基于IC卡的樓宇門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共15頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院高職生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于IC卡的樓宇門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 何敏 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí)： 08應(yīng)電 指導(dǎo)教師： 唐晨光 完成日期： 2010.11.24 教務(wù)處印制畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題： 基于IC卡的樓宇門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 何敏 指 導(dǎo) 教 師： 唐晨光 設(shè) 計(jì) （論文） 要 求：一、內(nèi)容說明: 1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖； 2、選擇合適的IC卡，綜合比較； 3、設(shè)計(jì)具體電路、編寫軟件，實(shí)現(xiàn)功能； 4、包含系統(tǒng)調(diào)試模塊。 二、要求與說明: 1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖； 2、選擇合適的數(shù)據(jù)采集方案； 3、設(shè)計(jì)具體電路、

2、編寫軟件，實(shí)現(xiàn)功能； 4、包含系統(tǒng)調(diào)試模塊。 5.字?jǐn)?shù)不少于4000字（包括圖）;不得抄襲, 否則責(zé)任自負(fù),并作不及格處理;6. 按要求設(shè)計(jì)好封面，字體、段落和格式等嚴(yán)格按論文模板要求。電子文檔經(jīng)指導(dǎo)老師審查符合要求才能參加答辯。全部文件交系部統(tǒng)一電腦打印，并裝訂成冊(cè); 9. 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）都要求在畢業(yè)前進(jìn)行答辯。學(xué)生可以參考一些專業(yè)性的雜志,掌握論文格式; 10. 實(shí)習(xí)報(bào)告或畢業(yè)設(shè)計(jì)具體要求見附表。三、時(shí)間要求： 1.于2010年下學(xué)期第15周前完成畢業(yè)設(shè)計(jì); 2.答辯時(shí)間: 2010年 12 月 10 日。 目 錄 4.1.1nRF903芯片介紹7基于IC卡的樓宇門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要：本

3、論文介紹了一種基于無線通信的非接觸式IC卡樓宇門禁系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的多點(diǎn)跳傳無線通信方式及通信協(xié)議。論文主要討論了無線通信在IC卡樓宇門禁系統(tǒng)中的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法，并給出了該系統(tǒng)的硬件電路框圖和通信軟件流程圖。本論文還系統(tǒng)分析了非接觸式IC卡門禁技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和非接觸式IC卡系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：無線通信 門禁系統(tǒng) 非接觸式IC卡1、引言隨著以人為本的社會(huì)生活意識(shí)的提高，越來越多的住戶對(duì)小區(qū)的安全防范意識(shí)也不斷的增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)管理的智能化勢(shì)在必行。門禁系統(tǒng)已由早期單純的門道及鑰匙管理，發(fā)展為一套完整的出入管理系統(tǒng)，并且通過采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使整套系統(tǒng)的操作和自身資源的使用不再受時(shí)間和地域的限制

4、。目前，IC卡門禁系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸基本是基于有線的網(wǎng)絡(luò), 如RS485, CAN 等。這些有線網(wǎng)絡(luò)施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞，線路損壞后，故障點(diǎn)不易查找，且易受雷擊和過電壓的影響。而數(shù)據(jù)采用無線傳輸方式又常常面臨無法滿足距離要求的難題,即使?jié)M足代價(jià)也非常大。針對(duì)這種情況，本論文提出了一種基于多點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎C卡門禁系統(tǒng)，采用單片無線收發(fā)芯片nRF903，數(shù)據(jù)采用多點(diǎn)跳傳的方法，每個(gè)門禁點(diǎn)在作為本身數(shù)據(jù)的收發(fā)端的同時(shí),又可做為其他門禁點(diǎn)數(shù)據(jù)的無線轉(zhuǎn)發(fā)中繼站，從而構(gòu)成不受傳輸距離限制的無線通信鏈路。2、門禁系統(tǒng)的發(fā)展出入口門禁系統(tǒng)顧名思義就是對(duì)出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)的門鎖基

