熊新雷1022405010物41.docx
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熊新雷1022405010物41
江苏师范大学物电学院
课程设计报告
课程名称:
单片机课程设计
题目:
射频刷卡系统的设计
专业班级:
10物41
学生姓名:
熊新雷
学生学号:
日期:
2013-06-19
指导教师:
杨增汪
物电学院教务部印制
说明:
一、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写,由指导教师指导并确认签字。
二、学生成绩由指导教师按照学生的设计情况给出各项分值及总评成绩,并填写成绩评定表。
3、所有学生必需参加课程设计的答辩环节,凡不参加答辩者,其成绩一概按不合格处置。
答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
答辩后学生按照答辩情况填写答辩记录表。
4、报告正文字数一般应很多于3000字,也可由指导教师按照本门课程设计的情况另行规定。
五、平时表现成绩低于6分的学生,取消答辩资格,其该课程设计成绩按不合格处置。
六、课程设计完成后,由指导教师按照完成情况写出总结。
7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的大体魄式,指导教师可按照本门课程设计的特点及内容做适当的调整。
一、课程设计目的、任务和内容要求:
为了适应信息时代的需要,保证建筑物内的安全,记录进出建筑物人员,门禁系统应运而生。
他不仅给管理者提供了更安全、更快捷和自动化的管理,而且也能给使用者带来很大的方便。
本课程设计的任务就是设计一个基于射频识别技术的刷卡系统,通过射频识别技术识别IC卡号以区分不同的用户,并通过串口传到计算机上,实时记录进出的人员。
具体设计任务如下:
1.熟悉射频识别技术的工作原理;
2.制定出刷卡系统各模块的设计方案;
3.焊接硬件电路、编写程序;
4.写课程设计报告。
设计要求:
设计一个基于射频识别技术的刷卡系统,要求:
1.当已注册用户刷卡通过时,给予声音提示有人通过,并记录时间、姓名、单位等基本信息;
2.当检测到有未注册的非法用户时,有警报声音提示,同时记录时间;
二、进度安排:
第1~3天:
查找资料,熟悉视频识别以及显示模块的设计原理。
给出设计总体方案;
第4~6天:
各模块的详细设计;
第7~12天:
硬件连线编写程序,调试;
第13~14天:
写课程设计报告。
三、主要参考文献:
1.李刚,陈世利等.飞思卡尔8位单片机实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2009
2.单莹,刘旭儒,史仪凯.非接触式读卡器的设计[J].工业仪表与自动化装置,2011年第3期:
27-29.
3.郭天祥.新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:
电子工业出版社,
4.郑阿奇.VisualC++实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2010
5.王宜怀,张书奎等.嵌入式技术基础与实践[M].北京:
清华大学出版社,2011
指导教师签字:
年月日
摘要
射频识别技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间成立机械或光学接触。
常常利用的有低频(125k~)、高频()、超高频,无源等技术。
随着信息时期的发展,对物联网的需求日渐增大,运用物联网RFID技术成为一种趋势,而此刻运用最多的仍是刷卡系统。
按照射频识别的原理,选用MFRC522射频模块读取卡号,飞思卡尔QG8单片机最为主控单片机进行射频识别技术的开发,运用在众多的刷卡领域,如门禁系统,跟踪汽车的生产线等。
单片机通过SPI通信方式从模块中读取卡号,在液晶上显示刷卡者的信息.
关键词:
射频识别;MFRC522;SPI通信;QG8;单片机
Abstract
Radiofrequencyidentificationtechnology,alsoknownaselectronictags,radiofrequencyidentification(rfid),isakindofcommunicationtechnology,which,throughtheradiosignalto,canidentifyspecifictargetsandreadandwritedatawithouttheneedofrecognitionsystemwithspecifictargettoestablishmechanicaloropticaltechnologycommonlyuseslowfrequencyscale(125K~K),highfrequencyscale,ultrahighfrequencyscaleMhz)andpassivethegrowingdemandfortheInternetofthingsandtheuseoftheInternetofthings,RFIDtechnologyhasbecomeatrendandisusedinthecreditsystemtotheprincipleofradiofrequencyidentification,MFRC522moduleischosentoreadthecardnumber,andfreescaleQG8microcontrollerischosenasthemaincontrolMCU,whichtechnologyisusedinmanyareasofcreditcard,suchasentranceguardsystem,trackingthecarproductionlinesystem,throughtheSPIcommunicationmodefrommodule,readsthecardnumberanddisplaysthecreditcardinformationontheLCD.
