【《基于51单片机的智能门禁系统设计》14000字（论文）】

基于51单片机的智能门禁系统设计摘要随着电子技术的发展以及有些部门对其进出人员的严格限制，电子门禁系统也应运而生。一个公司可以根据其需要，建立一个独立的门禁系统来管理进出该机构的人员，但是由于门禁系统的规模及功能的不断扩大，使用门禁系统的费用也不断攀升，本文针对这种现状，设计了一种基于RFID的高性价比智能门禁系统，满足某些小规模门禁系统的需求。本次设计的基于RFID的智能门禁系统，对于门卡信息的读取采用的是射频模块MFRC522，由单片机STC89C51控制射频模块来进行对门卡的读写操作。对于门卡上的信息，先由单片机判断信息数据是否合法，如果合法，则通过串口传输到上位机上进行对数据的判断。目标门的开关是由单片机通过驱动电路控制继电器来实现的。在软件的设计上，本系统选用的是51系列单片机的专用开发环境Keil2来实现的。智能门禁系统在启动时，首先要对无线收发模块MFRC进行初始化，然后在对其内容进行读写。在读写时要防止卡的冲突以及对卡进行及时的挂起，以免影响系统的正常工作。对卡的信息读取无误后，在通过上位机中的数据库对读取的信息进行核实，如果信息准确，单片机就控制继电器进行对门的开关。关键字:射频读写单片机智能门禁电子锁目录1绪论 41.1课题背景及意义 41.2门禁系统的国内外研究状况及发展趋势 41.3RFID门禁系统的优越性 61.4本文主要研究内容 62门禁系统总体方案 72.1系统的总体设计方案 72.2单片机的选型 82.3射频读写器件的选型 93门禁系统的硬件设计与调试 113.1硬件构架分析 113.2控制器模块电路设计 123.3串口通信模块电路设计 133.4电子锁驱动电路设计 153.3电路的焊接 153.4程序的烧写 163.5小灯、继电器的调试 173.6液晶的调试 174门禁系统的软件设计 184.1软件开发环境介绍 184.2串口初始化 194.3初始化程序设计 204.4各模块程序的设计流程 214.5电子锁程序设计 245.1结论 25参考文献 261绪论1.1课题背景及意义随着社会的发展和技术的不断进步，社会生产分工越来越细，各个部门、公司之间的交流也越来越紧密。随着这些部门间业务的交互，人员进出机构的几率大大增加，随之一些安全隐患也发生了。非机构人员随意进出该机构不仅使引发安全隐患案件的侦破难度增加，还使得这种犯罪愈演愈烈。各个机构尤其是人员流动较大的机构，比如学校、公司以及一些关系到国计民生的公用事业单位，要严格的控制人员的进出。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。楼宇保安系统不仅包括闭路电视及防盗报警，此外还包括一些门锁、防盗门、防盗网及保安人员等，但这些远远不能满足人们日益增加的安全要求。社会对管理秩序安全的提高使得智能的门禁系统应运而生。随着社会的发展，自动化智能化的生活环境管理系统在人们的日常安全中起到了越来越重要的作用。门禁系统不仅能够阻止非机构人员的出入，还能够对机构内的人员输入频率做出统计。在发生安全事故时，还能对事故进行报警。本次设计的基于RFID技术的门禁管理系统是将“感应卡”与“锁具”有机结合，进而由“感应卡”替代“钥匙”，配合电脑实行智能化管理，正是由于感应卡的上市，使用者再也不需要携带钥匙，更免除了钥匙被复制的烦恼，再也不必担心财物可能蒙受损失。同时，它在功能上实现了通讯自动化、办公自动和管理自动化，以计算机网络为桥梁，全面实现对通讯系统、办公自动化系统的综合管理。1.2门禁系统的国内外研究状况及发展趋势1.2.1门禁系统的发展现状出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它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。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间，智能化小区，工厂等。门禁系统首先在经济发达的欧美地区研制使用，这些地区门禁系统市场的发展已经日趋成熟，产业分工细化，并且在国际市场上占有较大的份额。国外设计开发的的门禁系统安全性较高，但是价格也不菲，基于RFID技术门禁系统控制器的价格一般都在4000到3万元之间，整套系统报价均在万元以上，包括读卡器、门锁、控制器、软件等部分。但是，由于各大公司之间的竞争激烈，现在，门禁产品价格也在不断的大幅下降，使得现今一套系统的报价在1000美元左右，已经进入了广泛运用的时代。由于技术的不断发展和市场的逐步成熟和开放，门禁系统行业已经打破了由个别大公司垄断的局面，人们已经可以很方便地分别从不同公司采购到各部分设备，自己进行系统集成就可完成整套系统的安装。在亚洲和中国，门禁系统分别处于成长期和初始阶段。人们对门禁系统的了解还只停留在认识教育和试用阶段。国内从事门禁系统有门吉利、捷顺、北京青云等公司。