5、礎(chǔ)上發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)固，人們總能用通過各種手段把它打開。在出入人很多的通道（如辦公室，酒店客房）鑰匙的管理很麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。為了解決這些問題，就出現(xiàn)了電子磁卡鎖，電子密碼鎖，這兩種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對(duì)出入口通道的管理程度，使通道管理進(jìn)入了電子時(shí)代，但隨著這兩種電子鎖的不斷應(yīng)用，它們本身的缺陷就逐漸暴露，磁卡鎖的問題是信息容易復(fù)制，卡片與讀卡機(jī)具之間磨損大，故障率高，安全系數(shù)低。密碼鎖的問題是密碼容易泄露，又無從查起，安全系數(shù)很低。同時(shí)這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品由于大多采用讀卡部分（密碼輸入）與控制部

6、分合在一起安裝在門外，很容易被人在室外打開鎖。這個(gè)時(shí)期的門禁系統(tǒng)還停留在早期不成熟階段，因此當(dāng)時(shí)的門禁系統(tǒng)通常被人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。最近幾年隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識(shí)別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們?cè)诎踩?，方便性，易管理性等方面都各有特長(zhǎng)，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。3、方案設(shè)計(jì)3.1 卡式門禁的選擇隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，出現(xiàn)了很多卡式門禁系統(tǒng)。安全防范意識(shí)也不斷的增強(qiáng)，人們對(duì)于卡式門禁的選擇也有了很

7、大的要求，為了達(dá)到最安全、最適用，所以對(duì)卡式的選擇也很重要。各種卡式的比較如表1所示：表1 幾種卡式的比較性能磁卡接觸式IC卡非接觸式IC卡信息載體磁性物質(zhì)（磁條）EEPROMEEPROM信息量較小大大讀取方式電磁轉(zhuǎn)換電擦寫無線通信保密性一般好好識(shí)別速度低低很快讀取距離接觸接觸遠(yuǎn)使用壽命短長(zhǎng)很長(zhǎng)成本低較高較高多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別不能不能能從表1可以看出，非接觸式IC卡是現(xiàn)今卡式門禁系統(tǒng)最好、最合適的選擇。所以本論文是采用非接觸式IC卡的門禁管理系統(tǒng)。非接觸式IC卡是IC卡領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)，它是射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。3.2 門禁系統(tǒng)的構(gòu)成門禁系統(tǒng)構(gòu)成分為三部分：一是無線IC卡門禁機(jī)部

8、分，二是中央控制電腦的軟件管理系統(tǒng)模塊，三是無線數(shù)據(jù)收發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸模塊。其系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖1 樓宇門禁系統(tǒng)框圖 4、硬件設(shè)計(jì)采用Philips公司的非接觸式IC卡Mifare 1卡，以M1卡作為用戶卡，以用戶卡的序列號(hào)SN（全球唯一） 為依據(jù)控制門的開啟。系統(tǒng)工作流程如下：發(fā)卡系統(tǒng)（中央控制PC機(jī)）將用戶的卡號(hào)及個(gè)人信息輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將該卡號(hào)作為合法卡號(hào)下載給所有門禁機(jī)。當(dāng)M1卡進(jìn)入門禁機(jī)的有效工作范圍內(nèi)時(shí)，門禁機(jī)讀取M1卡的序列號(hào)SN，判斷收到的卡號(hào)是否合法，合法則驅(qū)動(dòng)電磁門鎖開門，并暫時(shí)保存其開門記錄；如果是非法卡（未經(jīng)授權(quán)或已掛失的卡）則拒絕開門并上傳報(bào)警信息。系統(tǒng)定時(shí)采集各

