyboard scanning modular, wireless transmit-receive, smart card and net communication combined together. beside these, it also has the expand store function. keywords：mcu keyboard scanning wireless transmit-receive smart card目录摘要：2第一章 前言61.1

7、门禁系统的概况61.2门禁系统的发展71.3本文研究的目的和意义81.4 设计的要求与方案8第二章 总体设计分析82.1组成框图92.2主要功能模块的简介102.2.1密码辨识102.2.2遥控开门102.2.3刷卡识别112.2.4网络通信模块11第三章 硬件设计133.1 密码辨识部分133.1.1器件选型与简介133.1.2 整个模块设计与分析193.2 无线收发模块223.3 射频卡部分243.3.1射频卡模块采用的标准简介243.3.2刷卡模块具体组成283.3.3与微控制器接线设计303.4通信模块313.4.1 器件选型与简介313.4.2与微控制器接线设计323.5电动门驱动部

8、分34第四章 软件设计354.1主程序设计354.2 密码辨识部分374.3遥控部分程序384.4 射频卡识别部分程序394.5总流程图41第五章 系统调试435.1 键盘电路调试435.2遥控模块调试435.3 射频模块调试445.4 串口通讯调试45结束语461 设计历程462 设计特点473 存在的问题和改进474 展望和体会47致谢48参考文献50附录1（电路原理图以及pcb）51附录2（部分程序）54第一章 前言1.1 门禁系统的概况门禁系统属于智能弱电系统中的一种安防系统。它作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通

9、讯技术、生物技术等诸多新技术。门禁系统通过在建筑物内的主要出入口、电梯厅、设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部门的通道口安装门磁、电控锁或控制器、读卡器等控制装置，由计算机或管理人员在中心控制室监控，能够对各通道口的位置、通行对象及通行时间、方向等进行实时控制或设定程序控制，从而实现对出入口的控制。 门禁系统常规由门禁控制器、门禁读卡器、卡片、电控锁、门禁软件、电源和其他相关门禁设备几部分组成。门禁控制器：门禁控制器是门禁系统的核心部分，其功能相当于计算机的cpu，它负责整个系统的输入、输出信息的处理和储存、控制等。它验证门禁读卡器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，如若有效则对

10、执行部件发出动作信号。门禁控制器性能的好坏直接影响着系统的稳定，而系统的稳定性直接影响着客户的生命和财产的安全。门禁读卡器：读取卡片中的数据与生物特征信息，并将这些信息传送到门禁控制器。卡片：门禁系统的开门电子钥匙，这个钥匙可以是磁卡、ic卡、id卡和其他相关功能的卡片（卡片上能打印持卡人的个人照片，开门卡、胸卡合二为一）。电控锁：门禁系统的执行部件，电控锁通常在断电时呈开门状态，以符合消防要求,并配备多种安装结构类型供客户选择使用。按单向的木门、玻璃门、金属防火门和双向对开的电动门等不同技术要求可选取不同类别的电控锁。门禁软件：负责门禁系统的监控、管理、查询等工作。管理人员可通过调整可以扩展

11、完成巡更、考勤、人员定位等功能。电源和其他相关门禁设备：电源是负责整个门禁系统的能源，是一个非常重要的组成部分（门禁系统如若无电源，整个门禁系统如同成瘫痪状态）。其他门禁设备如出门按钮，按一下打开开门设备，适用于对出门无限制的情况；再如门磁，运用于检测门的安全/开关状态等。11.2门禁系统的发展传统的个人身份鉴别手段已不能完全满足现代社会经济活动和社会安全防范的需要。从消除人为不安全因素看，只有不易被他人代替、仿制、甚至其本人也无法转让的身份识别凭证才能胜任。因此，从易用性、安全性、成熟性和造价等方面综合比较，随着信息技术的不断发展，随着识别技术的不断成熟，计算机技术的飞速发展，门禁技术发展迅

