畢 業(yè) 論 文
基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作 者 姓 名 ： 專 業(yè)、班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 校內(nèi)指導(dǎo)教師： 校外指導(dǎo)教師： 完 成 日 期 ：
黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系
摘 要本文研究一種基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的門禁系統(tǒng)。（1）研究了基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了射頻IC讀卡器的電路原理圖。讀卡器主要由射頻天線、讀卡模塊、RS485通信接口及單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，（2） 深入研究RFID 天線的EMC過(guò)濾器、接收電路以及天線匹配電路等構(gòu)成并設(shè)計(jì)優(yōu)化了天線耦合電路。（3）門禁終端通信采用RS485總線，同時(shí)結(jié)合門禁讀卡器研究了RS485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)RS485接口與PC機(jī)組成通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（4）設(shè)計(jì)單片機(jī)的包看門狗、液晶顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等在內(nèi)的外圍模塊電路。（5）采用模塊化軟件設(shè)計(jì)方法，根據(jù)MF RC500的特性，系統(tǒng)地對(duì)MF RC500芯片的操作流程進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)主程序的流程圖和各個(gè)模塊子程序。（6）并建立一個(gè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)用戶信息。上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信采用串口通信，選用MAX232CPE芯片完成上、下位機(jī)之間的通信。
關(guān)鍵詞：門禁系統(tǒng)；射頻識(shí)別；MF RC500；非接觸式IC卡；串口通信
目 錄 摘 要..................................................................................................................................... I 引言............................................................................................................................................ 1 第1章門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案.............................................................................................. 2 1.1 門禁系統(tǒng)總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)............................................................................................. 2 1.2 門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..................................................................................................... 2 1.3門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)...................................................................................................... 3 第2章門禁系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)...................................................................................... 3 2.1 門禁主控器................................................................................................................. 3 2.2源模塊設(shè)計(jì).................................................................................................................. 5 2.3射頻控制模塊設(shè)計(jì)...................................................................................................... 6 2.3.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu).............................................................................. 6 2.3.2射頻識(shí)別系統(tǒng)原理........................................................................................... 7 2.4 RS485通信模塊設(shè)計(jì).................................................................................................. 9 2.4.1 RS485接口............................................................................................. 9 2.4.2 RS485網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)........................................................................... 11 2.5 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)................................................................................................... 13 2.5.1 LCD1602介紹................................................................................................ 13 2.5.2 引腳功能介紹................................................................................................ 14 2.5.3 寄存器選擇功能及指令功能........................................................................ 14 2.6實(shí)時(shí)時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì)................................................................................................ 15 2.6.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的接口............................................................................................ 15 2.6.2 時(shí)鐘數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?................................................................................... 16 2.6.3 時(shí)鐘數(shù)據(jù)傳送方式........................................................................................ 17 2.7電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).................................................................................................... 