Keywords:
RFID;MFRC522;SPI;QG8;MCU
1绪论
课题意义
射频识别技术(RFID)是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作不必人工干与,作为条形码的无线版本,RFID技术具有条形码所不具有的防水、防磁、耐高温、利用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等长处,其应用将给零售、物流等产业带来革命性转变。
同时,经济水平的高速发展让人们愈来愈关心建筑内部的安全性。
为了适应信息时期的需要,保证建筑内部的安全性,知足用户那时的各类需求,门禁系统是其中运用最为普遍的一种技术。
门禁系统在现代社会利用已是很普遍了,为保障安全愈来愈多的场合利用刷卡记录人员进出,比如学生宿舍。
IC在现代社会利用的也愈来愈来,而且利用起来很方便,将IC卡与门禁系统相结合,可以通过射频识别技术,识别出不同的卡号。
另外IC卡还可以实现一卡多用,具有普遍的应用前景。
大体理论依据
射频识别技术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,以达到识别目的并互换数据。
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。
与同期或初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,因此可利用在比较恶劣的环境。
依据每张IC卡都有一个特定的卡号,每人一张卡,通过MFRC522芯片组成的射频识别模块,可以读出IC卡的内部信息,系统按照卡号识别利用者,并将利用者的身份信息显示在12864液晶上。
利用蜂鸣器,当利用者刷卡时给予声音提示,已注册用户刷卡时蜂鸣器响一声,未注册用户刷卡则发出警报声,方便管理者识别和进行门禁管理。
2设计方案简述
液晶显示设计
外围配上MFRC522模块、12864液晶显示模块和蜂鸣器电路。
MFRC522模块单独利用电源供电,主要完成对IC的读取功能,读取到的卡号通过SPI接口传送到单片机,供单片机后面的处置利用。
12864液晶显示模块主要为了实时显示刷卡者的信息,和进入次数。
蜂鸣器电路主要有两个功能:
一、当已注册人员通过时给予声音提示;二、当未注册用户进入是发出警报声。
其整体结构框图如图2-1所示。
图2-1液晶显示框图
3射频识别技术基础
射频识别技术原理
通常情况下,RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部份组成的,见图2-2所示。
其中,读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID卡的数据读写和存储,它是由控制单元、高频通信模块和天线组成。
而RFID卡则是一种无源的应答器,主如果由一块集成电路(IC)芯片及其外接天线组成,其中RFID卡芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路,有的乃至将天线一路集成在同一芯片上。
在这次的课程设计中咱们暂时不讨论计算机显示部份
图射频识别系统原理图
图为RFID系统的工作进程,这是一个无源系统,即射频卡内不含电池,射频卡工作的能量是由射频读写模块发出的射频脉冲提供[11-13]。
射频读写模块在一个区域内发射能量形成电磁场,区域大小取决于发射功率、工作频率和天线尺寸。
射频卡进入这个区域时,接收到射频读写模块的射频脉冲,通过桥式整流后给电容充电。
电容电压通过稳压后作为工作电压。
数据解调部份从接收到的射频脉冲中解调出命令和数据并送到逻辑控制部份。
逻辑控制部份接收指令完成存储、发送数据或其它操作。
若是需要发送数据,则将数据调制然后从收发模块发送出去。
读写模块接收到返回的数据后,解码并进行错误校验来决定数据的有效性,然后进行处置,必要时可以通过RS232或RS422或RS485或RJ45或无线接口将数据传送到计算机。
读写器发送的射频信号除提供能量外,通常还提供时钟信号,使数据同步,从而简化了系统的设计。
有源系统的工作原理与此大致相同,不同处只是卡的工作电源由电池提供的[14-18]。
图射频识别系统原理图
