智能卡門禁系統(tǒng)設(shè)計

1、智能卡門禁系統(tǒng)設(shè)計1設(shè)計要求智能卡的應(yīng)用并不是簡單的讀寫卡操作，而是一個綜合性的工程項目。它不僅包括卡和讀寫模塊的選擇，還涉及到讀寫模塊的控制、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的處理和存儲；既需要有硬件應(yīng)用的知識、也還必須具有軟件方面的能力。下面我們以一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)為例，詳細(xì)地描述了各組成部分的設(shè)計要求、完成的功能及具體的實現(xiàn)方法。智能卡門禁系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)：1.智能卡門禁系統(tǒng)一一門禁機(jī)模塊的設(shè)計(1)非接觸式IC卡讀寫頭部分主要內(nèi)容：讀頭部分采用非接觸智能卡讀寫模塊，由讀卡器讀入數(shù)據(jù)并加以保存，智能卡按常規(guī)要具有加密和數(shù)據(jù)分區(qū)存儲功能，讀寫頭的讀寫距離在5-10厘米左右，必須具有掉電保護(hù)、精確時間記時和顯示

2、，3K 5K的臨時數(shù)據(jù)存儲。(2)門禁機(jī)主控模塊主要內(nèi)容：智能門禁機(jī)主控模塊是智能門禁機(jī)系統(tǒng)的核心部分，主要包括 MCU鍵盤、 顯示、電子時鐘、外部數(shù)據(jù)存儲器及掉電保護(hù)和看門狗電路，有精確時間記時和顯示。2.智能卡門禁系統(tǒng)一一系統(tǒng)管理模塊的設(shè)計(1)系統(tǒng)管理主控模塊設(shè)計主要內(nèi)容：設(shè)計門禁上層軟件的主控模塊，其主要實現(xiàn)的功能是最高權(quán)限卡對管理員和一般用戶發(fā)卡，管理員對一般用戶發(fā)卡。能對丟失的卡進(jìn)行掛失，對找回的卡進(jìn)行解掛，同 時還要具備查找功能。(2)系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)庫管理軟件設(shè)計主要內(nèi)容：運(yùn)用高級語言編程，制作數(shù)據(jù)庫管理軟件。采集下位機(jī)的數(shù)據(jù)并保存，然后管理采集到的數(shù)據(jù)，具有采集、數(shù)據(jù)更新、查詢

3、統(tǒng)計和報表的打印功能3 .智能卡門禁系統(tǒng)一一數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計主要內(nèi)容：完成中央控制電腦與門禁讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計，能實現(xiàn)主、從機(jī)的雙向數(shù)據(jù)傳輸及一對一、一對多的數(shù)據(jù)傳輸。2總體方案根據(jù)設(shè)計要求，整個智能卡門禁系統(tǒng)分為三大部分：其一是讀寫器部分，包括MCU復(fù)位電路、時鐘電路、顯示電路、鍵盤、數(shù)據(jù)存儲等主控模塊及非接觸IC卡讀寫模塊和電鎖驅(qū)動部分；其二是中央控制電腦的軟件管理系統(tǒng)模塊；其三是中央控制電腦與讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸模塊。其總體方案見圖5.1。中央整制 電腦致寓存簿SH額卡圖1非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)框圖3非接觸式IC卡門禁機(jī)的設(shè)計系統(tǒng)采用Philips 公司的非接觸智能IC卡M

4、ifare 1卡，以M1卡作為用戶卡，以用戶 卡的序列號 SN （全球唯一）為依據(jù)控制門的開啟。因為它是一個高頻卡（工作頻率為 13.5MHZ）,有較強(qiáng)的抗干擾能力、讀寫距離遠(yuǎn)（5MM-10MM。首先，在發(fā)卡系統(tǒng)（中央控制PC機(jī)）里把用戶的卡號及個人信息輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并將該卡號作為合法卡號下載給所有門禁機(jī)。當(dāng)有一張M1卡在門禁機(jī)的有效工作范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會自動向卡發(fā)出命令，卡接收到命令后向門禁機(jī)反饋其SN,門禁機(jī)判斷收到的卡號是否合法，合法則驅(qū)動電磁門鎖開門，并實時上傳其開門記錄；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警信息。只有最高授權(quán)者（掌握授權(quán)密碼）才可以發(fā)管 理員卡，

