基于IC卡的楼宇门禁系统的设计-毕业设计

1、基于IC卡的楼宇门禁系统的设计学生： 指导教师：内容摘要：在楼宇中实行门禁系统是很有必要的，本论文介绍的是基于非接触式IC卡的楼宇门禁系统，非接触式IC卡是IC卡的基础上的一次新革命，非接触式IC卡楼宇门禁管理系统是IC卡技术和射频识别技术相互结合的产物。射频技术是最近几年才发展起来的一种新的识别技术。我们现在的很多学校大都已经采用了这种方便又快捷的新技术，本文通过对接触式IC卡和非接触式IC卡的比较，总结了非接触式IC卡的优点。 关键词：非接触式IC卡 射频技术 楼宇门禁 Design of entrance guard system based on IC card Abstract: I

2、n approximately the entrance guard system is necessary .This paper introduces the building entrance guard system based on contactless IC card. Contactless IC card is IC card on the basis of a new revolution .Non-contact IC card entrance guard building management system is the IC card technology and

3、the product of radio frequency identification technology in combination with each other. Non-contact IC card entrance guard building management system is the IC card technology and the product of radio frequency identification technology in combination with each other. Today we have a lot of schools

4、 are mostly adopted the convenient and efficient new technologies . This article through to non-contact IC card and contactless IC card, summarizes the advantages of contactless IC card.Keywords: no contact IC card radio frequency technology access to the building .目 录前言11 楼宇门禁系统的介绍21.1 楼宇门禁的背景21.2

5、楼宇门禁系统的发展22 方案设计32.1 卡式门禁的选择32.2 门禁系统组成43 硬件设计44 非接触式IC卡门禁系统的构成54.1 读卡器64.2 IC卡64.2.1 IC卡的分类64.2.2 非接触式IC卡的特点74.2.3 非接触式IC卡的功能组成74.2.4 IC卡的技术指标74.2.5 非接触式IC卡的优点84.2.6 非接触式IC卡门禁系统主要技术自动识别技术95 读写芯片选用96 射频接口电路96.1 射频技术97 数字电路部分108 软件设计118.1 编程语言的选择1182 主程序设计118.3 MF RC500应用子程序设计128.3.1 AT89C52对MF RC500

6、的初始化128.3.2 AT89C52对MF RC500的操作129 结束语13参考文献14V15基于IC卡的楼宇门禁系统的设计前言 不知锁是从什么时候发明的，可是人们却对它情有独钟，从古至今人们的潜意识里门锁就是用来保护室内财产安全的。随着人们生活水平的提高和社会安全意识的提高，人们的安全防范意识也在不断的增强，当今社会科技越来越发达，人们对高科技服务于生活的要求也越来越高。但是运用高科技手段抢劫和盗窃的犯罪活动也层出不穷。人们渴望更可靠更安全的系统来保护自己的权益。本论文所讲的该系统不需铺设通讯线路，而且可靠性高、成本低、便于维护，尤其方便现在大多数的老社区和办公楼的智能化改造。非接触式I

7、C卡楼宇门禁管理系统是以非接触式IC卡射频识别技术为核心，让用户能够方便和自主的使用为目的，具有高安全性、高可靠性的一种管理系统。在要使用IC卡时只需在读卡器前面一划就能轻松的识别用户名而据此来判断开门与否。相对于传统的门锁来说，传统的门锁需要钥匙开门，然而钥匙往往易丢失或者被人盗取，这样我们的生活就会有很大的隐患。本文所介绍的非接触式IC卡门禁管理系统就不存在这种问题，卡片不易被复制所以也就使得这种非接触式IC卡门禁管理系统现已广泛地应用于楼宇自动化和很多重要区域。 1 楼宇门禁系统的介绍1.1 楼宇门禁的背景从古至今人们的潜意识里门锁就是用来保护室内财产安全的。随着人们生活水平的提高和社会