12、猛，正以惊人的迅度从传统的键盘、磁卡式向感应卡、智能卡及多功能卡的方向发展。现在门禁系统甚至可以利用卫星网络提供全球门禁服务。从门禁系统迅猛的成长迅度可以看出该产品的市场已逐渐成熟，一改往日报警和监控产品一统天下的局面，由专家最近执行的预测表明：感应式门禁系统的市场正以每年300%的惊人速度增长。大部分人认为门禁仅是一种进行出入门控制的设备，最典型的就是传统的门边安装的键盘控制器或磁卡读卡器，出入者为了获得进入权必需先刷卡。然而现在门禁已有更先进的技术和新的应用市场，现在应用于门禁系统的技术有：条形码、图形id、磁条形码、韦根码、感应式、智能码、生物辨识等。其中感应式门禁和生物辨识将成为门禁发

13、展的两大趋势。 这些门禁系统所采用的技术及所能达到的安防级别互不相同。例如：光学技术应用于条形码及图形id系统中以辨别贮存在条形码及图形id中的信息；电磁技术则应用于磁卡门禁系统中，当持卡人刷磁卡时系统将读取允许进入的磁特性；韦根技术极为巧妙，仍属电磁学的范畴；感应式技术通常使用的频率一般在110125khz，频率越高，感应式门禁系统的读卡距离越远，随着技术的不断完善，频率为13.56mhz感应式门禁系统的读卡距离已可达到将近1米，这种门禁系统已有了许多其它的应用领域，例如：停车场、各种收费系统等。当然最安全的门禁系统应是能辨识人体生物特征，而不是辨识人所持物体特征的系统，例如：利用人体独有的

14、生物特征的生物辨识系统可辨识指纹和瞳孔结构，这将是门禁系统的最高境界，但价格极为昂贵，难以为广大用户所接受。 相比之下，技术较为成熟和完善价格较为合理的仍是感应式门禁系统，许多专家预测到2002年感应式门禁系统将取代其它门禁（如：电磁门禁系统等）成为门禁市场的主导。感应式门禁系统之所以能迅速为市场所接受有以下几个原因：使用简单；由于系统无任何机械磨损，故长期的维护费用低；卡的使用寿命长。21.3本文研究的目的和意义在门禁系统中最关键的也是成本最高的便是其控制器，也就是电动门的控制器，本次研究的电动门控制器集密码识别，遥控开门与刷开辨识3大功能于一体，同时还具备与上位机的网络通信的功能，可以说是

15、具备了市面主流产品的常用功能，其研究的目的在于如何有效降低电动门控制器的成本，连带降低门禁系统的成本使得门禁系统能够有更为广泛的运用在国民生活的各个领域。1.4 设计的要求与方案 所设计的电动门控制器应具有以下功能：输入密码开门：此部分是通过ch451键盘专用芯片与单片机的配合实现按键扫描与密码校验功能通过遥控器遥控开门：此部分依靠既有的pt2294无线收发模块与单片机配合实现其功能刷卡开门：此部分是通过既有天线一体化射频卡模块hy502btg及mifare1 s50智能卡与单片机配合实现其辨识功能此外设计中要求的网络通信这里选择了rs485通信标准来实现其功能。第二章 总体设计分析2.1组成

16、框图液晶模块（显示部分）控制器母板无线收发模块（遥控开门部分）单片机矩阵键盘（密码辨识部分）rs485收发模块（通讯部分）rs485-rs232转接头上位pc机电控锁读卡器模块（射频卡识别部分）图 2.1 组成框图正如上图所示，根据设计思想所要完成的功能，该电动门控制器可分为三大模块，包括：密码辨识 遥控开门 刷卡识别。除了这三大模块外，该电动门控制器还具有网络功能，所有开门信息（具体的开门时间及使用何种方式开门）均可通过通信模块上传至上位机以供查询与监控。此外根据设计思想为达到更高的灵活性与安全性，使用者可以自行设定密码辨识与刷卡识别开门的逻辑关系，既可以两者单独使用（实现的是或的开门关系）