9、門禁點(diǎn)的出入記錄并加以存儲(chǔ)、分析、處理。硬件電路主要由MIFARE卡讀寫模塊ZLG500A及天線、主控制器AT89C52、鍵盤、顯示器、門禁記錄與授權(quán)卡號(hào)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、監(jiān)控電路、NRF903無線通信接口電路以及電磁門鎖等部分組成，其硬件框圖如圖2所示： 圖2 門禁系統(tǒng)硬件框圖 4.1 無線通信接口電路模塊4.1.1 nRF903芯片介紹系統(tǒng)的無線通信模塊采用了Nordic VLSI 公司的單片UHF多段無線收發(fā)芯片nRF903。nRF903工作于433/ 868/ 915 MHz ISM頻段，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，具體工作頻率可以通過與之相連的單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置。nRF903片內(nèi)集成了電源管理、單片機(jī)

10、接口、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等模塊，外圍元件少；曼徹斯特編碼/ 解碼由片內(nèi)硬件完成,無需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼,因此使用非常方便。nRF903采用易于獲得的11.0592MHz晶振和10.7MHz濾波器，它內(nèi)部集成了變?nèi)荻O管，并通過頻率合成器合成工作頻率，因而大大降低了成本并增加了使用的靈活性。nRF903采用優(yōu)化的GMSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可在155.6KHz的有效帶寬下傳輸最高76.8bps的數(shù)據(jù)；天線接口設(shè)計(jì)為差分天線，因而可采用低成本的PCB天線；最大發(fā)射功率+10 dBm，接收靈敏度為460 dBm ,在開闊地傳輸距離一般可達(dá)600m以上。nRF903工作

11、電壓：2.7-3.3V ，低功耗。nRF903還具有待機(jī)模式，這樣更節(jié)能和高效。工作溫度：-40+85，發(fā)射電流：31mA，接收電流：23mA，輸出功率：+10dBm，速率：76.8kbps。4.1.2 nRF903與MCU的連接nRF903 采用SPI(串行外設(shè)接口) 與微控制器通訊,它自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn) ,使用極為方便,只需將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收機(jī)地址送給nRF903， nRF903 自動(dòng)完成數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC 校驗(yàn)碼)發(fā)送,在接收中有載波偵測(cè)引腳，接收到正確的數(shù)據(jù)包時(shí),自動(dòng)移去字頭、地址和CRC 校驗(yàn)碼,然后通知微處理器取數(shù)據(jù)。nRF903與MCU的接口電路如圖3所示。nRF9

12、03 的雙向數(shù)據(jù)線DATA 分別連接在AT89C52 的RXD 和TXD 引腳,RXD 和TXD 之間通過一個(gè)10k的電阻隔離。AT89C52 通過連接STBY 和PWR-DWN 的P1.5 和P1.6 對(duì)nRF903 進(jìn)行工作模式設(shè)置,通過連接CFG-DATA、CFG-CLK 和CS 的P1.2、P1.3 和P1.4 對(duì)nRF903 工作參數(shù)進(jìn)行配置,以串行方式將14 位的配置字移入nRF903 的寄存器中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻段、通道、輸出功率和輸出時(shí)鐘頻率的配置。圖3 nRF903與MCU的接口電路4.2 非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)的構(gòu)成非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)由非接觸式IC卡、讀卡器和PC管理機(jī)組成

13、，此外還包括外部門禁設(shè)備。（1)讀卡器：是門禁系統(tǒng)的主要設(shè)備，直接與PC機(jī)通過RS一232串行口相連，只要有非接觸式IC卡進(jìn)入讀卡器天線射頻能量范圍，讀卡器便通過射頻信號(hào)與IC卡通信，認(rèn)證密碼，讀取卡中的數(shù)據(jù)，并將其存入計(jì)算機(jī)中。(2)非接觸式IC卡：相當(dāng)于開門鑰匙，它是通過磁力線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流向讀卡器發(fā)射卡內(nèi)信息，完成讀卡工作的。(3)PC管理機(jī)：門禁系統(tǒng)有不同的構(gòu)成方案，一種是讀卡器不帶存儲(chǔ)器，PC機(jī)直接與讀卡器相連，讀卡信息實(shí)時(shí)地傳送給PC機(jī)。另一種是讀卡器獨(dú)立工作。在本設(shè)計(jì)中采用的是第一種方案。(4)門禁設(shè)備：門禁設(shè)備由讀卡器中單片機(jī)的I/O口根據(jù)刷卡情況發(fā)出控制信號(hào)控制，密碼認(rèn)證通過