5、管理員必須用管理員卡方可登錄發(fā)卡系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)卡/下傳合法卡號、掛失、解掛、下傳黑名單等操作。附錄二門禁機(jī)硬件原理圖Philips公司的非接觸式Mifare 1 卡，所以卡的讀寫模塊也采用了以Philips 公司最新推出的 Mifare 讀寫芯片 MF RC500為核心開發(fā)的 ZLG500A讀寫模塊。門禁機(jī)模塊的硬件原理圖見附錄二。通過AT89C52對ZLG500A的控制達(dá)到對卡的讀寫。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低且具有信息量大和安全保密性好等特點(diǎn)。外圍配有RS232轉(zhuǎn)RS485接口能與PC機(jī)互連成網(wǎng)絡(luò)，可以完成讀卡、顯示卡號和出入時間、身份識別、開鎖以及保存和上傳出入記錄、下載黑名單、設(shè) 置開門權(quán)限等

6、功能。門禁機(jī)模塊的主控軟件主要完成門禁機(jī)模塊的初始化、卡的識別、開啟門鎖及保存有關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)任宕蠊δ堋Ｆ淇傮w工作流程如圖5.2所示：圖3非接觸式IC卡門禁機(jī)總體工作流程在完成整個門禁機(jī)模塊的設(shè)計和制作前，首先必須明確非接觸式IC卡讀寫模塊的功能特性、接口規(guī)范和控制方式。本系統(tǒng)選用MIFARE 1卡作為門禁鑰匙，相應(yīng)地，選用廣州周立功公司的ZLG500A讀寫模塊作為卡與門禁機(jī)交換數(shù)據(jù)的接口模塊。1. ZLG500A讀寫模塊特性1）功能特性圖5.3為ZLG500A非接觸式IC卡讀寫模塊，該模塊采用最新 PHILIPS高集成ISO14443讀卡芯片一MF RC500能t賣寫RC500內(nèi)EEP

7、ROM提供三線 SPI接口，并具有控制線輸出口,EMC生能優(yōu)良；并自帶無源能與任何MC聯(lián)口。此外，該模塊四層電路板設(shè)計，雙面表貼, 蜂鳴器信號輸出，能用軟件控制輸出頻率及持續(xù)時間。J1圖4 ZLG500A模塊實物圖如圖5.3所示J1為與天線的接口 J2為與MCU的接口，J1、J2的管腳排列和功能說明見表5.1 :表5.1 ZLG500A非接觸式IC卡讀寫模塊管腳說明（一）管腳符號描述J1-1GND地J1-2TX1天線發(fā)送1J1-3GND地J1-4TX2天線發(fā)送2J1-5GND地J1-6RX天線接收表5.1 ZLG500A非接觸式IC卡讀寫模塊管腳說明（二）管腳符號描述J2-1SCLK輸入三線S

8、PI接口時鐘線總是由外部 MCU產(chǎn)生J2-2SDATA雙向數(shù)據(jù)線可雙向傳輸J2-3SS雙向傳輸啟動線接MCU外部中斷J2-4VCCPWR電源正端J2-5RST復(fù)位內(nèi)部MCU復(fù)位端局電平后效J2-6GNDPWR電源負(fù)端J2-7CTRL輸出控制線輸出J2-8BZ輸出蜂鳴器信號輸出ZLG500模塊可方便地與任何 MCUS行接口，如圖5.4所示為ZLG500與MCS-51單片機(jī)圖5.4 ZLG500 與MCS-51單片機(jī)接口圖的典型接口。 SCLK SDATA SS為ZLG500A與MCUW聯(lián)接的控制線，分別為片選SS時鐘線SCLK和數(shù)據(jù)線SDATA主控制器的MCU和讀卡模塊內(nèi)的 MCU通過此三線相連

9、，三根線上的 實際電平是雙方口線狀態(tài)邏輯線與的結(jié)果。ZLG500三線串行讀卡模塊接口規(guī)范(1) 接口原理接口空閑時主機(jī) SS=1 SCLK=0 SDATA=QR機(jī) SS=1 SCLK=1 SDATA=Q 其中 S序口 DATA1雙 向的而時鐘線SCL愿單向的，即時鐘只能由主控制器產(chǎn)生，該信號必須嚴(yán)格遵守時序規(guī)范， 否則將出現(xiàn)通信錯誤讀卡模塊必須釋放該線。S助數(shù)據(jù)發(fā)送使能，若一方有數(shù)據(jù)要發(fā)送給另一方，則該方控制S瞰為低并在發(fā)送結(jié)束后將該線置高，接收數(shù)據(jù)方不得控制該線，雙方必須遵守通信協(xié)議不得同時控制該線。SDAT的數(shù)據(jù)線，由數(shù)據(jù)發(fā)送端控制數(shù)據(jù)，接收端必須釋放該線。該線在一次傳輸開始 時還同時作為