8、安全意识的提高，人们的安全防范意识也不断的增强，当今社会科技越来越发达，人们对高科技服务于生活的要求也越来越高。传统的机械门锁只是单纯的机械装置，无论结构设计多么巧妙，材料多么坚固，然而人们却总能通过各种手段把它打开。而且这种机械锁都是通过一把钥匙来开门，我们都知道钥匙太多又会成累赘。这样会让我们的生活变得特别繁琐，而且钥匙的管理真的很麻烦，人员更换或者钥匙丢失都要把锁和钥匙一起换掉。这样不仅不方便我们的生活还给我们的生活带来了无尽的烦恼。所以我们就以智慧来想办法解决这些问题1。为了解决这些问题，就出现了电子密码锁和电子磁卡，虽然在一定程度上解决了传统门锁的不足，但是每一种东西都会有一定的缺陷

9、，随着人们使用的增加，它们的缺陷也就逐渐显露出来，电子密码锁的问题是密码和容易被泄露，而且人们也很难查出怎能么泄露的。电子磁卡锁的问题是信息很容易被复制，而且卡片与读卡机具之间磨损又大，识别又不精确磨损又很厉害，这样就很不安全。而且很容易被人在室外开锁。随着时间的推移近几年出现了很多门禁系统，还有指纹识别系统、面部识别系统等等但是到现今最好用也是最实用的系统莫过于本文介绍的这种非接触式的IC卡门管理禁系统。IC卡行业的发展始于1993年左右，当时我们国家建立了“金卡工程”，到现在已经取得了相当了不起的成就。我们已经自主开发较大容量的储存卡，但是对于本文要介绍的非接触式的IC卡技术仍处于比较落后

10、的状态，然而这种技术又是现在很多行业所需要的，所以为了加快非接触式的IC卡的发展，我国不少科研院所参与到射频卡的研究上来，尤其是中科院这个我们国家的高科技集中的院所更是作出了不朽的贡献2。1.2 楼宇门禁系统的发展随着社会的发展，人们对于防盗的要求也越来越高。传统的门锁仅仅是单纯的机械组装，然而开锁的工具往往只需一把钥匙。可是钥匙却很容易丢失和复制，为了解决这种烦人的问题于是就出现了电子磁卡锁和电子密码锁。这就标志着门禁管理进入了信息时代。第一代门禁：键盘输入密码方式这种门禁优点是简单易操作缺点是会因忘记密码而被拒之门外；第二代门禁：接触卡式：磁码卡：把瓷质贴在塑料卡片上制成的，缺点是易消磨、

11、易磨损。铁码卡：卡片中间用特殊金属线排列编码，优点是安全性能高，缺点是容易消磁。第三代门禁：非接触式IC卡：采用半导体制造技术和信息安全技术，通过电子回路和感应线圈在读卡器产生特殊的振荡频率，只要卡片进入了读卡的范围，感应电流就会使电子回路发射信号到读卡器上面，收到的信号被读卡器发送到控制器，遥控器经过处理再把信息反馈回来。第四代门禁：生物识别系统：有指纹机、视网膜机和声音辨别机和人脸辨别机。这些都是比较高级的出入口使用的控制系统，对于本论文所介绍的楼宇门禁系统来说没有必要使用这种技术，从钱财的投入来说不经济实惠，而且安装也比较麻烦。而且这些识别系统还有缺点人生病会影响识别效果，甚至会无法识别

12、3。2 方案设计2.1 卡式门禁的选择随着生物识别技术，感应卡技术的发展，门禁系统也越来越成熟，随着人们安全防范意识也不断的增强，人们对于卡式门禁的选择也有了的要求也加大了，下表是几种卡的比较如下表2.11所示：表2.11 卡式比较性能磁卡接触式IC卡非接触式IC卡信息载体磁性物质（磁条）EEPROMEEPROM信息量较小大大读取方式电磁转换电擦写无线通信保密性一般好好识别速度低低很快读取距离接触接触远使用寿命短长很长成本低较高较高多标签同时识别不能不能能从上表可以看出，非接触式IC卡是当今卡式门禁系统当中最好的选择。所以本论文选用的就是非接触式IC卡的门禁管理系统。非接触式IC卡是射频识别技