17、，也可以搭配使用（实现的是与的开门关系，此处的设置为先密码辨识后刷卡识别），此两者切换只需通过一个开关即可实现。2.2主要功能模块的简介2.2.1密码辨识密码辨识模块的构成电路并不复杂，主要由键盘专用ic：wch451l与单片机stc89c52rc构成，根据键盘专用ic的输出特点，键盘是否按下的检测是通过中断来实现的。此外该部分还搭配了lcd1602可以使用户界面更人性化。图2.2 密码辨识模块实物图2.2.2遥控开门远程遥控模块则是选用的既有的315mhz无线发射与接收模块，接收模块输出端经过反相处理再连接至单片机i/o口，这一块的信号的检测是通过在主循环中不断的查询对应i/o口的电平实现的

18、。 图2.3 遥控收发模块实物图2.2.3刷卡识别为缩短开发周期，提高可靠性，刷卡识别模块也采用了既有的兼容于philips mifare标准的射频模块。其主芯片为fm1702，该模块采用spi接口与单片机通信。其信号的检测与远程遥控一样均采用通过在主循环中不断的查询对应i/o口的电平实现。 图2.4 刷卡识别模块实物图2.2.4网络通信模块网络通信模块采用rs485通信标准，该电动门控制模块在发送端端配置一颗rs485，将所要发送的数据转为差分信号，为实现与计算机的串口通讯，在电动门控制模块外还搭配了一个rs485转232的转换模块。图2.5 位于电动门控制器上的rs485发送端图2.6 r

19、s485rs232转换头第三章 硬件设计3.1 密码辨识部分3.1.1器件选型与简介微控制器：该电动门控制器选用的微控制器是stc89c52rc，指令上完全兼容8051系列，具备512b的ram，8kb flash程序存储器，具备看门狗、p4口、第三个定时器、isp等扩展功能，在5v电压下其最高频率可达80mhz，这里选用其的主要考量在于两点：1是它具备比at89s52系列更好的抗干扰能力；2 是它的加密功能较为完善，有利于开发者保护其知识产权。10图3.1 stc89c52rc引脚图键盘专用ic这里选用的键盘专用ic为ch451l，ch451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描以及微控制器监

20、控的多功能外围芯片，ch451内置rc振荡电路，可以直接动态驱动8位数码管或者64位led，具备bcd译码功能，可以实现数据的左移、右移、左循环、右循环、各数字独立闪烁等控制功能。ch451内置大电流驱动级，段电流不小于30ma，字电流不小于160ma，具有16级亮度控制功能；在键盘控制方面，该器件内置64键键盘控制器，可实现88矩阵键盘扫描，并内置去抖动电路，可提供按键中断与按键释放标志位等功能；在外部接口方面，ch451可选择简洁的1线串行接口或者高速4线串行接口，并内置上电复位，可提供高电平有效复位和低电平有效复位两种输出，同时内置看门狗。11图3.2 ch451引脚图表3.1 ch45

21、1引脚说明引脚号引脚名称类型引脚说明2vcc电源正电源 15gnd电源接地 4load输入四线串行接口的数据加载，带上拉5din输入四线串行接口的数据输入，带上拉6dclk输入串行接口的数据时钟，带上拉3dout输出串行接口的数据输出，键盘中断1、2418seg7seg0三态输出及输入数码管的段驱动，高电平有效，键盘扫描输入，高电平有效，带下拉714dig7dig0输出数码管的字驱动，低电平有效，键盘扫描输入，高电平有效，带下拉17nc不连接，禁止使用 mcuch451dclkdinloadrstdout8位数码管或64位发光管seg7-0dig7-088矩阵64键键盘图3.3 ch451与单

22、片机的概要连线这里仅使用ch451的键盘扫描功能，因此选择了dip24s的ch451l，采用的是4线串口方式连接至单片机。以下对在键盘扫描功能中使用到的ch451控制字作简要说明：芯片内部复位：001000000001b 内部复位命令可将ch451的各个寄存器和各种参数复位到默认的状态。芯片上电时，ch451均被复位，此时各个寄存器军复位为0，各种参数均恢复为默认值。设定系统参数：010000000wdogkeybdispb 该命令用于设定ch451的系统级参数：如看门狗使能wdog、键盘扫描使能keyb、显示使能驱动disp等。各个参数均可通过1位数据来进行控制，将相应的数据位置1可启动该功