4详细设计
系统主要包括单片机模块,液晶显示模块,RC522射频识别模块,蜂鸣器电路。
其中单片机采用飞思卡尔八位单片机——MC9S08QG8。
RC522模块用来识别IC卡,液晶模块用以显示,采用12864液晶可以显示字符和汉字。
蜂鸣器起到警示的作用。
具体设计方案如下所述。
单片机系统设计
本系统中单片机采用飞思卡尔公司HCS08系列八位单片机中的——MC9S08QG8。
MC9S08QG8是采用高性能、低功耗的HCS08内核的飞思卡尔8位微控制器系列中具有很高集成度的器件。
MC9S08QG8性能如下:
1.电压高于,工作频率高达20MHz;小于,工作频率达16MHz。
Flash存储器,512B的RAM。
3.支持多达32个中断/复位源。
4.带有8位预分频的8位模/数按时器模块(MTIM)。
5.增强型8通道、10位模/数转换器(ADC)。
6.模拟比较器模块。
7.三个通信接口:
SCI、SPI与I2C【1】。
MC9S08QG8可以选用外部时钟,也可以直接利用内部始终,考虑到I/O口有限,在内部时钟精准度足够的情况下系统采用内部时钟。
所以单片机的最小系统只需要电源、复位和下载接口即可。
最小系统电路如图3-1所示。
图3-1MC9S08QG8最小系统
MFRC522模块设计
MFRC522在系统处于相当重要的作用,读取IC卡的卡号将由该模块完成。
MFRC522是NXP公司生产的IC卡读写芯片标准工作电压为,频率为,其特点是小型化和低功耗,利用的晶振【2】。
MFRC522通过内部发送器可以驱动天线与IC卡进行通信,可实现各类不同主机接口的功能:
SPI、串行UART(类似RS232,电压电平取决于提供的管脚电压)、I2C。
图3-2MFRC522模块电路
由于MFRC522支持的数字接口形式多种多样,芯片在复位时都会通过检测外部引脚连接关系。
除通用的4条SPI信号线(时钟线M_MFSCK、输入数据线M_MFMOMI、输出数据线M_MFMIMO和选通线M_MFSDA)MFRC522要求额外2个引脚I2C和EA别离接低电平和高电平。
这两个引脚不参与SPI总线传输,只起设定MFRC522数字界面采用SPI接口的作用。
图3-3射频模块
液晶模块设计
下位机显示部份采用的是12864液晶显示,系统中采用的液晶利用ST7920控制器,5V电压驱动,带背光,内置8192个16*16点阵、128个字符(8*16点阵)及64*256点阵显示RAM(GDRAM),与外部CPU接口采用并行和串行两种控制方式【3】。
。
图3-4液晶显示模块
液晶的功能是显示卡片的信息。
由于QG8单片机的外围I/O口比较少,因此在运用液晶的时候选用的是液晶的串行通信模式。
这样仅仅需要三根I/O口数据线就可让液晶显示相应的内容了。
在液晶显示模块中,4脚LCD_CS是片选信号,LCD_SID是数据的传输信号线,LCD_SCLK是时钟脉冲信号线。
在串行模式中,通过这三根I/O口就可以够在液晶上显示任何想显示的内容。
在开始阶段,液晶显示的是一只小狗,打开液晶的画图开关,而且运用液晶的扩充指令,因此在液晶初始化的时候要送入0x36,不然液晶没有进入到画图模式,显示的将是乱码。
报警模块设计
报警电路有三极管驱动蜂鸣器组成,由于单片机驱动电流有限,所以蜂鸣器采用三
极管驱动。
系统中采用的是9013,NPN型三极管,
将集电极接电源,发射极接蜂鸣器,单片机控制基极,
控制蜂鸣器的发声。
具体电路如图3-5所示。
图3-5蜂鸣器与单片机接口电路
电源模块设计
在本设计中,供电部份利用的是USB给系统供电,并没用利用模拟的稳压电源。
电脑和电话充电器等USB供电系统的输出端口在输出时就是+5V,而本设计的供电电源没有超过5V的模块存在,只有5V和两种电压的需求,因此运用USB给整个系统供电
。
图3-6系统供电系统
在图中,USB提供+5V的电压,通过AMS1117降压芯片将+5V电压转换到+,这样可以给射频和单片机供电,+5V给其他的模块供电。
5设计结果与问题分析
设计结果分析
液晶部份是刷卡主要的显示部份,在电路中外加了一个USB供电电路,使历时直接利用USB供电。
MFRC522模块运行一切正常,可以准确读出每张卡的卡号,识别持卡者身份。
在系统刚开始运行时,先显示一个小狗的开机图片,然后液晶显示“欢迎,请刷卡!