17 2.7.1電平轉(zhuǎn)換芯片................................................................................................. 17 2.7.2 MAX232芯片................................................................................................. 18 2.7.3電路連接圖..................................................................................................... 19 2.8報(bào)警電路設(shè)計(jì)............................................................................................................ 19 第3章IC卡與門禁主控器的選擇........................................................................................ 20 3.1非接觸式IC卡的選擇.............................................................................................. 20 3.2門禁控制電路............................................................................................................ 21 3.3 讀卡器選擇............................................................................................................... 22 第4章門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).................................................................................................... 24 4.1系統(tǒng)總體程序流程設(shè)計(jì)............................................................................................ 24 4.2 射頻控制模塊........................................................................................................... 24 4.4 通訊模塊................................................................................................................... 27 4.5顯示模塊.................................................................................................................... 31 4.6上位機(jī)設(shè)計(jì)................................................................................................................ 32 4.6.1 上位機(jī)程序流程圖........................................................................................ 32 4.6.2用戶登錄界面設(shè)計(jì)......................................................................................... 33 4.6.3門禁系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)......................................................................................... 35 第5章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析.................................................................................................. 37 5.1 系統(tǒng)調(diào)試................................................................................................................... 37 5.2 結(jié)論分析................................................................................................................... 37 參 考文 獻(xiàn)............................................................................................................................ 38 附錄 部分電路原理圖及PCB圖........................................................................................... 39 致 謝.................................................................................................................................. 41
引言隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展和未來(lái)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的臨近，門禁系統(tǒng)作為一項(xiàng)安防措施，將會(huì)形成更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。這方面的社會(huì)需求已在逐步升溫。作為政府職能的重要組成部分，保障公民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)的安定，實(shí)施綜合安全服務(wù)工程將會(huì)像環(huán)保工程、生態(tài)農(nóng)業(yè)工程一樣，受到社會(huì)的關(guān)注和公眾的歡迎。 出入口門禁安全管理系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，它涉及電子，機(jī)械，光學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。它是解決重要部門出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施。適用各種機(jī)要部門，如銀行、賓館、機(jī)房、軍械庫(kù)、機(jī)要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠等。
第1章 門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1.1 門禁系統(tǒng)總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于MF RC500射頻識(shí)別門禁系統(tǒng)是以射頻識(shí)別讀寫器為核心，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見圖，門鎖繼電器以及其他一些輔助器件而組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作原理是先由微處理器ATmega16控制射頻識(shí)別讀寫器讀取非接觸式IC卡的信號(hào)，接著，ATmega16根據(jù)所得數(shù)據(jù)輸出四個(gè)開關(guān)量信號(hào)（門閥繼電器有兩個(gè)，分別控制進(jìn)出），經(jīng)放大后分別用于控制門鎖繼電器和讀取門磁信號(hào)，并且整個(gè)系統(tǒng)與上位PC機(jī)之間進(jìn)行通訊，獲得指令以及傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等，最后，對(duì)系統(tǒng)的輔助設(shè)備，如液晶屏、E2PROM等進(jìn)行操作。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png 圖3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 1.2 門禁系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要由ATmega16主控芯片和非接觸式IC卡模塊構(gòu)成。