23、能，否则关闭该功能（默认值）。读取按键代码：0111xxxxxxxxb 读取按键代码命令用于获得ch451最近检测到的有效按键的按键代码。该命令是唯一的具有数据返回的命令，ch451通常从dout引脚输出按键代码，按键代码总是7位数据，最高位是状态码，位5位0是扫描码。读取按键代码命令的位数据b7b0可以是任意值，所以控制器可以将该操作命令缩短为4位数据b11b8。例如，ch451检测到有效按键并中断时，如按键代码是5eh，则先向ch451发出读取按键代码命令0111b，然后再从dout中获得按键代码5eh。ch451所提供的按键代码为7位，位2位0是列扫描码，位5位3是行扫描码，位6是状态码

24、（键按下为1，键释放为0）。例如，连接dig3与seg4的键被按下时，按键代码是23h。单片机可以在任何时刻读取按键代码，但一般在ch451检测到有效按键而产生键盘中塅时读取按键代码，此时按键代码的位6总是1。另外，如果需要了解按键何时释放，单片机可以通过查询方式定期读取按键代码，直到按键代码的位6为0。下表是连接在dig7dig0与seg7seg0之间的键被按下时，ch451所提供的按键代码。应注意的是ch451不支持组合键，也就是说，同一时刻，不能有两个或者更多的键被按下。表3.2 ch451键盘编码表按键代码dig7dig6dig5dig4dig3dig2dig1dig0seg047h4

25、6h45h44h43h42h41h40hseg14fh4eh4dh4ch4bh4ah49h48hseg257h56h55h54h53h52h51h50hseg35fh5eh5dh5ch5bh5ah59h58hseg467h66h65h64h63h62h61h60hseg56fh6eh6dh6ch6bh6ah69h68hseg677h76h75h74h73h72h71h70hseg77fh7eh7dh7ch7bh7ah79h78h 总的说来由ch451组成矩阵键盘相对而言较由74164的解决方案来得昂贵，但优势明显只需要占用4根i/o口，可以有效节约p口，而且比起同类芯片max7219等性价比优

26、势不言而喻。 液晶显示模块：液晶显示模块这里采用的是：lcd1602，lcd1602采用5v单电源电压；内置192种字符；具有64个字节的自定义字符ram；显示方式为stn、半透、正显；通讯方式为4位或8位并口。表3.3 lcd1602引脚说明管脚号符号功能1vss电源地（gnd）2vdd电源电压（+5v）3volcd驱动电压4rs寄存器选择输入端5r/w读写控制输入端6e使能信号输入端714db07数据输入输出口15a背光正端16k背光负端以下简要介绍该控制器所用lcd1602部分控制字：12 clear display清显示 指令码： 清显示指令将空位字符码20h送入全部ddram地址中。

27、使ddram中的内容全部清除，显示消失；地址计数器ac0，自动增1模式；显示归位，光标或者闪烁回到原点；但不改变移位设置模式。 entry mode set设置输入模式 指令码：i/d:字符码写入或者读出ddram后ddram地址指针ac变化方向标志：i/d=1,完成一个字符码传送后，ac自动加1；i/d=0,完成一个字符码传送后，ac自动减1；s：显示移位标志：s1，将全部显示向右（i/d=0）或者向左（i/d）移位：s0，显示不发生移位；s1时，显示移位时，光标并不移位；此外，读ddram操作以及对cgram的访问，不发生显示移位。function set功能设置 指令码：功能设置指令设置

28、模块数据接口宽度和lcd显示屏显示方式，即mpu与模块接口数据总线是4位或者是8位、lcd显示行数和显示字符点阵规格；所以应在执行其它指令设置之前，在程序的开始，进行功能设置指令的执行：dl：数据接口宽度标志；dl1，8位数据总线db7db0；dl0，4位数据总线db7db4，db3db0不用，使用此方式传送数据，需分两次进行：n：显示行数标志f：显示字符点阵字体标志set ddram address ddram地址设置 指令码：ddram地址设置指令设置ddram地址指针，它将ddram存储显示字符码的首地址add6add0送入ac中，于是显示字符的字符码就可以写入ddram中或者从ddra

