门禁控制系统的研制毕业设计说明书(编辑修改稿)

门禁控制系统的研制毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

地开发、改进 MIFARE 结构平台。 至今，已经拥有了许多系列的智能卡集成电路、读卡机集成电路。 Philips 半导体公司的 MIFARE 非接触智能卡在非接触卡应用领域占有全球 80%的市场份额，是目前非接触智能卡的工业标准，广泛应用于公共交通、路桥收 费、电子机票、身份证、付费电话、付费电视等领域，特别是在门禁系统的应用上。 国内研究的现状 随着国内厂商硬件技术的成熟， 国内市场 已表现出向成长期迅速发展的明显趋势。 我国政府在 1993年制定的 “金卡工程实施计划 ”及全国范围的金融卡网络系统 10年规划，是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程。 它的实施，推动了金融电子化、商业和流通领域电子化的步代，使我国银行业务得到迅速发展，并逐渐在电信、公安、石油、海关、工商管理、税收征管、卫生医疗、交通管理、公共事业、社会桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 54 页 保障等各行各业得到广泛应用，并带动 了读写机器和各类应用产品及系统的开发、生产和推广应用，初步形成了从芯片设计、 COS开发、模块生产、制卡、读写机具及应用产品开发、生产的完整体系。 如 20xx年 12月份在上海推出的社会保障卡，存储了持卡者的指纹、姓名、身份证号码、照片、工作单位、婚姻状况等信息，真正做到了个人信息电子化。 但目前我国非接触式 Ic卡的制卡技术及其相应的读、写卡设备技术仍处于相对落后状态，这种要求有极高安全性和保密性的金融行业制约了我国金卡工程的实施和发展。 也正因为如此，许多软硬件企业也纷纷瞄准这一新的 IC卡领域进行生产与开发，相信非 接触式 IC片的广泛应用前景必将带来这一市场越来越激烈的竞争和更快的发展。 系统设计 主要内容 本文设计的门禁控制系统，能对出入人员实现有效的控制，可以设定使用的 IC 卡，只有设定的 IC卡才能打开门 , 并记录卡号和时间，同时把纪录的数据传输到计算机，以供管理员查询。 门禁系统设计主要分为两个部分：硬件系统和软件系统。 硬件系统包括硬件电路功能的构造和芯片的选择；软件系统包括非接触式 IC卡读写操作、程序的编写和串口通信程序的编写，以及应用操作界面的设计。 （ 1） 硬件问题 门禁控制系统的硬件主要有四部分：微处理模块，读卡模 块，显示模块，串口通信模块。 读卡模块是智能门禁系统的核心，在系统中负责读卡、与 PC机通信、向控制器发送控制信号等工作。 串口通信模块主要由串行接口芯片组成，能实现串口与 PC机的通信。 （ 2） 软件问题 软件设计是本次设计的重点。 因为所有的控制都是基于单片机控制。 主要涉及到单片机控制和串口通信协议。 读卡器读取卡的信息，系统将卡的信息传输到 PC 机，并将数据保存到 PC 机，以供查询。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 54 页 2 方案设计 设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件程序来达到目的。 硬件设计是通过对设 计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。 并且把这些元器件焊接在一块电路板上。 它包括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。 软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。 设计要求 设计的门禁系统需要实现以下功能： （ 1）、可以设定使用的 IC 卡，只有设定的 IC 卡才能打开门 , 并记录卡号和时间。 （ 2）、可以通过计算机设定门禁系统参数。 （ 3）、可以把纪录的数据传输到计算机。 方案的论证 根据卡 的种类 分为接触卡门禁系统（磁条卡 条码卡）和非接触卡（又叫感应卡 射频卡）门禁系统。 接触卡门禁系统由于 接触而是的卡片容易磨损，使用次数不多，卡片容易损坏等，使用的范围已经越来越少了，只在和银行卡（磁条卡）有关的场合被使用，例如：银行VIP 通道门禁系统，无人值守取款机门禁系统等局部行业性领域还在使用。 非接触 IC卡 可用以存储数字、字母编码信息，具有智能读写和加密通信的功能，卡中存储需要识别、交互的数据可以随时写入、更改或擦除。 它通过无线电波与读写设备进行数据交换，不需要电气触点，操作时无需接触不会磨损，芯 片封装在卡片内，不会被腐蚀，所以经久耐用。 由于其耐用性，性价比好，读取速度快，安全性高等优势，是当前门禁系统的主流。 本文正是采用非接触式 IC 卡来设计门禁控制系统， 主要探讨了 通过 Philips 公司的Mifare 射频卡，微处理电路设计和软件程序设计，串口通信，上位机出入门管理软件 来实现 门禁系统的控制。 方案的确定 本系统使用 AT89S51 单片机来实现控制， 1602 显示模块来显示时间，蜂鸣器模块作为报警模块， RS232 模块作串口通信与上位机进行通信。 当有人刷卡时，如果刷卡成功则蜂鸣器报警，表示开门信号。 同时 上位机通过调用系统时间并把信息传输给单片机，利用单片机来控制 1602 显示屏来显示时间和卡号，同时上位机保存刷卡记录。 如果刷卡不成功，蜂鸣器则不响。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 54 页 门禁机模块设计 （ 1） 非接触式 IC 卡读写头部分 读头部分采用非接触 TX522 读写模块，由读卡器读入数据并加以保存，读写头的读写距离在 010 厘米左右。 （ 2） 门禁机主控模块 智能门禁机主控模块是智能门禁机系统的核心部分，主要包括 MCU、显示、时钟，有精确时间记时和显示。 管理模块设计 （ 1） 系统管理主控模块设计 设计门禁主控模 块，其主要实现的功能是管理员对一般用户发卡，能对丢失的卡进行挂失，对找回的卡进行解挂。 （ 2） 系统管理的数据管理设计 运用编程，制作数据管理软件。 采集下位机的数据并保存，然后管理采集到的数据。 数据传输模块的设计 通过 RS232 及串口完成中央控制电脑与门禁 模块 之间的数据传输。 硬件 设计 门禁系统包括 主控模块、外围电路，通信模块，射频模块。 系统采用 Philips公司的非接触智能 IC卡 Mifare 1卡，以 M1卡作为用户卡，以用户卡的序列号 SN（全球唯一）为依据控制门的开启。 