毕业论文基于射频识别技术的门禁系统设计

毕业论文基于射频识别技术的门禁系统设计内容摘要：

据传给上位机。 MCU 采用 89C52，是因为 89C52 开发简单，运行稳定。 E2PROM 采用 24C64，用于存储 系统的数据。 24C64 是串口操作方式，是一种性价比较高的存储芯片。 液晶屏采用带字库的 ST7920，是因为它是并口操作方式的，操作方便。 时钟芯片采用 DS1302。 DS1302 是 Dallas 公司生产的新型产品，内置电池，可连续使用 10 年，可以方便记录事件的发生时间。 为了防止系统“死机”，使用x5045 作为看门狗。 x5045 是串口工作方式，内置 E2PROM，可用来存储一些系统参数。 与上位机的通信采用 RS485 通信模式，通信距离可以达到 1000m 左右。 整个系统由 9V电源供电，再由稳压模块 7805 稳压成 5V 的电 源。 由于 7805 的工作热量很高，故在 7805上安置一个散热片。 图 MF RC500 与 89C52 的接口电路 MF RC500 是应用于 MHz 非接触式通信中高集成读卡 IC 系列中的一员。 该读卡 IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在 MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。 MF RC500 支持 IS014443A 所有的层。 内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线 (100mm)。 接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于 ISO14443A 兼 容的应答器信号。 数字部分处理 ISO14443A 帧和错误检测 (奇偶 amp。 CRC)。 此外，它还支持快速 CRYPTO1 加密算法用于验证 MIFARE 系列产品。 方便的并行接口可直接连接到任何 8 位微处理器，这样给读卡器 /终端的设计提供了极大的灵活性。 黄河水院自动化工程系毕业论文 9 RS485 通信模块设计 RS485 接口 RS485 定义了一种平衡通讯接口，它允许在一条平衡线上同时接多个接收器。 它的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输。 它使用一对双绞线，将其中一条线定义为 A，另一条定义为 B [13]。 通常情况下，发送器 A,B 之间 的电压在－ 6～ 2V表示逻辑 „039。 ；在 +2～ +6V 表示逻辑 „139。 ，另外有一个信号地 C。 在 RS485 中还有一个使能端 ENABLE；它用于控制发送器与传送线 A, B 断开与连接。 当 ENABLE 为 „0‟时，发送器处于高阻状态并与平衡双绞线 A, B 断开；只有当 ENABLE 为 „1‟时， RS485 的发送器 才工作。 接收器通过平衡双绞线将 A 与 B 分别对应连接，当接收器 A, B 之间的电压在 +200mV+6V 之间时，输出逻辑 `139。 ；在 6V ～ 200mV 时，输出逻辑 „039。 RS485 可以实现点对多通信和多对多通信，并可同时接 32 个发送器和 32 个接收器。 RS485 需要两个终接电阻接在传送总线的两端（在传送距离小于 300 米时可以不接），其阻值要求等于传送电缆的特性阻抗。 本文中PC 机与门禁系统之间采用 RS485 接口实现点对多通讯，工作于半双工方式 [15]。 读卡器在门禁系统中一般距离 PC管理机比较远，而 RS232只能用于短距离通信，长距离都用 RS485串行通信芯片，数据传输距离一般达到 1200m。 RS485是 RS422的子集，以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力。 SP485R芯片管脚及互连电路见图。 RS485收发器以半双工方式、单一 +5V电源工作，内部一个接收器 R，一个驱动器 D。 SP485R接口芯片是 Sipex公司 的一种 RS485产品， 8个管脚 DIP封装 [14][15][16]。 （ 1） A ,B 为 RS485总线接口。 A为非反相接收输入或非反相驱动输出， B为反相接收输入或反相驱动输出。 A端电平高于 B端，代表数据 1； A 端电平 低于 B端 ，代表数据0。 （ 2） DI为发送器输入端， RO为接收器输出端。 分别与单片机的 TXD,RXD连接，单片机输出的信号从 TXD发送，由 DI输入经过 SP485R驱动器转变成 A,B信 号传送出去； 外部输送进来的 A,B 信号经过 SP485R接收器转变成一 个 RO信号 ，输出给单片机 RXD。 （ 3） RE, DE为收发使能端。 RE是接收器输出使能，低电平有效； DE是驱动器 输出使能 ，高电平有效， SP485R与单片机接口时， DI接单片机的发送端 TXD,RO接单片机的接收端 RXD,收发使能 RE和 DE两个管脚接单片机的一个 I/O口线。 当 = 1,DE基于射频识别技术的门禁系统设计 10 满足要求， SP485R处于发送状态，当 =0, RE满足要求， SP485R处于接收状态。 单片机通过控制 实现与 PC机数据交 换的串行通信。 87654321854123DRDRRD67G N DABBARRR OT XV c cABG N DV c cD ID ER ER OR OR ED ED I 图 SP485R 管脚及互连电路 RS485总线型网络系统连接。 数据传输采用主从站的方式，主机为 PC机，从机为读卡器单片机。 每个从机拥有自己的固定的地址，由主机控制完成 网上的每一次通信。 R为平衡电阻，通常取为 120欧。 开始所有从机处于监听状态，等待 PC机的呼叫。 当 PC机向网上发某一从机 的地址时，所有从机接收到该地址并与自己的地址相比较，如果相符说明 PC机在呼叫自己，应发回应答信号，表示该从机已准备好，可以接收后面的命令和 数据。 不是呼叫自己，则不予理睬，继续监听呼叫地址。 PC机收到从机的应答后，则开 始一次通信。 通信完毕，从机继续处于监听状态，等待呼叫。 由于 PC机只有 RS232通讯接口，因此必须经过 RS232/RS485转换器转换 信号， PC机才能同门禁系统通信。 RS232/RS485转换器原理见图。 S P 2 3 2P S 2 5 0 1P S 2 5 0 1S P 4 8 5 RT X DR X DAB 图 RS232/RS485 转换器原理图 PC机的串口通讯接口经过 SP232芯片变成 TTL电平，然后使用 SP485R将 TTL电平变成 RS485电平。 在 SP232和 SP485之间采用了高速光电隔离器 PS2501以提高抗干扰能力。 SP485R是低功耗、半双工 RS485收发器，它包含 1个发送 器和 1个接收器。 SP485R芯片与单片机的接口原理图见图。 黄河水院自动化工程系毕业论文 11 在电路设计时，注意 A和 B端要接一个终端电阻，本系统接的是 120欧姆。 SP485R芯片有 8个引脚，其中需要一个 I/O口（本系统采用 ） 来控制 SP485R的发送数据。 当该 I/O口为 „1‟时， SP485R能发送数据，当为 „0‟时， SP485R处于监听状态，只能接收数据。 S P 4 8 5 R P S 2 5 0 1P S 2 5 0 1P S 2 5 0 1A T 8 9 C 5 2R 0D I/ R E 、 D EABR X DT X DP 3 . 4 ( 接 反 向 器 )图 SP485R芯片与单片机的接口原理图 RS485 网络拓扑结构 网络中一个或多个功能与传输线路互连的点称为节点。 节点可以定义为网络中通向任何一个分支的端点，或通向两个或两个以上分支的公共点。 节点间的物理连接结构称为拓扑，分布式系统中有以下三种网络拓扑结构 : 星形 ： 是中央控制型结构，一切通信经由中央控制节点。 这种结构的控制方式简单、便宜，缺点是中央控制点有故障时，整个系统就会瘫痪，当通信量增加并要求高速通信时，中央控制单元的功能必须扩充，以克服 “瓶颈阻塞 ”问题 ； 如果采用冗余装置和自动切换技术来改善可靠性，又会大大增加系统的复杂程度和成本。 总线形 ： 所有节点共享一个公共物理通道 — 总线。 这种结构的特点是 :网络不封闭，容易加扩新节点，甚至用中继器连接多个总线，形成无根树结构。 节点间通过总线直接通信，速度快、延迟和开销小。 某个节点故障对整个系统的影响相对较小。 若采用令牌 (Token)传递的控制协议，则可保证该网络有确定的较好的实时响应性。 环形 ： 相邻节点顺序连接形成的环路结构，信息一般仅以一个方向在环上从源节点传送到目的节点，控制方式简单，节点间可采用不同传输介质，速度 也不同，缺点是某个环节故障会阻塞信息通路，可靠性差。 基于射频识别技术的门禁系统设计 12 RS485 的网络拓扑一般只能采用终端匹配的总线型结构，它不支持环形或星形网络 ， 并且在构建网络时，应注意如下几点 ： ○ 1 从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。 