29、m中读出；在lcd显示屏一行显示方式下，ddram的地址范围为：00h4fh；两行显示方式下，ddram的地址范围为：第一行00h27h，第二行40h67h；write data to cgram or ddram 写数据到cgram或ddram 指令码：写数据到cgram或ddram指令，是将用户自定义字符的字模数据写到已经设置好的cgram中，或者是将欲显示字符的字符码写到ddram中；欲写入的数据d7d0首先暂存在dr中，再由模块的内部操作自动写入地址指针所指定的cgram中或者ddram中； 采用液晶显示模块虽然增加了成本，但使得用户界面更加友善，同时也便于下一步研究中射频卡模块的调试

30、。 在线存储单元：x5045是一种集看门狗、电压监控和串行eeprom 三种功能于一身的可编程控制电路。图3.4 x5045引脚图 根据实际使用的需要，这里主要介绍x5045的串行eeprom功能，存储器部分是带块锁保护的cmos串行eeprom 阵列，阵列的内部组织是512x8位。x5045可提供最少为1000,000次擦写和100年的数据保存期，并具有串行外围接口（spi）和软件协议的特点，允许工作在简单的四总线上。 这里对于x5045所用的spi总线作一个简单介绍：串行外围设备接口spi（serial peripheral interface）总线技术是motorola公司推出的一种同步

31、串行接口。motorola公司生产的绝大多数mcu都配有spi硬件接口，如68系列mcu。spi总线是一种三线同步总线，包括串行时钟线（sclk）、主机输入从机输出（miso）、主机输出从机输入（mosi），除此以外还有一根低电平有效选择（oe）19x5045主要是通过一个8 位的指令寄存器来控制器件的工作，其指令代码通过si输入端（msb在前）写入寄存器。13表3.4 x5045的指令格式及其操作命令名称命令格式内 容wren0000 0110打开写使能开关wrdi0000 0100关闭写使能开关rdsr0000 0101读状态寄存器wrsr0000 0001写状态寄存器read0000 a

32、8011读存储单元write0000 a8010写存储单元 x5045在该电动门控制器中暂定为未来扩展用，供未来密码辨识增加的密码存储用或用于刷卡识别中增加的卡号存储，由于定位是存储器扩展，所以在设计中希望其不要独占i/o端口，因此选用与射频卡模块相同接口（spi）的x5045。3.1.2 整个模块设计与分析 1原理图图3.5 单片机各引脚连线图图3.6 液晶模块与单片机连线图 液晶模块中除了与p0口相连的8根数据线外，还使用了p2.1、p2.2、p2.3分别与lcm的rs（指令/数据寄存器选择端）、r/w（读写控制输入端）及使能端e相连接。图3.7 键盘扫描部分连线图 根据实际需要使用了10

33、个按键，原理图中考虑到矩阵键盘组的读图直观性，将第11和12个按键也连接在电路中。这10个按键占用了ch451中键盘扫描端口中seg0seg2与dig0dig3共7个端口，ch451与单片机p1.0、p1.1、p1.2、p3.2(int0)端口分别相连的有din（串行数据输入）、dclk（串行接口的时钟线）、load（4线串行接口加载协议）以及dout（串行数据输出），这里采用的是中断检测按键代码模式。图3.8 x5045与单片机连线图x5045采用spi总线与单片机通信，与刷卡模块复用同一总线，可以有效节省i/o端口，其中cs、so、si、sclk分别与单片机的p1.6、p1.3、p1.4及

34、p1.5相连接。2实物图：图3.9 密码辨识模块实物图3.2 无线收发模块图3.10 无线接收模块与单片机的连线图 无线接收模块的输出端口10、11、12、13及vt（解码有效）经过反相器与p0.0、p0.1、p0.2、p0.3、p3.4相连，对应单片机i/o口检测到低电平为有效输入。图3.11 四键无线发射模块发射器的概要参数：外形尺寸： 58x38x13毫米天线拉出后长度：13厘米发射功率： 20毫瓦工作电流： 14毫安 工作电压： 12v a27报警器专用电池遥控距离： 开阔地无障碍物遮挡情况下200米 图3.12 无线接收模块实物图 接收模块有七个引出端，分别为10、11、12、13、

