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射频IC卡门禁系统的设计
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
目录
0前言1
1系统组成与功能1
1.1系统组成1
1.2系统功能1
2系统原理4
2.1完整系统仿真原理图4
3系统制作过程及最终实物图4
3.1元器件的焊接4
3.2系统调试图5
4门禁系统总流程图7
5主要程序源代码7
6元器件清单9
7结论9
8个人心得10
参考文献10
IC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
1.1.1STC89C51及其外围电路
51单片机是对目前所有兼容Intel8031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Flashrom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:
1.1.2RC522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ISO14443/MIFARE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(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
否
有
是
否
5主要程序源代码
#include"include.h"
sbitls138a=P1^0;//定义变量
sbitls138b=P1^1;
sbitls138c=P1^2;
sbitP37=P3^7;
sbitP36=P3^6;
uchardataNewKey[16]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0xff,0x07,0x80,0x69,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};
unsignedcharidataRead_Data[16]={0x00};
ucharidataPassWd[6]={0x00};
ucharidataWriteData[16];
unsignedcharidataRevBuffer[30];
unsignedchardataMLastSelectedSnr[4];
voidmain(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DIPIC插座,220~5V电源适配器。
RC522IC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。
1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。
2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的对应编码。
3面对一项新的任务,我们都要以认真的态度来对待,遇到困难,也要自己想办法解决。
这样才能提高自己的能力。
4要有团结合作的精神,既然是一个小组的,那我们就要一起应对困难,一起战胜困难。
参考文献
[1]李朝青.单片机原理与接口技术[M],北京:
北京航空航天大学出版社.2005;
[2]彭伟.单片机C语言程序设计[M],北京:
电子工业出版社.2007;
[3]郭天祥.51单片机C语言教程[M],北京:
机械工业出版社,2008;
[4]何立民.单片机中级教程[M],北京:
北京航空大学出版社,1998。
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