在技术方面，中国目前也有很多厂家，仿制国外优秀的门禁系统，但生产IC卡和读卡器的关键技术则被欧美国家和部分亚洲国家所垄断，并且真正形成大批量生产的厂家还只有美国；德国、英国次之；日本、台湾、新加坡处于同一档次；中国正处在起步跟进的阶段。虽然国内已经实行“金卡工程”，并且对于非接触式IC卡的技术的开发和应用给予高度重视，但是智能门禁系统的使用在国内还处于发展时期，因此对关于门禁系统的理论进行研究就非常重要。最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，门禁系统的应用领域也越来越广。1.2.2门禁系统的发展方向由于计算机技术的普及和发展，门禁系统的控制设备逐渐被计算机取代，逐渐向智能化发展。与此同时，越来越多企业建立了网络系统并进入了国际互联网组织。企业将管理挂接在网络上，以求实现简单化、无人化、智能化系统的发展。门禁系统出入口安全管制系统在各企业的安全防范中占有举足轻重的地位，其应用领域越来越广，已完全超出其“出入口安全管制”的概念。可见，门禁系统将有更广阔的发展空间。根据当前门禁系统的发展状态和近几年门禁系统发展的需求，未来门禁系统发展的趋势将呈现以下特点：1)RFID卡的发展趋势为可读写的大容量IC卡，实现一卡通系统，对于指纹等要求高安全性的门禁系统只适用于一些特定的场合。2)门禁系统在新的领域（物流）应用提出了新的待解决方案。3)一些开放式通道实现门禁验证安全管理（会议签到、公园/地铁出入口验证）。4)大流量人流的快速通过，快速计数、快速考勤、快速验证。5)基于全国/全世界连锁企业，基于LAN/WAN网络的异地化管理、数据共享门禁管理系统。6)高级智能型门禁控制系统是当前门禁系统的重要发展方向，高级智能型门禁系统是一种联网式门禁系统，功能也比较完善。但对于一般的企业、住宅小区来说，并不是最理想的选择。这种门禁系统常用于国防、军事等单位。门禁系统是安防领域的基础平台，随着门禁系统的普及以及门禁应用领域的不断扩展，门禁系统将不单单局限于传统的安防系统，基于不同行业的应用需求，将会出现门禁系统与短息平台的整合，通过短信进行报警和控制；门禁系统与办公自动化的整合；门禁系统与ERP的整合。在办公自动化中，门禁与IT的整合还属于新鲜事物，通过在门禁控制器上增加一些设备和借口，增加其扩展功能，便于实现门禁与办公自动化的联动，目前已经能做到门禁安保信息与电脑登陆等程序的整合。在不久的将来，门禁还将与打印、复印、人事管理等办公模块相联动，而门禁与IT、办公自动化、通信的整合，也必将成为未来门禁系统的一大看点。但是由于门禁系统的应用场合越来越多，在某些机密性要求高的场合确实需要功能强大的门禁管理系统，在有些保密性较小的场合需要的是一套简单的高性价比的门禁系统，比如学校等一些人员流动大、利益关系小的场合。所以在开发设计功能完备，安全性能高的门禁系统的同时，还需要设计一种较为低端的功能完备而且性价比高的门禁系统。1.3RFID门禁系统的优越性(1)使用寿命长RFID卡和读卡器无需机械接触即可工作，从而避免了因机械磨损而导致的故障，大大延长了使用寿命。(2)使用方便RFID卡使用非常简单，不需固定方向和位置，决不会有黑暗中找不到锁孔的烦恼。(3)安全可靠每张卡在出厂时都写有唯一的不可更改的编号，卡和读卡器均不可复制，且防水、防磁，抗干扰。当卡片不慎丢失，不需再劳神费力换锁，只需在控制器或系统软件将卡片删除便可万无一失，确保系统的安全性和可靠性。(4)一卡多用机械锁每门至少必须配一把钥匙，而RFID卡可以一张卡开多个门，只要随身带一张卡，便可通行任意通道，再也不用带很多沉甸甸的钥匙。1.4本文主要研究内容本次设计的门禁系统采用射频方式读取IC卡的信息，通过单片机作为主要控制器进行对整个门禁系统的信息处理与控制。主要工作有：1)以MFRC522为核心，结合STC89C51、液晶屏等设计了一套单片机控制IC操作的控制系统，其中包括了射频读写器、液晶屏等软硬件的设计。2)系统的对MFRC522芯片的操作流程进行研究，并使用C51语言开发了读写器的底层控制软件，并把对卡的不同的操作编成子程序模块，方便系统升级。3)对适用于短波射频系统的小环天线进行了设计。4)对系统与PC机进行交互进行了研究。采用MAX232电平转换芯片，实现系统的主控单元STC89C51与PC机的通信。2门禁系统总体方案2.1系统的总体设计方案本次设计的基于单片机的门禁系统采用射频识别技术来对用户的信息进行读取。通过单片机来进行对输出门锁的控制。在单片机上还采用串口实现与上位机的数据通信。系统的主要结构如图2.1所示：图2.1RFID门禁系统主要构成系统通过射频信息的读写模块MFRC522来对射频卡上的内容进行读写，并将读入的信息传递给单片机，单片机根据读入的信息，一方面将信息通过串口通信传输到计算机上，一方面根据读入的信息的正确与否来控制电子门锁的开锁。如果单片机读入的MFRC522上的信息是系统的法定信息，则单片机就控制电子门锁打开；如果单片机读入的信息是本系统的非法信息，则单片机就控制电子门锁不打开。