35、gnd、vt、vcc，其中vcc为5v供电端，gnd为接地端，vt端为解码有效输出端，10、11、12、13是解码芯片pt2294集成电路的输出脚，为四位数据点动输出端，接收到有效信号时能输出5v高电平，驱动电流约2ma，与发射器上的四为个按键一一对应。表3.5 接收模块输出电位表遥控发射操作11121314gndvtvcc静态（无操作）0000gnd0vcc(+5v)按压发射键a1000gnd1vcc(+5v)按压发射键b0100gnd1vcc(+5v)按压发射键c0010gnd1vcc(+5v)按压发射键d0001gnd1vcc(+5v) 图3.13 无线接收模块10、11、12、13与v

36、t脚经过74ls05取反后与单片机p口相连 由于单片机各i/o口上电后即为高电平，因此由接受模块传输过来的高电平信号无法被有效读取，因此搭配一块74ls05反相器，将接受模块传输的高电平有效信号转为低电平，以利于单片机i/o口的读取。3.3 射频卡部分3.3.1射频卡模块采用的标准简介 刷卡模块同样采用的是既有的射频辨识模块，相较on broad方式优势很明显，可以有效缩短开发周期。该射频卡读写模块hy-502系列采用高集成iso14443a读卡芯片，支持mifare 1 s50，s70，ultra light&mifare pro，fm11rf08等兼容卡片，可以设置自动寻卡，默认情况下为自

37、动寻卡，采用上位机控制时可以在需要的时候关闭自动功能，这样可以提高读写卡的效率。hy-502是低功耗的模块，宽电压工作35v，这里采用是hy-502系列中的带天线与单片机数据通信接口为spi的hy502btg。图3.14 hy502btg天线一体化实物图这里简要介绍一下iso14443 typea标准：3617typea是由philips等半导体公司最先开发和使用，在亚洲地区，typea技术和产品占据了很大的市场份额。代表typea非接触智能卡芯片主要有：mifare_light(mf1 ic l10系列)、mifare1（s50系列、内置asic）、mifarepro等。相应的typea卡片

38、读写设备核心asic芯片，以及由此组成的核心保密模块mcm（mifare_core_module）的主要代表有：rc150、rc170、rc500、fm1702以及mcm200，mcm500等，总的来说，typea技术设计简单扼要，应用项目的开发周期可以很短，同时又能起到足够的保密作用，可适用于多种应用场合。表3.6 typea标准基本特点typea标准副载波频率847.5khz(13.56/16)manchester（bit encoding）具有较低的信噪比snr（读写器一方）防冲突特性（anticollision）可以控制在位（bit）层次上对于用软件来实现编码技术来说太慢，需要使用硬件

39、电路实现编码解码数据速度106kbps此处对广为使用的mifare1 s50卡片也作一个基本介绍：图3.15 mifare1 s50 功能组成整个卡片包含了两个部分，rf射频接口电路和数字电路部分。在rf射频接口电路中，主要包括有波形转换模块。它可将卡片读写器上的13.56mhz的无线电调制频率接收，一方面送调制/解调模块，另一方面进行波形转换，将正弦波转换为方波，然后对其整流滤波，由电压调节模块对电压进行进一步的处理，包括稳压等，最终输出供给卡片上的各电路。por模块主要是对卡片上的各个电路进行power-on-reset（上电复位），使各电路同步启动工作。在数字电路部分模块中，主要包括有a

40、tr模块：answer to request(请求之应答)用于将卡片block 0 中的卡片类型（tagtype）号共2个字节传送给读写器，建立卡片与读写器的第一步通信联络。anticollision模块：防止（卡片）重叠功能。anticollision模块（防重叠功能）启动工作时，卡片读写器将得到卡片的序列号serial number。序列号serial number存储在卡片的block 0中，共有5个字节，实际有用的为4个字节，另一个字节为序列号serial number的校验字节select application 模块：主要用于卡片的选择，当卡片与读写器完成了上述的二个步骤，程序员控