”的字样。
当有人刷卡进入时,液晶当即显示对应的身份信息,蜂鸣器发出提示音。
若身份已注册,液晶中显示持卡人的大体信息并通过串口通信接口将信息传输给上位机,上位机显示持卡人相应的信息。
不然液晶上显示“非法用户”,能够将读取到的卡号信息传送到上位机,并接收上位机清除计数的命令。
系统运行状态稳定,达到预期的期望。
图5-1液晶显示结果
图5-2上位机显示结果
出现问题
在刷卡的进程中,再一次刷卡时会显示上一次持卡人的信息,进行第二次刷卡时才能显示新的持卡人的信息。
初步判断是通信的接口协议没有完全掌握,在接下的工作中,将会慢慢完善此系统,使之达到理想中的要求。
而且液晶显示的持卡人信息有限,没有智能化的选择,因此在接下来的工作中使液晶可以显示更多的持卡人的信息,而且使上位机处置更多的信息,并加入数据库管理系统。
6总结
射频门禁系统完工了,射频识别系统是未来发展的一个趋势,因此有必要接触新的技术,新的想法。
这次的课程设计题目对于自己来讲有点难,不过在和同组同窗的一路学习到一路研究程序和最后制作电路,也渐渐地对射频技术和以后的射频识别系统有了了解,这次的课程设计让我更多地接触到了讲义之外的知识,这对于我来讲是个很不小的收获。
我初步掌握了MFRC522芯片组成的射频识别模块的利用,对射频识别也有个初步的熟悉。
由于本钱的原因我选择了MFRC522芯片作为射频的主控芯片,此刻用的比较多的是MFRC531芯片,往后可以用MFRC531来从头实现以下。
程序主要由有一部份是借鉴他人的,可是自己取得了一样的知识,我也是踩在他人的肩膀上前进的。
通过这次的课程设计,我学到了射频系统在实际生活中的应用,对其有了更深的掌握,也对未来的新兴科技有了一个初步的了解。
参考文献
[1]李刚,陈世利等.飞思卡尔8位单片机实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2009
[2]单莹,刘旭儒,史仪凯.非接触式读卡器的设计[J].工业仪表与自动扮装置,2011年第3期:
27-29.
[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:
电子工业出版社,
[4]郑阿奇.VisualC++实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2010
[5]王宜怀,张书奎等.嵌入式技术基础与实践[M].北京:
清华大学出版社,2011
附录1整体电路
附录2部份程序代码
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//功能:
主函数
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
voidmain(void)
{
ucharj,k;
EnableInterrupts;//允许中断
MCUinit();//单片机初始化
SCI_INIT();//串口初始化
InitAll();//按时器初始化
//Pass();
/****************完成初始化**********/
dispic();
//delay
(1);
init_lcd();
while
(1)
{
ctrlprocess();//检测是不是有卡检测到若是检测到卡,则标志位flag=1
if(flag==1)
{
run:
write_comd(0x01);//清屏
disnum(MLastSelectedSnr);
//display(MLastSelectedSnr);
}
else
{
write_comd(0x01);//清屏
add(2,1);//显示位置描述
j=0;
while(welc[j]!
='\0')
{
ctrlprocess();
if(flag==1)
gotorun;
write_dat(welc[j]);//初始界面欢迎文字显示
j++;
for(k=0;k<8;k++)
{
ctrlprocess();
if(flag==1)
gotorun;
}
}
for(k=0;k<20;k++)
{
ctrlprocess();
if(flag==1)
gotorun;
}
}
}
}
interrupt15voidSCI_RE(void)
{
while(SCIS1_RDRF)
buff1=SCID;
SCIS1_RDRF=0;
if(buff1=='0')
{
timea=0;
timeb=0;
timec=0;
timed=0;
timee=0;
timef=0;
}
}
voiddispic()
{
uinti,j,m=0;
//*********显示上半屏内容设置
for(i=0;i<32;i++)
{
write_comd(0x36);
write_comd(0x80+i);
write_comd(0x80);
for(j=0;j<16;j++)
{
write_dat(imag[m++]);
}
}
//*************显示下半屏内容设置
for(i=0;i<32;i++)
{
write_comd(0x36);
write_comd(0x80+i);
write_comd(0x88);
for(j=0;j<16;j++)
{
write_dat(imag[m++]);}
}
}
答辩记录表
学生姓名:
学号:
班级:
答辩地点:
答辩内容记录:
成绩评定表
学生姓名:
学号:
班级:
类别
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
平时
完成情况
30
10
按时参加课程设计,无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。
10
设计方案规范合理,设计目标明确,符合专业培养要求,时间安排得当,技术路线可靠。
10
按设计任务书的要求完成了全部任务,能完整演示其设计内容,符合要求。
报告完成情况
30
10
报告文字通顺,内容翔实,论述充分、完整,立论正确,结构严谨合理,报告整体格式规范。
10
设计方案合理、可行,论证严谨,逻辑性强;符号统一;图表完备、符合规范要求。
10
能对整个设计过程进行全面的总结,得出有价值的结论或结果;参考文献数量在3篇以上,格式符合要求,在正文中正确引用。
答辩情况
40
20
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述,言简意明,重点突出,论点正确,条理清晰。
答辩组长:
20
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
总评成绩:
分
指导教师:
(签字)
日期:
年月日
课程设计总结
成绩分析表
班级
分数分布
90分以上
89-80
79-70
69-60
60分以下
学生数
百分比
最高分
最低分
平均分
(以下为总结内容)
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