通过 AT89S51 对 TX522 模块的控制达到对卡的读写。 系统结构简单 ,成本较低且具有信息量大和安全保密性好等特点。 外围配有 RS232 接口能与 PC 机互相连，可以完成读卡、显示卡号和出入时间、身份识别 以及保存和上传出入记录等功能。 本系统选择单片机时考虑 到 几个问题：处理能力、存储器空间的大小、兼容性、系统整体设计及性价比， 以及 系统的通信速度和通信方法 (包括与 PC机通信以及与射频模块通信 )等。 选取了 ATMEL公司生产的 AT89S51单片机作为读卡器的 控制 模块。 AT89S51 单片机 AT89S51是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读 存储器的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100次。 由于将多功能 8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL的 89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 其主要特性： （ 1） 4K 字节可编程闪烁存储器 （ 2） 寿命： 1000 写 /擦循环 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 54 页 （ 3） 数据保留时间： 10 年 （ 4） 全静态工作： 0Hz24MHz （ 5） 三级程序存储器锁定 （ 6） 128*8 位内部 RAM （ 7） 32 可编程 I/O 线 （ 8） 两个 16 位定时器 /计数器 （ 9） 5 个中断源 （ 10）可编程串行通道 （ 11）低功耗的闲置和掉电模式 （ 12）片内振荡器和时钟电路 图 AT89S51 单片机引脚图 由上图可知 AT89S51的内部结构主要包括有 ALU部件、定时和控制部件、并行 I／ O接口、串行 I／ O接口、定时器部件、程序存储器、数据存储器等七个部分。 部分引脚的功能为： VCC:电源； GND:地； RST:复位输入。 晶振工作时， RST脚持续 2个机器周期高电平将使单片机复位。 在一般情况下， ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用； XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 （ 1） 、时钟电路 单片机内部有一个高增益反向放大器，输入端为芯片引脚 1XTAL ，输出端为引脚2XTAL。 而在芯片外部 1XTAL 和 2XTAL 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。 这里使用震荡频率为 12MHz的石英晶体。 需要注意的是： 设计 电路板时，振荡器和电容应尽量安装得与单片机靠近，以减小寄生电容的存在更好的保障振荡器稳 定、可靠的工作电路图如图 所示： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 54 页 图 振荡电路 （ 2） 复位电路 单片机的复位电路 采用 按键复位方式： 按键复位：程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位键以重新启动。 RST 引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。 图 复位电路 报警模块 设计 报警指示模块： 选用晶体管组成晶体管驱动电路。 在每次读合法卡成功时读卡器都会发出指示音 ，否则不响。 如图 图 报警模块 显示模块 设计 本系统要求门禁在不打卡时具备显示当前时间 ,打卡时显示该卡卡号及打卡时间。 为桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 54 页 此，选用了具有有良好的显示界面的 1602 液晶显示器。 图 为液晶与 AT89S51 接口电路。 图 液晶与 MCU 接口电路 串口 通信模块设计 读卡器用串行接口芯片 MAX232通过标准的 DB9直接与 PC机相连。 MAX232是MAXIM公司生产的专用串行接口芯片，包括 2路接收器和驱动器，我们只用其中一路收发器。 芯片内部有一个电源电压变 换器可把输入的 +5V电源电压变换为 RS232输出电平所需的 177。 10V电压 (负逻辑 )。 所以使用此接口芯片的串行通信系统只需单一的 +5V电源。 在本设计中硬件上采用 3线制 (RXD、 TXD、 GND)软握手的零 MODEM方式，即将PC机和单片机的发送数据线 (TXD)与接收数据 (RXD)交叉连接，二者的地线 (GND)直接相连，而其它信号线如握手信号线均不用，而采用软件握手，这样即可以实现预定的任务又可以简化电路设计，节约了成本。 MAX232的电路连接如图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 54 页 图 MAX232 电路连接图 射 频模块设计 TX522B 是一个简单的串行读写模块，用于与常用的微处理器。 通过单片机向TX522B模块发送命令来对 TX522B进行读写控制。 下图为单片机与 TX522 模块接线图。 图 TX522BT 与 MCS51 单片机接口图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 54 页 3 下位机 程序 设计 第 二 章详细叙述了系统的硬件设计，但一个只有硬件系统的只是一个 “裸机 ”系统。 一个控制系统性能的好坏除了跟硬件设计有关外，更重要的是系统软件。 软件是一个系统的 “灵魂 ”，本章将详细介绍系统的 各个模块的 软件设计。 单片机模块程序设计 显示模块程序设计 显示是人与计 算机系统打交道所必不可少的部分，要求门禁在不打卡时具备显示当前时间 ,打卡时显示该卡卡号及打卡时间。 HD61202U一共可以有七条指令，从作用上可分为两类。 第一条和第二条指令为显示状态设置类；其余指令为数据读 /写操作指令，见表 表 HD61202U 的指令一览表 指令名称 控制信号 控制代码 D/I R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 显示开关设置 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D 显示起始行设置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1。