41、制的读写器要想对卡片进行读写操作，必须对卡片进行“select” 操作。以使卡片真正地被选中。被选中的卡片将卡片上存储在block 0中的卡片的容量“size” 字节传送给读写器。当读写器收到这一字节后，将明确可以对卡片进行深一步的操作了。authentication & access control 模块： 认证及存取控制模块, 在确认了上述的三个步骤，确认已经选择了一张卡片时，程序员对卡片进行读写操作之前，必须对卡片上已经设置的密码进行认证，如果匹配，则允许进一步的read/write操作。mifare 1 卡片上有16个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密码，互不干涉。因此每个扇区可独立地

42、应用于一个应用场合。整个卡片可以设计成“一卡通”形式来应用。control & arithmetic unit 控制及算术运算单元: 它主要进行对整个卡片的各个单位进行微操作控制，协调卡片的各个步骤；同时它还对各种收/发的数据进行算术运算处理，递增/递减处理，crc运算处理，等等ram/rom 单元: ram主要配合控制及算术运算单元，将运算的结果进行暂时存储，如果某些数据需要存储到eeprom，则由控制及算术运算单元取出送到eeprom存储器中；如果某些数据需要传送给读写器，则由控制及算术运算单元取出，经过rf射频接口电路的处理，通过卡片上的天线传送给卡片读写器。ram中的数据在卡片失掉电源

43、后（卡片离开读写器天线的有效工作范围内）将被清除。crypto unit 数据加密单元：该单元完成对数据的加密处理及密码保护。加密的算法可以为des标准算法或其他。eeprom interface/eeprom memory eeprom存储器及其接口电路: 该单元主要用于存储数据。eeprom中的数据在卡片失掉电源后（卡片离开读写器天线的有效工作范围内）仍将被保持。用户所要存储的数据被存放在该单元中。mifare 1卡片中的这一单元容量为8196bit(1 kbyte)分为16个扇区。12另外在卡片的四周还饶有天线线圈：如下图所示图3.16 mifare1智能卡3.3.2刷卡模块具体组成图3

44、.17 mifare1 s50卡片实物mifare1 s50卡特性总结： 存储容量：8kbit，16个分区，每个分区两组密码 工作频率：13.56mhz 通讯速率：106kboud 读写距离：2.510cm 读写时间：12ms 工作温度：-2085 擦写寿命：100，000次 数据保存：10年 外形尺寸：iso标准卡85.6540.80/厚卡/异形卡 封装材料：pvc、abs、pet、petg、0.13mm铜线 封装工艺：超声波自动植线/自动碰焊 执行标准：iso14443，iso 10536 典型应用：企业/校园一卡通、公交储值卡、高速公路收费、停车场/小区管理以下为针对hy502btg的说

45、明：图3.18 hy502btg的引脚图上图中j1为模块与控制器的接口，j2为模块与天线的接口 9图3.19 hy502btg实物图表3.7 j1端口说明引脚符号i/o类型描述j11scli/ospij12misoi/ospi主入从出端j13mosii/ospi主出从入端j14nssispi从器件选择端j15rsti模块复位端，低电平有效，也可以悬空j16x悬空j17sigo中断输出端，0表示有卡j18vcc电源电源正端j19gnd地电源负端表3.8 j2端口说明管脚符号描述j21gnd地j22tx1天线发送1j23gnd地j24tx2天线发送2j25gnd地j26rx天线接收hy502btg

46、的特点说明： 标准的三线式spi接口器件 中断控制线输出口，能及时检测到靠近天线区的卡片 采用高集成度iso14443a读卡芯片，支持mifare标准的加密算法 具有ttl/cmos两种电压工作模式，工作电压35v，低功耗 内置高性能处理器，具备高可靠性 抗干扰处理，emc性能优良 把复杂的底层读写卡操作简化为简单的几个命令 默认为自动寻卡方式，无需上位机频繁发送寻卡指令 3.3.3与微控制器接线设计图3.20 hy502btg与单片机连线图这里采用查询方式检测有无卡片，具体的则是将sig与p2.4相连，在主循环中不断检测p2.4的电平，一旦检测到低电平进入读卡子程序。片选段nss与p3.7相