14、開門，否則不開門。在讀卡器上用喇叭來仿真。4.2.1 讀卡器門禁系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是讀卡器，它由微處理器、外圍擴(kuò)展器件、讀寫芯片、射頻天線、串行通信接口等幾部分組成。接上串行口和+5V電源之后不僅可以讀卡而且可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。該讀卡器是針對(duì)Philips公司MIFARE產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，能夠讀寫MIFARE列的非接觸式IC卡。非接觸式IC卡讀卡器技術(shù)指標(biāo)如下：(1)讀寫卡片類型：MIFARE；(2)天線可操作距離：天線的可操作距離為510cm；(3)卡片存儲(chǔ)容量：卡存儲(chǔ)EEPROM大小為1K字節(jié)；(4)射頻輸出：通過功率匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級(jí)；(5)供電電壓：5

15、V士10(小于100mA)；(6)接口：標(biāo)準(zhǔn)RS232(讀卡器)圖4 讀卡器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4.2.2 讀寫芯片前面已經(jīng)選定Philips公司的Mifarel卡為本論文的射頻卡，因而射頻讀寫芯片也就在Philips公司的芯片產(chǎn)品中挑選。MF RC530由于可以支持33V電源供電，一般多用于手持設(shè)備：MF RC531則多用于支持TYPE B型卡的場(chǎng)合。而MF RC500的性價(jià)比最高，市場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛，購(gòu)買也最方便。所以本論文決定選用MFRC500射頻讀寫芯片。MF RC500是基于1356MHz非接觸式通信模式、低成本、高集成、高性能的讀卡芯片，具有下列的特性：該芯片利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全

16、集成了在1356MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議，支持ISOflEC 14443A所有的層， 內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線，最遠(yuǎn)可達(dá)100mm。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于ISA兼容的應(yīng)答器信號(hào)。 數(shù)字部分處理ISA幀和錯(cuò)誤檢測(cè)。此外，它還支持快速CRYPT01加密算法用于驗(yàn)證MIFARE系列產(chǎn)品。方便的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，這樣給讀卡器終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。4.3 非接觸式IC卡系統(tǒng)4.3.1 非接觸式IC卡系統(tǒng)的構(gòu)成非接觸式IC卡系統(tǒng)由非接觸式IC卡和非接觸式IC卡讀卡器構(gòu)成。非接觸式IC卡與接觸

17、式IC卡相比，有以下特點(diǎn)：可靠性高、壽命長(zhǎng)操作快捷便利、動(dòng)態(tài)處理成本較高、安全性高4.3.2 非接觸式IC卡的功能組成本論文采用的非接觸式IC卡是Philips公司的MIFARE 1卡，以M1卡作為用戶卡，以用戶卡的序列號(hào)SN為依據(jù)控制門。非接觸式IC卡的功能組成如圖5所示：圖5 非接觸式IC卡的功能組成圖 5、軟件設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)思路基于無線傳輸?shù)姆墙佑|式IC卡門禁管理系統(tǒng)，該門禁系統(tǒng)運(yùn)用基于專用無線傳輸芯片的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)使用簡(jiǎn)單的非接觸式IC卡讀寫系統(tǒng)。采用多點(diǎn)跳傳無線數(shù)據(jù)傳輸方式，為避免多個(gè)工作點(diǎn)傳輸時(shí)發(fā)生沖突,發(fā)送端與接收端采用握手聯(lián)絡(luò)的方式通信。軟件主程序是系統(tǒng)