对于射频读写模块读入的信息，通过单片机传输到控制计算机中，即可完成上位机对系统出入人员信息的监控。本次设计的采用RFID的门禁系统的实现方案就是通过射频信息的读入模块MFRC522读入信息，经过单片机判断，控制电子锁的开关状态以及射频信息与计算机的交互。对于门卡上的信息的验证，则是通过单片机将初步认定合法的数据通过串行通讯传递到上位机，在上位机数据库中通过查询实现的。经过验证正确的信息，上位机就发送标志位给单片机，单片机接收到该标志位，在对电子锁的当前状态进行判断后对门锁实现开关控制。当电子锁确定一种状态后，当前状态会保持半分钟，当有新状态到来时，门锁执行新状态，如果新状态与当前状态相同，则门锁状态保持不变，计时从新状态的到来时刻开始。系统的默认状态是关门，即继电器关。2.2单片机的选型单片机作为一个系统的核心器件，它的选择影响着这个系统的优劣和功能的实现。目前主控领域中常使用的微控制器有：应用最广泛的51系列8位单片机、针对大量计算的数字信号处理器DSP、一些增强型的16位单片机和32位的ARM芯片。从八十年代初51系列单片机就开始流行，在技术开发方面已经很成熟了，只是功能实现方面相对简单。STC89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C51具有如下特点：拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，4KBFlash片内程序存储器，4KB内部ROM，256B的随机存取数据存储器（RAM）。四个并行I/O口，分别命名为P1、P2、P3、P4。3个16位可编程定时计数器命名为T0、T1、T2的全双工串行通信口，片内时钟振荡器。共可处理五个中断源发出的中断请求，可以对五个中断请求信号进行排队和控制，并相应其中断优先级最高的中断请求。此外，STC89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。由以上优点可知STC89C51是本设计的最佳选择。STC89C51有40条引脚，共分为端口线、电源线和控制线三类。图2.2为STC89C51引脚：图2.2STC89C52引脚图2.3射频读写器件的选型2.3.1射频识别技术原理射频识别技术(RedioFrequenceIdentification)是从八十年代逐渐兴起的一项识别技术。它是利用电磁感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。应当注意的是当前的RFID系统有很多工作频段，包括了低频、高频和超高频段。工作原理也不尽相同，有的是利用近场的电磁感应(所以有人把射频卡称作感应卡)，有的是利用电磁波发射。和同期或早期的接触式识别技术不同，RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别，因此它可实现多目标识别、运动目标识别。另外不象IC卡那样有电触点暴露在外，射频卡是将芯片完全封装在内的，因此可以使用在比较恶劣的环境。总之，RFID系统可在更广泛的场合中应用。2.3.2射频识别读写模块的选型MF

RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。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。MFRC522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ISO14443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE?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新成员，MFRC522与MFRC500和MFRC530有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求，选取SPI、I2C

或串行UART(类似RS232)模式之一，有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。RC522的内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其他的电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的调节和译码电路，用来处理兼容ISO14443A/MIFARE的卡和应答机的信号。数字电路部分处理完整的ISO14443A帧和错误检测（）MFRC500是Philips公司生产的高集成度TYPEA读写器芯片。