10、數(shù)據(jù)接收端的響應(yīng)信號。(2)時序圖如圖5.5所示，無論數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛉绾危琒PI線上信號的波形總是如下；Start from senderStop from senderSS一一SCLKSDATA圖5 ZLG500時序圖由圖中可以看出，在SSM氐的情況時，時鐘和數(shù)據(jù)線上的信號才有效。且在SCL低時SDAT度化，在SCL。高時SDATAZ保持穩(wěn)定。以上傳輸中從數(shù)據(jù)發(fā)送器請求開始至數(shù)據(jù)接收器響應(yīng)的時間是不確定的，取決接收器內(nèi)的MCU是否忙，有必要設(shè)置一個看門狗定時器對數(shù)據(jù)接收器的響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)視，一旦接收器響應(yīng)，則MCU必須根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍瑖?yán)格控制以下幾個時間，以確保數(shù)據(jù)傳輸無誤。t1 數(shù)據(jù)接收器

11、響應(yīng)至MCU產(chǎn)生第一個SCLK上升沿的時間。t2 一兩個字節(jié)傳輸之間SCLK低電平的持續(xù)時間。t3 一傳輸最后一個字節(jié)的最后一位的SCLK信號的上升沿至SS上升沿的時間。tH SCLK信號的高電平持續(xù)時間。tL -SCLK信號的低電平持續(xù)時間。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较虿煌瑫r，對時間 t1 - t3 tH 和tL都有各自不同的要求。(3)通信協(xié)議MCUT ZLG500勺通信必須先由MCU：送命令和數(shù)據(jù)給 ZLG50Q ZLG50cB行命令完畢后， 將 命令執(zhí)行的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)回MCU開始通信前，收發(fā)雙方必須處于空閑狀態(tài)。首先由MCUt出SST降沿信號，然后等待ZLG500SDAT戢上的響應(yīng)，若在50m

12、吶為檢測到此信號，則退出本次傳輸。若正確響應(yīng)， 則MCIUT將命令和數(shù)據(jù)發(fā)送出去。然后MC霞彳f ZLG50豉回的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù)。也即等待S瞰上的下降沿彳t號，若在 50ms內(nèi)為檢測到此信號，則退出本次傳輸，若正確檢測到SS言號，則可以接收狀態(tài)和數(shù)據(jù)。ZLG50創(chuàng)始化的子程序如下：SCLKBIT P1.0SDATASSRSTBITBITP1.1P1.2BIT P3.3Zlg500:SETB RST;ZLG500內(nèi)部復(fù)位LCALLDELAY50MSCLRRSTLCALLDELAY50MSSETBSS處于空閑狀態(tài)CLRSDATACLRSCLKMOV 58H,#11HMOV59H,#11HMOV5A

13、H,#11HMOV5BH,#11HLCALLCONFIG;配置LCALLREQUEST;發(fā)送請求LCALLANTICOLL;防碰撞；* if have CARD *MOV A,52HCJNE A,#04H,SA123;A=04 IS NO CARDLJMP SA234SA123:RETSA234:LCALL READBLOCK;從存儲器中讀取數(shù)據(jù)LCALLDELAY100MSMOVR2,#20MOVR0,#58HMOVR1,#80HLCALLCOMPARE;進(jìn)行卡號的比較和驗證REL13:SETB FLAGLCALL REL123JBFLAG,REL13上述程序中 據(jù)的命令程序；RETCONF

14、IGF程序為RC500勺復(fù)位和配置子程序， 是由MC向ZLG50西出的不帶數(shù)主要是檢REQUEST程序是MC勘ZLG50吸出的帶一個字節(jié)數(shù)據(jù)的命令程序,查在有效范圍內(nèi)是否有卡存在；ANTICOLLF程序是防沖突操作，必須在執(zhí)行了REQUEST令后立即執(zhí)行。MCUW ZLG500之間的通信一般遵循如下的數(shù)據(jù)格式MCUO ZLG500發(fā)出的命令模式的格式如下：SeqNrCommandLenData0 NBCCINFO0INFOn其中：SeqNr: 1 Byte是數(shù)據(jù)交換包的序號Command: 1 Byte是命令字符Len:1 Byte 是數(shù)據(jù)的長度DataLen Byte是數(shù)據(jù)字節(jié)BCC:1 B

15、yte是一個字節(jié)的BCC效驗SeqNrStatusLenData0 NBCCINFO0INFOn其中：SeqNr: 1 Byte是數(shù)據(jù)交換包的序號status: 1 Byte是狀態(tài)字符Len:1 Byte 是數(shù)據(jù)的長度DataLen Byte是數(shù)據(jù)字節(jié)BCC:1 Byte是一個字節(jié)的 BCC效驗按照上述數(shù)據(jù)格式傳輸編制的CONFIG REQUES和ANTICOLL子程序清單如下:*CONFIG*CONFIG:MOV 60H,#00HMOV 61H,#52HMOV 62H,#00HLCALL BCC_SUM0MOV 63H,AMOV A,#00HMOV R2,#04HMOV R0,#60HLCA