18、的監(jiān)控程序，主要完成初始化，控制程序的流向，調(diào)用子程序等功能。單片機(jī)對(duì)Mifare非接觸式智能卡的控制是通過MF RC500來實(shí)現(xiàn)的，MF RC500是單片機(jī)和MIFARE接觸式智能卡之間的通信載體。單片機(jī)對(duì)MF RC500的控制是以單片機(jī)發(fā)出MF RC500的指令來達(dá)到的，MF RC500收到指令之后執(zhí)行這些指令。5.2 主程序設(shè)計(jì)軟件主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，主要完成初始化，控制程序的流向，調(diào)用子程序等功能。其工作流程如圖6所示。上電復(fù)位后，程序開始運(yùn)行。圖6 主程序工作流程圖5.3 MF RC500應(yīng)用子程序設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)Mifare非接觸式智能卡的控制是通過MF RC500來實(shí)現(xiàn)的，MF

19、RC500是單片機(jī)和MIFARE接觸式智能卡之間的通信載體。單片機(jī)對(duì)MF RC500的控制是以單片機(jī)發(fā)出MF RC500的指令來達(dá)到的，MF RC500收到指令之后執(zhí)行這些指令。單片機(jī)對(duì)MFRC500的某一指令操作不是簡(jiǎn)單的一條指令所能完成的，必須有一個(gè)程序的序列來完成，其中有對(duì)MF RC500硬件內(nèi)核寄存器的讀、寫以及根據(jù)讀出的硬件內(nèi)核寄存器的內(nèi)容進(jìn)行語(yǔ)言軟件上的判斷和設(shè)置。5.3.1 AT89C52對(duì)MF RC500的初始化寫41H到寄存器RxControl2： 譯碼源來自內(nèi)部寫5BH到寄存器TxControl： 使能TXl和TX2腳，設(shè)置調(diào)制源來自內(nèi)部寫ADH到寄存器BitPhase：

20、設(shè)置天線的位相值寫OOH到寄存器MfOutSelect： 設(shè)MFOUT引腳為低電平5.3.2 AT89C52對(duì)MF RC500的操作AT89C52是通過對(duì)MF RC500的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)Mifare l卡的讀寫操作，所以在軟件上我們首先要設(shè)計(jì)好AT89C52對(duì)MF RC500的控制，主要有以下三方面：(1)設(shè)置MF RC500的狀態(tài)：(2)通過讀MF RC500的狀態(tài)標(biāo)志來監(jiān)視MF RC500的工作情況；(3)發(fā)送命令，要求MF RC500執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)上述的控制操作都是通過讀寫MF RC500的寄存器來實(shí)現(xiàn)的：設(shè)置MFRC500就是設(shè)置寄存器的某些位；監(jiān)測(cè)MF RC500即讀狀態(tài)寄存器的

21、標(biāo)志位；執(zhí)行命令要向命令寄存器寫入命令代碼以及通過FIFO緩沖寄存器向緩沖區(qū)寫入令參數(shù)。5.3.3 AT89C52對(duì)MF RC500的控制指令A(yù)T89C52對(duì)MF RC500的控制過程是：AT89C52先通過FIFO緩沖區(qū)將指令寫到Command寄存器中，而后MF RC500讀取這個(gè)寄存器，即執(zhí)行這些指令。MF RC500的指令主要有：Request std，Request atl，Anticollision，Select，Loadkey，Authentication(Auth la，Auth lb)，Read，Write，Increment，Decrement，Restore，Transfer，Halt等等。指令的啟動(dòng)只需要將相關(guān)的命令代碼寫到Command寄存器中，執(zhí)行命令所需要的變量和數(shù)據(jù)都是通過FIFO緩沖區(qū)來傳遞，讀這個(gè)寄存器就可以知道正在執(zhí)行哪條命令。5.4 通信協(xié)議采用多點(diǎn)跳傳無線數(shù)據(jù)傳輸方式,數(shù)據(jù)必須進(jìn)行規(guī)定格式的處理,數(shù)據(jù)包的格式如下:D_ADDS_ADDL