硬件電路由八部分構(gòu)成：微控制器ATmega16、讀卡器模塊非接觸式IC卡、LCD1602顯示、串口通信MAX232、按鍵電路、AT24C04存儲(chǔ)、報(bào)警電路、門控電路。微控制器ATmega16負(fù)責(zé)非接觸式IC卡的初始化，上位機(jī)通過(guò)串口向非接觸式IC卡發(fā)送命令，非接觸式IC卡根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的命令做相應(yīng)的操作，然后將得到的信息傳送給微控制器ATmega16，然后微控制器控制其它模塊完成顯示、報(bào)警、判斷和門控操作。上位機(jī)與下位機(jī)之間的連接主要是通過(guò)串口進(jìn)行通信，采用MAX232芯片并將芯片的輸入和輸出管腳連接到ATmega16的I/O口，在MAX232的引腳上連接10μF的電解電容用來(lái)濾波。讀卡器模塊非接觸式IC卡與微控制器ATmega16之間的通信是通過(guò)I2C總線進(jìn)行的，由于ATmega16單片機(jī)本身并沒(méi)有I2C總線，所以將非接觸式IC卡模塊的串行時(shí)鐘線與數(shù)據(jù)線接到ATmega16的兩個(gè)I/O口，然后通過(guò)模擬I2C時(shí)序來(lái)完成ATmega16與非接觸式IC卡之間的通信，為了防止出現(xiàn)三態(tài)，在非接觸式IC卡的串行時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線上分別上拉10k電阻。而非接觸式IC卡與RFID卡之間的數(shù)據(jù)通信主要是通過(guò)天線進(jìn)行的。AT24C04與ATmega16之間的通信也是通過(guò)模擬I2C時(shí)序進(jìn)行，同時(shí)為了防止出現(xiàn)三態(tài)，在時(shí)鐘線與數(shù)據(jù)線上分別連接5.1 k的上拉電阻。LCD1602與ATmega16之間的通信是通過(guò)將LCD1602的3條控制線和8條數(shù)據(jù)線與ATmega16的I/O口相連。對(duì)于按鍵電路的設(shè)計(jì)是將3*4按鍵直接連接到ATmega16的7位I/O口，采用線反轉(zhuǎn)法通過(guò)查詢方式進(jìn)行工作。 1.3門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的分析，模塊之間的通信，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。 數(shù)據(jù)采集：非接觸式IC卡通過(guò)天線讀取RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送出去。 數(shù)據(jù)分析：ATmega16接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給AT24C04或上位機(jī)，AT24C04或上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷數(shù)據(jù)的有效性。 模塊之間的通信：ATmega16與AT24C04之間的通信都是通過(guò)模擬I2C總線進(jìn)行的， I2C總線的高效性、高實(shí)用性、高可靠性數(shù)據(jù)傳輸增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。 數(shù)據(jù)處理：針對(duì)數(shù)據(jù)的采集和分析的結(jié)果做出相應(yīng)的處理，例如顯示、報(bào)警、門控等。 第2章 門禁系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)2.1 門禁主控器門禁系統(tǒng)的主控設(shè)備采用ATmega16單片機(jī)。AVR系列單片機(jī)是ATMEL公司開發(fā)的新一代單片機(jī)，在設(shè)計(jì)上打破常規(guī)，采用了全新的概念，突出的優(yōu)點(diǎn)是高性能、低功耗的 8 位AVR 微處理器，并且具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，方便設(shè)計(jì)者使用。一般而言ATmega16在1 MHz,3V, 25°C 時(shí)的功耗正常模式時(shí)的工作電流為 1.1mA ，空閑模式時(shí)的工作電流為 0.35mA，掉電模式時(shí)的工作電流 < 1 μA。此外，該系列單片機(jī)擁有各種流行接口，方便與目前許多種類的外圍設(shè)備連接通信，操作方便快捷，非常適合于低功耗、混合信號(hào)處理的產(chǎn)品與應(yīng)用。ATmega16的硬件設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下： (1)CPU設(shè)計(jì) ATmega16單片機(jī)的CPU采用8位的RISC結(jié)構(gòu)。擁有32個(gè)8位通用工作寄存器，其中X、Y、Z 特殊寄存器可以用作3 個(gè)16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。 (2)內(nèi)部存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器(FLASH)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) ATmega16具有豐富的內(nèi)部存儲(chǔ)單元，包括16K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器FLASH，512 字節(jié)EPROM和1K字節(jié)SRAM。 (3)輸入/輸出(I/O)口 ATmega16單片機(jī)32 個(gè)通用I/O 口線，作為通用數(shù)字I/O 使用時(shí)，所有AVR I/O 端口都具有真正的讀- 修改- 寫功能。這意味著用SBI 或CBI 指令改變某些管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻) 時(shí)不會(huì)無(wú)意地改變其他管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻)。有些引腳還具有特殊功能，包括可工作于主機(jī)/ 從機(jī)模式的SPI 串行接口。 (4)定時(shí)／計(jì)數(shù)器 ATmega16系列單片機(jī)有2個(gè)兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 (5)指令系統(tǒng) ATmega16系列單片機(jī)具有先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu)，131條指令，并且大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 (6)睡眠模式 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby模式 綜上所述，ATmega16單片機(jī)是一款功能強(qiáng)大、集成資源豐富的智能型微控制器。 利用其上述特性，結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，主控設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)以下的操作： （1）控制無(wú)線傳輸平臺(tái)的傳輸過(guò)程，包括發(fā)送、接收模塊的配置與控制. （2）控制電子鎖的開啟 （3）LCD輸出顯示的驅(qū)動(dòng)程序 （4）報(bào)警模塊的驅(qū)動(dòng)程序 針對(duì)以上需實(shí)現(xiàn)的功能，ATmega16單片機(jī)預(yù)留相應(yīng)的資源與之對(duì)應(yīng)。PB端口與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的RF模塊相連接，PC端口與LCD顯示模塊相連接，PD口與讀卡模塊相連接，PA口用于電子鎖和報(bào)警模塊相連接。ATmega16單片機(jī)的引腳圖如圖2.1所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg 圖2.1ATmega16單片機(jī)的引腳圖 2.2源模塊設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)的電源電路如圖2-2所示 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.png 圖2-2電源電路 如圖所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器T1，橋式整流電路D1，濾波電容C4、C6，防止自激電容C5、C13和一只固定式三端穩(wěn)壓器(LM7805)組成的。 220V交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路D1和濾波電容C4的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的IN和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。此直流電壓經(jīng)過(guò)LM7805的穩(wěn)壓和C6的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。 