13、术和IC卡技术相结合的产物，是人类门禁史上的一次重大科研成果。2.2 门禁系统组成门禁系统的构成是由读写器部分、中央控制电脑的软件管理系统模块、中央控制电脑与读写器之间的数据传输模块组成，如图2.21所示：楼层PC1楼层PC n电磁门锁n门禁读卡器1门禁读卡器n电磁门锁1电磁门锁n门禁读卡器n门禁读卡器1电磁门锁1管理中心服务器局域网 图2.21 楼宇门禁系统框图3 硬件设计本论文采用Philips公司的非接触式IC卡Mifare 1卡，以M1卡作为用户卡，以用户卡的序列号SN为依据控制门的开关。硬件电路主要是由MIFARE卡读写模块ZLG500A及天线、数据传输、中央控制、键盘、显示器主控制

14、器AT89C52、门禁记录与授权卡号存储器、时钟电路以及电磁门锁等部分组成，其硬件框图如图31所示： 主控MCU单片机芯片（89C52）复位电路时钟电路（DS1302）数据存储电路传输模块RS485中央控制电脑MCM500模块天线液晶显示键盘电锁出门按钮射频卡图3-1 门禁系统硬件框图4 非接触式IC卡门禁系统的构成非接触式IC卡门禁系统由非接触式IC卡、读卡器和PC管理机组成，此外还包括外部门禁设备如图41所示： 图41 系统基本组成框图4.1 读卡器门禁系统的关键部件就是是读卡器，它是由读写芯片、微处理器、射频天线、串行通信接口、外围扩展器件等几部分组成的。接上串行口和+5V电源可以读卡和

15、与计算机通信。读卡器是用户与卡片之间的桥梁，能够处理来自身份的信息4。其内部结构框图如图4.11所示。本课题采用的读卡器是针对Philips公司MIFARE产品设计的，能够读写MIFARE列的非接触式IC卡。R232通信通信接口电源蜂鸣器驱动天线耦合电路天线单片机MIFARE读写芯片图4.11 非接触式IC卡读卡器结构框图4.2 IC卡4.2.1 IC卡的分类目前国际上还没有统一的标准。但可供射频卡使用的有ISO10536、ISO14443、ISO1593和ISO18000。而本设计采用的是ISO14443标准。按照应用领域来分：IC卡可以分为非金融卡和金融卡。按照卡与外界数据传送的方式来分：

16、IC卡可分为接触式IC卡和非接触式IC卡，而本文主要是介绍非接触式的IC卡。非接触式IC卡又可分为：射频加密式（RF ID）通常又称之为ID卡 。射频卡的信息存取是通过无线电波来完成的。主机和射频间是没有机械接触点的，比如说HID、INDARA、EM之类的等等。大多数学校使用的饭卡（我们学校就是使用的饭卡）、门禁卡都属于ID卡。射频储存卡（RF IC）通常又称之为非接触IC卡 。射频储存卡是通过无线电来存取信息，它是在存储卡的基础上增加了射频的收发电路。比如说MIFARE ONE。一些城市很久前使用的公交卡、部分学校使用的饭卡都属于射频存储卡5。 射频CPU卡（RF CPU）通常又称之为有源卡

17、，是在CPU卡的基础上增加了射频收发电路。CPU卡拥有自己的操作系统COS，这才称得上是真正的智能卡。大城市的公交卡（成都市）、金融IC卡、极少数学校的饭卡都属于射频CPU卡。4.2.2 非接触式IC卡的特点非接触式IC卡通过读写方式与读写设备进行通讯，卡与读卡器之间进行的是无线通讯，采用射频技术只要在额定范围内使用都能识别信息，这样就为我们的生活提供了更便捷的服务。不仅操作快捷而且抗干扰性高，其具体表现在在允许多张卡片同时使用，还具有高可靠性和高安全性，厂家在产品出厂前将特定的序列号固化于卡内芯片中，使用卡时需要与读卡器进行三次相互认证，并且所有数据都加密。4.2.3 非接触式IC卡的功能组