其主要性能如下：载波频率为13.56MHz；集成了编码调制和解调解码的收发电路；天线驱动电路仅需很少的外围元件，有效距离可达10cm；内部集成有并行接口控制电路，可自动检测外部微控制器(MCU)的接口类型；具有内部地址锁存和IRQ线，可以很方便地与MCU接口。集成有64字节的收发FIFO缓存器；内部寄存器，命令集，加密算法可支持TYPEA标准的各项功能，同时支持MIFARE类卡的有关协议。数字，模拟，发送电路都有各自独立的供电电源。基于以上特点，用MFRC500极易设计TYPEA型卡的读写器，可广泛用于非接触式公共电话、仪器仪表、非接触式手持终端等领域。MFRC500为32脚SO封装，需说明的是：某些引脚(带*号)依据其所用MCU(微控制器)的接口情况具有不同功能。简化的RC522框图如图2.3所示：图2.3简化的RC522框图2.3.3其他外围电路选型设计一个完成的门禁系统还需要其他的外围器件的支持。如单片机与PC机之间的通讯器件，电子锁电路以及稳压电路等。计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯两种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时避免了多条线路特性的不一致而被广泛应用。因此，本设计采用全双工RS485实现单片机与PC机之间的串行通信。3门禁系统的硬件设计与调试3.1硬件构架分析本次设计的基于RFID的门禁系统主要采用的是STC89C52单片机作为系统的控制核心，控制系统主要任务是对射频读写设备完成对卡上信息的读写操作，以及对通过MFRC522读入的卡上的信息进行初步的判断，经过初步判断的信息，STC89C52单片机通过串口传递到上位机中，通过上位机对信息做最后的验证。采用MFRC522作为射频信息的读取模块，该模块的对卡的读写操作均是由单片机来控制的。本系统对于智能门禁系统的电子锁功能也作出设计。本系统的电子锁是由单片机的端口直接驱动电子锁驱动电路来实现的，电子锁的执行机构本文采用的是一个继电器。为防止继电器侧的高电压对控制系统造成影响，本系统采用在控制侧还采用了光电隔离技术。本系统的硬件电路主要包括控制系统电路、射频信息的读取电路、串口通讯电路以及电子锁的驱动电路。3.2控制器模块电路设计门禁系统的控制部分主要是单片机，本此设计的只能门禁系统选用的单片机是STC89C52。STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，STC89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。STC89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC51相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1和XTAL2为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC和VSS为供电端口，分别接+5V电源的正负端。门禁系统中的控制单片机最小系统电路如图3.1所示：图3.1STC89C52单片机控制电路在本次设计的单片机控制系统中，系统时钟采用的是12MHz，复位电路采用自动复位的方式。单片机与射频读写模块的信息交互采用P0口，交互方式采用的并行数据传输方式。由于本次设计的系统，射频信息读写模块与单片机交互时端口信息为复用型地址总线和数据总线，所以MFRC522的ALE与单片机STC89C52的ALE端相连，其读写控制端分别于单片机的WR与RD端口相接。对于单片机的输出部分，主要是门禁系统的电子门锁控制，有单片机的I/O端口外加驱动电路组成，本次设计的系统采用的是一个电子门锁，有单片机的P1.0口控制。3.3串口通信模块电路设计3.3.1串口通信特点串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。串行通信的协议由RS-232和RS-485、RS-422三种。RS-232是最早的串行接口标准，在短距离（<15M），较低波特率串行通信当中得到了广泛应用。其后针对RS-232接口标准的通信距离短，波特率比较低的状况，在RS-232接口标准的基础上又提出了RS-422接口标准，RS-485接口标准来克服这些缺陷。本次设计所用到的有单片机上的RS-485协议和PC机上的RS-232协议两者进行信息上的交互。RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。RS-232串口标准是种在低速率串行通讯种增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即单端通讯。其收发端的数据信号都是相对于地信号的。所以其共模抑制能力差，再加上双绞线的分布电容，其传输距离最大约为15M，最高速率为20KBPS，且其只能支持点对点通信。