47、连，scl、so、si则挂在spi总线上，接法同x5045。另外为便于调试的侦错，此部分还接有两个状态指示灯，分别对应单片机的p2.5和p2.6端口。3.4通信模块 通信模块采用rs485标准，rs485的特点是1 平衡差分信号线传输信号，工作于半双工方式2 传输距离可以达到1200m，速率可达100kbps3 可实现多个负载功能，可连接多达32个传送或接收设备图3.21 通讯部分设计框图3.4.1 器件选型与简介 先对max485作简要说明：14图3.22 max485引脚图表3.9 max485引脚说明a同相驱动器输入和输出端b反响驱动器输入和输出端ro接收器输出端di驱动器输入端re接收

48、器输出使能端de驱动器输出使能端 de=0 ab成高阻 re=0 作接收器用 de=1 ab有效，器件作线驱动器表3.10 max485功能表发送功能表接收功能表输入输出输入输出rededibaredea-brox1101000.2v1x1010000.2v000输入开路100x高阻高阻10x高阻10x高阻高阻 此外转接头部分还用到了max232，但由于max232属于常用芯片，这里就不再展开介绍了3.4.2与微控制器接线设计图3.23 max485与单片机连线图 图中，作为发送端max485的ro，di分别接单片机的rxd与txd端口，而使能控制端接p2.7，当p2.7=1时发送打开，p2.

49、7=0时禁止发送。 图3.24 转接头部分的原理图 图示为rs485rs232转接部分电路原理图，根据设计思想，只需要完成从单片机到pc机的发送任务，因此此处简化设计，将转接部分max485的de、re全部接地。图3.25 单片机发送端实物图 图3.26 rs485-rs232转接部分实物图3.5电动门驱动部分图3.27 电动门继电器驱动部分原理图电动门驱动部分主要由光藕与继电器构成，为便于演示效果，继电器动触点两端分别接了两个led以指示其工作状态。图3.28 电动门驱动部分实物图实物中，为节省空间，省去光藕，由一个pnp三极管起开关作用，图中二极管起保护作用第四章 软件设计4.1主程序设计

50、主程序即主循环，在单片机没有收到外界触发的情况下所一直执行的循环程序。主要包括有以下内容：1 初始化ch451（键盘专用ic）2 初始化串口3 初始化中断设置4 读出密码辨识部分的初始设置的密码5 调用液晶显示程序，在第一行显示“enter password”，并将光标移至第二行第一个6 查询遥控模块信号，查询射频卡可用信号注：整个循环中如果有按键中断，则进入对应中断服务子程序 初始化ch451初始化串口初始化中断设置读出密码辨识部分的初始设置的密码调用液晶显示程序，在第一行显示“enter password”，并将光标移至第二行第一个遥控模块可用信号查询y，转入对应子程序切换开关电平检测n低

51、电平高电平跳过射频卡信号检测检测射频卡可用信号y，转入对应子程序判断a值是否为99h加入此处判断的目的在于判断是否处于按键输入过程n，返回遥控信号查询y，返回初始化ch451图4.1 主程序流程图4.2 密码辨识部分密码部分采用中断触发方式，当有键按下，对应int0被触发，单片机转入中断子程序，该服务子程序主要有以下内容： 读取按键代码值 根据按键代码值转入对应子程序，若为数字则在液晶上显示“*” 到输完6个数字按下确认按钮后，判断是否与初始密码相符合 检测切换按钮的电平高低，若为低电平，还需刷卡确认，若为高电平则直接打开继电器然后返回主循环读取按键代码值根据读取的按键代码值转入对应的子程序，若为数字键则在液晶屏上显示*，若为取消键则置a为99h并返回主循环当输完6个数字键并按下确认按钮后，判断与初始密码是否相符n，给a赋值99h，并返回主循环y相符，判断切换开关电平状态低电平，转入刷卡查询高电平则显示“you are welcome!”并驱动继电器打开，同时串口发送01h给a赋值99h，返回主