18、成本课题采用的非接触式IC卡是philips非接触式IC卡的功能组成如图4.2.31所示： 图4.2.31 非接触式IC卡的功能组成图非接触式IC卡又称为射频卡，是感应天线和IC芯片和组成的，芯片和天线是无任何裸露部分得。这项新技术是最近几年才发展起来的，它是将IC卡技术和射频识别技术结合起来的产物，彻底地结束了卡中无电源和非接触这一历史难题，这项技术是一项重大突破。更是为后来IT行业的发展奠定了一定的基础。非接触式IC卡要求卡片在读写器表面大约为5cm10cm范围内靠近，完成数据的读写操作就可以通过无线电波的传递来执行6。4.2.4 IC卡的技术指标IC卡的技术指标如表4.2.41所示：图4

19、.2.41 非接触式IC卡的技术指标图参数外形尺寸IS0标准卡85.5×54×0.76卡/异形卡存储容量8Kbit,16个分区，每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ISO 14443，ISO 10536功能支持一卡多用典型应用企业/校园一卡通、公交储值卡、高速公路收费、停车场、小区/园区管理等4.2.5 非接触式IC卡的优点非接触式IC卡与读写

20、器之间没有机械的接触，这样就避免的类似于磁码卡的问题。比如:由于不正确的插卡，而导致的不正确卡的外物插入，因为灰尘或者油污而导致接触不良等等故障。除了这些,非接触式卡表面没有裸露芯片，不需要担心芯片的脱落，静电的击穿，弯曲损坏等等问题，便于卡片的印刷，也提高了使用的可靠性7。非接触通讯指的就是读写器在5cm10cm范围之内就能够对卡片进行操作，所以不需要插拨卡，用户就能轻易操作。使用时非接触式IC卡片时可以在任意方向扫过读写器表面，既省时又省力还省心这样就大大的为生活提供了方便。非接触式卡的制造厂家在卡片出厂前已经把序列设成唯一的，也就是说卡的序列号已经在出厂前就已经确定,所以不能够更改。读写

21、器和IC卡之间采取的是双向验证，也就是说读写器验证要验证IC卡，IC卡也要验证读卡器。非接触式卡在处理之前要与读写器进行认证而且得有三次认证，所有的数据在通讯过程中都要加密。此外，卡中中各个扇区都有特定的操作密码和访问条件。接触式卡的存储器结构特点使它能够一卡多用，这样就能运用于不同系统中，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问的条件。4.2.6 非接触式IC卡门禁系统主要技术自动识别技术自动识别技术是最近几年才发展起来的一项新技术，通过识别装置和被识别物品之间接近活动从而自动的识别物品的相关信息然后提交给计算机来完成操作。它是信息数据自动识读计算机和自动输入计算机的重要方法和手段。自动识别

22、技术近几年来得到了迅猛的发展，形成了一个包括IC卡技术、射频技术、声音识别技术等等完整的自动识别计算机管理系统还包括自动识别系统、应用程序接口、中间件、应用系统软件。自动识别技术包括：条码技术。光学字符识别。磁条卡技术。IC卡识别技术。声音识别技术。视觉识别技术。射频识别技术。5 读写芯片选用由于前面已经选定Philips公司的Mifarel卡为本项目的射频卡，所以射频读写芯片也是选用的来自于Philips公司的芯片产品。MF RC530由于可以支持33V电源供电，相对于同类产品来说MFRC500的性价比更高，因此本论文决定选用的就是MFRC500射频读写芯片。MF RC500是是一种低成本、