RS-232标准的信号电平较高，与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。对于数据的传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。传输距离有限，最大传输距离只有50米左右。针对RS-232串口标准的局限性，人们又提出了RS-422，RS-485接口标准。RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A，B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。RS-485/422最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。RS485采用差分信号负逻辑。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。3.3.2串口通信电路设计由于单片机上的RS-485端口与计算机上的RS-232端口的信息不兼容，所以在实现单片机与上位机进行通信时，需要进行端口的转换。本次设计的系统采用的端口转换芯片是MAX3232。MAX3232采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个1uF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kBPS数据速率，同时保持RS-232输出电平。即使工作在高数据速率下，max3232仍然能保持RS-232标准要求的正负5.0V最小发送器输出电压。只要输入电压在3.0V至5.5V范围以内，即可提供+5.5V（倍压电荷泵）和-5.5V（反相电荷泵）输出电压，电荷泵工作在非连续模式，一旦输出电压低于5.5V，将开启电荷泵；输出电压超过5.5V，即可关闭电荷泵，每个电荷泵需要一个飞容器和一个储能电容，产生V+和V-的电压。MAX3232在最差工作条件下能够保证120kbps的数据速率。通常情况下，能够工作于235kbps数据速率，发送器可并联驱动多个接收器。本次设计的RS-485转RS232端口的电路如图3.3所示：图3.2RS485转RS232电路电路中，选用的是芯片的T2和R2两套端口。其中T2IN和R2OUT分别于单片机的TXD和RXD相连，T2OUT和R2IN引出与9针的串口相连。3.4电子锁驱动电路设计本次设计的门禁系统的电子锁电路采用的是直接由单片机的端口控制继电器实现的。由于单片机的端口输出电压较低，不能够直接驱动继电器，所以在系统中设计了一个驱动电路。继电器的驱动电路如图3.4所示：图3.3电子锁驱动电路在驱动电路中，通过单片机控制光电隔离的低电平端口的电平高低，通过光电隔离器的通断来控制三极管的基极是否导通。这样就能够通过三极管的开关状态控制继电器的开与闭。当三极管有导通改为关断时，由于继电器线圈中存在电动势，所以为使继电器中的电压为零，在电路中安装了放电二极管D1。为使三极管中发射极与集电极的电压消耗，在这两个端点处也装设了放电二极管D2。3.3电路的焊接1）焊前准备首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。2）焊接顺序元器件装焊顺序依次为：电阻、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。3）对元器件焊接要求（1）电容器焊接将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其“＋”与“－”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介质电容器，最后装电解电容器。（2）二极管的焊接二极管焊接要注意以下几点：第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；第二，型号标记要易看可见；第三，焊接立式二极管时，对最短引线焊接时间不能超过2S。[15]（3）三极管焊接注意e、b、c三引线位置插接正确；焊接时间尽可能短，焊接时用镊子夹住引线脚，以利散热。焊接大功率三极管时，若需加装散热片，应将接触面平整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。管脚与电路板上需连接时，要用塑料导线。（4）集成电路焊接首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿的二只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。对于电容器、二极管、三极管露在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。（5）12864注意事项：a）要避免在处理机械振动和对模块施加外力，都可能使屏不显示或损坏。