因为信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降 ， 并且随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重。 ○ 2 应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。 下列几 种情况易产生这种不连续性 :总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。 总之， RS485 网络应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。 门禁控制上位机与读卡器的底层控制结构采用了基于 RS485小型局域网的分布式结构。 由于要进行远距离传输数据，所以线路应接终端电阻进行 阻抗匹配， 以抑制数据传输的终端反射，避免信号失真。 结构 见图。 门 禁 管 理 上 位 机R S 2 3 2 / R S 4 85 转 换 器读 卡 器读 卡 器读 卡 器读 卡 器R S 4 8 5 总 线 图 上位机与读卡器的底层控制 结构图 由于冲突检测和 同步通信功能无法由软件实现，因而 RS485 总线通常采用二线制主从、异步通信方式。 物理层采用带有屏蔽层的双绞线，通信方式为半双工方式，要经过RS232/RS485 转换器才能实现 RS232 和 RS485 之间的通信规约以及相应的数据传输。 RS485 总线可以连接若干个节点，节点的个数，取决于所选用的 RS485 接口芯片的驱动器能驱动多少个标准的 RS485 负载。 根据规定，标准 RS485 接口的输入阻抗为大于等于 12 千欧 ,相应的标准驱动节点数为 32。 为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成 1/2 负载大于等于 24 千欧， 1/4 负载大于等于 48 千欧，甚至 1/8 负载大于等于 96 千欧，相应的节点数可增加到 6 128 和 256。 在 RS485 网络中，信号在传输线上传送，若遇到阻抗不连续的情况时，就会出现反射现象，从而影响信号的远距离传送。 因此必须采用阻抗匹配的方法来消除反射。 为了与电缆特性阻抗进行匹配，通常在总线的开始和末端都并接 120 欧电阻。 此外，在系统黄河水院自动化工程系毕业论文 13 安装过程中，传输线最好采用屏蔽线，而且应尽量做到信号传输线单独铺设，并且强信号线和弱信号线应尽量避免平行走向，尽量使二者正交，以使电磁耦合干扰减到最小。 如果难以做到正交 ，也可以平行布线，但两者距离应足够大。 液晶显示模块设计 液晶显示器（ LCD），具有功耗小，体积小，重量轻，超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，近年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子系统中， LCD可分为段位式 LCD、字符式 LCD 和点阵式 LCD。 其中段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和数字的简单显示，点阵式 LCD 不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线以及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画功能等功能，用途十分广泛。 本次设计主要是用于显示正确及错误信息，因此从性价比上考 虑，选择了字符式 LCD 显示器 1602，该显示器的显示容量是 162 个字符。 本系统显示电路设计如图 所示。 图 LCD1602 显示电路原理图 LCD1602 介绍 如表 32所示。 VEE 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10k的电位器调整对比度。 RS 为寄存器选择信号，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。 基于射频识别技术的门禁系统设计 14 R/W 为读 /写信号，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 引脚功能介绍 表 LCD1602 引脚功能介绍 引线号 符号 名称 功能 1 VSS 接地 0V 2 VDD 电路电源 5177。 10% 3 VEE 液晶驱动电压 保证 VDDVEE=~5V 电压差 4 RS 寄存器选择信号 H:数据寄存器 L:指令寄存器 5 R/W 读 /写信号 H:读 L:。