16、LL SPI_SENDMOV R0,#30H LCALL _SPI_RCV RET；數(shù)據(jù)交換包的序號 ;配置命令字符代碼 ；數(shù)據(jù)的長度為0 ;BCC效驗子程序 ;BCC_SUM發(fā)送首地址;接收起始地址*REQUEST*REQUEST:MOV 60H,#00HMOV 61H,#41HMOV 62H,#01HMOV 63H,#01HLCALL BCC_SUMMOV 64H,AMOV A,#00HMOV R2,#05HMOV R0,#60HLCALL SPI_SENDMOV R0,#40HLCALL SPI_RCV RET;數(shù)據(jù)交換包的序號請求命令字符代碼;數(shù)據(jù)的長度為1; 請求模式的數(shù)據(jù) mode

17、=01H;發(fā)送5個字節(jié)數(shù);60H_64H的數(shù)據(jù)發(fā)送接收起始地址*ANTICOLL*ANTICOLL:MOV 60H,#00MOV 61H,#42HMOV 62H,#01MOV 63H,#00H LCALL BCC_SUM MOV 64H,A MOV A,#00H MOV R2,#05H MOV R0,#60H LCALL SPI_SENDMOV R0,#50H LCALL SPI_RCV MOV A,52H CJNE A,#04H,L0MOV 58H,53HMOV 59H,54HMOV 5AH,55HMOV 5BH,56HMOV A,58HXRL A,59HXRLA,5AHXRLA,5BHMO

18、V 5CH,A MOV A,#00H CLR P3.4 LCALL DELAY_50MS LCALL DELAY_50MS LCALL DELAY_50MS LCALL DELAY_50MS SETB P3.4L0:RET3）寫數(shù)據(jù) MCUZLG500；數(shù)據(jù)交換包的序號 防碰撞命令字符代碼 數(shù)據(jù)的長度為1 數(shù)據(jù)彳1為0；發(fā)送5個字節(jié)數(shù);60H_64H的數(shù)據(jù)發(fā)送;存放數(shù)據(jù)除響應(yīng)信號外，三根線上的信號全由MCU產(chǎn)生。MCU在SS線上產(chǎn)生一個下降沿，發(fā)出請求數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?，等?ZLG500響應(yīng)后本次數(shù)據(jù)傳輸開始，ZLG500將在SCLK為高時讀取SDAT能上的數(shù)據(jù)，彳輸完畢后 MCUZ在SS線上產(chǎn)

19、生一個上升沿結(jié)束本次傳輸。寫數(shù)據(jù)的具體步驟可見表5.2 。表5.2 ZLG500A讀寫模塊寫數(shù)據(jù)步驟序號動作發(fā)出者動 作動作接收者動作說明1MCUSDATA=1 SCLK=0 SS下降沿ZLG500本次數(shù)據(jù)傳輸開始請 求2ZLG500SDATA主升沿MCU本次數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)3MCUSDATA用行數(shù)據(jù)ZLG500數(shù)據(jù)傳輸4MCUSCLK=h升沿、延時、下降沿ZLG500產(chǎn)生時鐘ZLG500讀數(shù)據(jù)5MCU重復(fù)動作3、4傳送N 8位ZLG500數(shù)據(jù)傳輸N字節(jié)6MCUSS=k升沿 SDATA=0 SCLK=0ZLG500本次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束傳輸過程中必須嚴(yán)格遵守以下時間要求：t17s , t214s , t

20、H7s , tL9s , t3=任意卜面是MC晌ZLG500寫入數(shù)據(jù)的子程序，為滿足上述時間要求，可通過加入空操作來實現(xiàn)。 SPI_SEND:ANL P3,#0F7H;恢復(fù)SS的輸出功能，傳輸開始請DEC R0;發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址SETB SDATA CLR SCLK JB SDATA,$; SADATA仍為高貝U等待CLR SSMOV R5,#100DL33:MOV R6,#7DHDL44:JB SDATA,ASDFDJNZ R6,DL44DJNZ R5,DL33AJMPSPI_SEND;MCU等待SDATAD勺上升沿ASDF:ANL P1,#0FDH;STADA恢復(fù)輸出SENDBYTE:NOPINCR0NOPNOPMOV A,R0MOV R3,#8;NOPNOP設(shè)置一個字節(jié)的位數(shù)SENDBIT:NOPRLCAMOV SDATA,C;NOPNOP發(fā)送數(shù)據(jù)位SETB SCLK: NOPNOPCLRSCLKDJNZR3,SENDBITDJNZR2,SENDBYTESETBSS； 本次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束CLR SDATANOPJB SS,$RET4) 讀數(shù)據(jù)ZLG