b）不能用手或坚硬工具或物体接触、按压、磨擦显示屏，否则屏上的偏光片被物体划坏。c）如果屏破裂液晶材料外漏，液晶可以通过空气被吸入，而且要避免液晶与皮肤接触，如果接触应立即用酒精冲洗，然后再用水彻底冲洗。d）不能使用可溶有机体来清洗显示屏。因为这些可溶的溶剂对偏光片不利，清洗显示屏时，可用棉花蘸少量石油苯轻轻擦拭或用透明胶带粘起脏物。e）要防止高压静电产生的放电，将损坏模块中的CMOS电路。f）不能把模块放在温度高的地方，尤其不能长时间放在湿度大的地方，最好把模块放在温度为0℃-35℃，湿度低于70%的环境中。g）模块不能贮存在太阳直射的地方。h）当电源接通时，不能组装或拆卸模块。i）在电源电压的偏差、输入电压的偏差及环境温度等最坏条件下，也不能超过最大的额定值，否则将损坏LCD模块。3.4程序的烧写STC-ISP是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，现已被广泛使用。图3.4STC-ISP工作界面调试通过的代码文件通过STC_ISP_V480下载到单片机。STC_ISP_V480使用步骤为：1、打开STC-ISP，如下图界面，在MCUType栏目下选中单片机STC89C52RC。2、选中COM端口，波特率选择9600。3、点击“打开文件”并在对话框内找到要下载的HEX文件。4、点击download/下载，根据提示给单片机上电，完成程序烧写。单片机在上电后，主程序应该完成相应的初始化工作。依据电路的功能要求，主程序必须对液晶初始化、同时对按键进行检测，如果有对应的按键按下，执行相应的操作，单片机通过串行接口对指纹模块进行读写。3.5小灯、继电器的调试首先按下电源，看电源指示灯是否点亮，证明电源电路正常。然后测试单片机是否正常工作，在Keil上编写了一段红绿小灯以一秒间隔闪烁的程序，导入单片机，上电后发现小灯按照我所要求的方式工作，证明单片机及小灯工作正常。再加一条与继电器连接引脚电平高低变化的程序检测继电器是否正常工作。3.6液晶的调试导入12864液晶的测试程序，上电后，通过调节液晶屏背面的电位器调节12864的对比度，在调试液晶时要注意：屏上显示小方格，产生原因：程序中对液晶初始化不正常，应是部分初始化指令没有正常接收，按照标准初始化步骤调整程序，或者调整指令之间的延时（加大一些试试）--补充：也有可能是对比度太大，需要调整对比度电阻。在经调试后液晶的结果为：图3.5液晶显示4门禁系统的软件设计4.1软件开发环境介绍KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KeilC51单片机软件开发系统的整体结构51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。使用独立的Keil仿真器时，要注意：仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振；仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统；仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。编辑本段优点KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。4.2串口初始化由于使用串口和模块通讯，所以必须先约定好单片机和模块的串口工作速度和数据包格式。SCON是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：表3-1SCON寄存器地址位位76543210字节地址：98HSM0SM1SM2SM3SM4SM5SM6SM7SCONSM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：表3-2串行口工作方式SM0SM1方式说明波特率000移位寄存器fosc/1201110位异步收发器（8位数据）可变10211位异步收发器（9位数据）fosc/64或fosc/3211311位异步收发器（9位数据）可变PCON中只有一位SMOD与串行口工作有关：表3-3PCON寄存器位76543210字节地址：97HSMODPCONSMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。发送数据共11-14个字节，前6个字节是模块的包头和模块地址为固定值，后5-8个字节是传输的模块的命令。同时根据外部晶振和系统默认的传输速率算出控制串口的各寄存器的初始值。指纹模块的通讯波特率（UART）的要求为9600bps，所以如果单片机要与指纹模块进行通信是，必须波特率一致，此时需要在编程时设置单片机的波特率为9600bps。串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。