23、高集成、高性能的读卡芯片，具有下列的特性：该芯片在13.56MHZ频率下集成了非接触式IC卡的通信方式和通信协议，支持ISOflEC。 该芯片提供了一个解调和解码电路，而且是坚固有效的调节解码电路。6 射频接口电路6.1 射频技术射频技术（RF）是Radio Frequency的缩写。无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）是射频技术比较常见的应用,是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。常常又被称为感应式电子晶片或感应卡、非接触卡、电子标签、近接卡、电子条码等。射频是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或者电磁场）实现信息之间的传递并能够

24、通过传递的信息来达到识别的目的。其原理是由扫描器发射一特定频率之无线电波能量给接收器。 在射频接口电路中，波形转换模块接收读卡器上的1356MHZ的无线电调制频率。 系统的主要参数要求如下：工作频率：1356MHz通信频率：106K波特率防冲突：同一时间可处理多张卡读写距离：在100mm(与天线形状有关)能方便、快速传递数据半双工通信方式数据处理完整且安全典型处理时间小于200ms综合分析了了各项指标。结合本门禁系统的需要。再考虑到成本、技术要求、保密性等等重要因数。本论文参考了所有的门禁系统最终确定了性价比较高的philips公司的mifarel卡，MF RC500读写芯片。因为这个芯片无论

25、是从技术上来讲还是保密性来讲都是性价比较高的。它的特征符合本门禁系统的各项要求8。7 数字电路部分认证模块：选择一张卡片，程序员在对卡片进行操作前须对卡片上已设的密码进行认证，如果与原信息相符，那么就可以进行下一步的操作。而且必须得进行三遍认证，三遍认证的令牌原理框图如图71所示：(C)(E) 非接触式IC卡读写器MIFARE 1卡片（A）RB(B)TOKEN AB(D)TOKEN BA 图71 三次相互认证的令牌原理框图8 软件设计8.1 编程语言的选择软件是整个门禁控制系统的灵魂，相应的软件编制对系统各项功能的实现起着决定性的作用。选择合适的编程语言就是软件编制的前提也是重中之重。对AT8

26、9C52单片机为核心的嵌入式系统而言，所有的控制都是由单片机程序控制实现9。独立式键盘是利用单片机I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下，这种方式的缺点是占用的I/O 口数较多。键盘的抖动问题是对键盘处理的时的一个重要的问题。独立式键盘，如图8.11所示：  图8.11 独立式键盘图82 主程序设计软件主程序是系统的监控程序，主要完成初始化，控制程序的流向，调用子程序等功能。其工作流程如图8.21所示。上电复位后，程序开始运行10。首先是初始化的工作。 图8.21 工作流程图 8.3 MF RC500应用子程序设计8.3.1 AT89C52对MF RC500的初始化写4

27、1H到寄存器RxControl2： 译码源来自内部写5BH到寄存器TxControl： 使能TXl和TX2脚，设置调制源来自内部写ADH到寄存器BitPhase： 设置天线的位相值写OOH到寄存器MfOutSelect： 设MFOUT引脚为低电平8.3.2 AT89C52对MF RC500的操作AT89C52是通过对MF RC500的控制来实现对Mi fare l卡的读写操作，所以在软件上我们首先要设计好AT89C52对MF RC500的控制，主要有以下三方面：(1)设置MF RC500的状态：(2)通过读MF RC500的状态标志来监视MF RC500的工作情况；(3)发送命令，要求MF RC500执行相应的动作。9 结束语经过两个月的努力，基于IC卡的楼宇门禁系统设计论文终于完成了。在设计的过程中出现了很多难题，但幸好得到了老师的帮助顺利解决了我的难题。写论文之初我对IC卡只有一个模糊的概念，只是单纯的知道我们学校的饭卡就是IC卡。除此之外，对IC卡的概念就是看的那些电影了，不过也仅仅知道怎么使用，具体理论还是不清楚。因为现在是大三，各方面事情都比较多所以这次论文的时间虽还是多但是写论文和查资料还是显得有些仓促，做得很不完善，在设计过程中由于对程序不是很了解所以做起