具体步骤如下：1、确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；2、计算T1的初值，装载TH1、TL1；3、启动T1（编程TCON中的TR1位）；4、确定串行口控制（编程SCON寄存器）；5、串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。下面是串口初始化程序：SCON=0x50;//UART方式1:8位UART;REN=1:允许接收PCON=0x00;//SMOD=0:波特率不加倍TMOD=0x21;//T1方式2，用于UART波特率，T0方式1TH1=0xFD;TL1=0xFD;//UART波特率设置:96004.3初始化程序设计初始化程序的作用主要是对MFRC500首先进行硬件复位，然后再初始化并行接口，并给寄存器设定初始值，调用MFRC500的StartUp命令，读Command寄存器值到Command的6位值为00H，内部初始化阶段此时结束，MFRC500准备接收控制；将80H写入Page寄存器以初始化微处理器接口；读Command寄存器，如果该值为00H则微处理器接口初始化成功；在接口初始化之后通过将0x00写入页寄存器，最后要校验从寄存器中读得的数据。在MFRC500复位期间，不能执行任何MCU赋予的命令，以保证初始化过程的正确性，并在初始化结束后，自动进入Idle命令。MFRC500初始化流程图如图4.1所示：图4.1MFRC522初始化程序4.4各模块程序的设计流程4.4.1键盘模块的工作流程图3-2键盘程序流程图4.4.2LCD显示模块程序设计流程显示模块主要完成数据的显示功能，然后根据接受到指令显示相关的内容在屏幕上。图3-3显示程序流程图4.4.3防冲突MFRC500读写芯片可以根据IS014443A协议规定的步骤进行通过其对内部的寄存器进行操作实现防冲突效果。MFRC500在进行防冲突运算之前需要对RegChannelRedundancy、RegBitFraming这两个寄存器进行设置。将RegchannelRedundancy设置为0x03，将RegBitFraming设置为nbits（n≤4），并且RegBitFraming寄存器要与已知的SNR（产品序列号）位数相一致。MFRC500防冲突的处理采用动态的二进制搜索树算法，其流程图如图4.3所示：图3.3防冲突程序流程图4.4.4选择卡调用该子程序，将执行“Select”(选卡片)指令操作。如果卡片读写器的天线之有效工作距离内有多张重叠的Mifare1射频卡，则该指令在成功完成“AntiCollision”操作之后，将正式选择其中指定的一张卡片进行操作(包括密码存取，密码认证，卡片上指定扇区的读写，等等。)“Select”(选卡片)指令操作将读取卡片的SIZE字节。4.4.5验证在对所选Mifare1卡进行读、写之前，必需对Mifare1卡进行验证，也即检查卡的合法性，这可以通过将密码集(KEYSET)中的一组密码与Mifarel卡片上的密码进行比较实现，如果它们匹配，说明所选Mifre1卡合法，则卡的验证成功，允许对卡进行读、写操作。验证卡片的过程是通过PcdLoadKeyO函数实现的。4.4.6读卡读取卡片完成了上述几个步骤就表明已经通过安全检查，就可以对Mifare1卡正常进行读、写了。读卡函数从已通过密码验证的扇区中读取一个数据块，共16个字节，其中前面几个字节即为卡号(l个字节表示2位卡号)。调用该该命令可以读取卡片的数据块内容，用户可以读取卡片的一个数据块或多个数据块的内容。进入该功能后，系统提示用户输入：1)按卡片序列号操作：在该模式下，用户需选择卡片序列号。2)对处于“SELECT”状态下的卡片操作：在该模式下，用户直接对己处于“SELECT”状态下的卡片进行操作。3)数据参数：输入待读的数据块起始块号以及其读取数据块的数量。起始块号是从1开始计数，例如输入参数：起始块号=2，数据块长度=3，则表明是需读取卡片的第2块开始的连续3个数据块内容。4.4.7卡挂起当对卡中的数据处理完后，程序应使卡处于挂起状态，此时即使卡在感应区域，读卡器也不会再对该卡进行任何操作，采用PcdHalt()函数。4.5电子锁程序设计本次设计的门禁电子锁是由单片机端口直接带动驱动电路来对继电器进行控制的。当单片机的P1.0口电平为低时，驱动电路导通，继电器打开，此时开门；当单片机的P1.0口电平为高时，驱动电路截止，继电器关闭，此时关门。在单片机对MFRC500的读取内容验证合法后，决定门的开关。5.1结论随着网络技术的普及，RFID技术成为20实际90年代再次得到人们的普遍重视。现今，RFID技术正处于上升期，推动自动识别行业进入了一场技术革命进程中。与此同时，RFID技术在门禁管理系统方面的应用也逐渐成熟。本文通过对射频识别技术基础理论的研究，结合实际中门禁系统的要求，提出了一种实用的设计方案，易于操作，易于维护，安全性