2.3射頻控制模塊設(shè)計(jì)2.3.1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)射頻識(shí)別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)見圖2.3主要是由兩部份組成：讀寫器和射頻卡。讀寫器同射頻卡之間通過(guò)無(wú)線方式通訊，因此它們都有無(wú)線收發(fā)模塊及天線（或感應(yīng)線圈）。射頻卡中有存儲(chǔ)器，內(nèi)存容量為幾個(gè)比特到幾十千比特�？梢源鎯�(chǔ)永久性數(shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)可以是射頻卡序列號(hào)，它是用來(lái)作為射頻卡的唯一身份標(biāo)識(shí)，不能更改；非永久性數(shù)據(jù)寫在E2PROM等可重寫的存儲(chǔ)器內(nèi)，用以存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)。射頻卡可以根據(jù)讀寫器發(fā)出的指令對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)讀寫操作�？刂颇K完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全等功能。射頻卡分無(wú)源卡和有源卡兩種，有源卡內(nèi)置天線和電池，而無(wú)源卡只有內(nèi)置天線沒(méi)有電池，其能量由讀寫器提供，由于無(wú)源卡無(wú)需電池因此其尺寸較小且使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。讀寫器內(nèi)的控制模塊往往具有很強(qiáng)的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務(wù)，還要實(shí)現(xiàn)相互認(rèn)證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、出錯(cuò)報(bào)警及與計(jì)算機(jī)通信等功能。計(jì)算機(jī)的功能是向讀寫器發(fā)送指令，并與讀寫器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png 圖2.3.1 RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)
2.3.2射頻識(shí)別系統(tǒng)原理圖2.4為RFID系統(tǒng)的工作過(guò)程，這是一個(gè)無(wú)源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡工作的能量是由射頻讀寫模塊發(fā)出的射頻脈沖提供[11-13]。 1射頻讀寫模塊在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電場(chǎng)，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率、工作頻率和天線尺寸。 2射頻卡進(jìn)入這個(gè)區(qū)域時(shí)，接收到射頻讀寫模塊的射頻脈沖，經(jīng)過(guò)橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后作為工作電壓。 3 數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到邏輯控制部分。邏輯控制部分接收指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。 4 如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)調(diào)制然后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。 5 讀寫模塊接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進(jìn)行處理，必要時(shí)可以通過(guò)RS232或RS422或RS485或RJ45或無(wú)線接口將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)。讀寫器發(fā)送的射頻信號(hào)除提供能量外，通常還提供時(shí)鐘信號(hào)，使數(shù)據(jù)同步，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。有源系統(tǒng)的工作原理與此大致相同，不同處只是卡的工作電源由電池提供。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png 圖2.3.2射頻識(shí)別系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)主要由MCU、時(shí)鐘芯片、MF RC500、液晶屏、看門狗以及RS485通信模塊組成。系統(tǒng)的工作方式是先由MCU 控制MF RC500 驅(qū)動(dòng)天線Mifare卡，進(jìn)行讀寫操作，然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如液晶屏、E2PROM、時(shí)鐘芯片等，進(jìn)行響應(yīng)操作，最后，再與PC機(jī)之間進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。MCU采用89C52，是因?yàn)?9C52開發(fā)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定。E2PROM 采用24C64，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。24C64是串口操作方式，是一種性價(jià)比較高的存儲(chǔ)芯片。液晶屏采用帶字庫(kù)的ST7920，是因?yàn)樗遣⒖诓僮鞣绞降�，操作方便。時(shí)鐘芯片采用DS1302。DS1302是Dallas公司生產(chǎn)的新型產(chǎn)品，內(nèi)置電池，可連續(xù)使用10 年，可以方便記錄事件的發(fā)生時(shí)間。為了防止系統(tǒng)“死機(jī)”，使用x5045作為看門狗。x5045是串口工作方式，內(nèi)置E2PROM，可用來(lái)存儲(chǔ)一些系統(tǒng)參數(shù)。與上位機(jī)的通信采用RS485 通信模式，通信距離可以達(dá)到1000m左右。整個(gè)系統(tǒng)由9V電源供電，再由穩(wěn)壓模塊7805 穩(wěn)壓成5V的電源。由于7805的工作熱量很高，故在7805上安置一個(gè)散熱片。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg 圖2.5 MF RC500與89C52的接口電路 MF RC500是應(yīng)用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56 MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。MF RC500支持IS014443A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(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ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)(奇偶&CRC)。此外，它還支持快速CRYPTO1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。 2.4 RS485通信模塊設(shè)計(jì)2.4.1 RS485接口RS485定義了一種平衡通訊接口，它允許在一條平衡線上同時(shí)接多個(gè)接收器。它的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸。它使用一對(duì)雙絞線，將其中一條線定義為A，另一條定義為B [13] 。 通常情況下，發(fā)送器A,B之間的電壓在－6～-2V表示邏輯‘0'；在+2～+6V表示邏輯‘1'，另外有一個(gè)信號(hào)地C。在RS485中還有一個(gè)使能端ENABLE；它用于控制發(fā)送器與傳送線A, B斷開與連接。當(dāng)ENABLE為‘0’時(shí)，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)并與平衡雙絞線A, B斷開；只有當(dāng)ENABLE為‘1’時(shí)，RS485的發(fā)送器才工作。接收器通過(guò)平衡雙絞線將A與B分別對(duì)應(yīng)連接，當(dāng)接收器A, B之間的電壓在+200mV-+6V之間時(shí)，輸出邏輯`1'；在-6V ～-200mV時(shí)，輸出邏輯‘0'。RS485 可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多通信和多對(duì)多通信，并可同時(shí)接32個(gè)發(fā)送器和32個(gè)接收器。RS485需要兩個(gè)終接電阻接在傳送總線的兩端（在傳送距離小于300米時(shí)可以不接），其阻值要求等于傳送電纜的特性阻抗。本文中PC機(jī)與門禁系統(tǒng)之間采用RS485接口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多通訊，工作于半雙工方式 [15] 。 讀卡器在門禁系統(tǒng)中一般距離PC管理機(jī)比較遠(yuǎn)，而RS232只能用于短距離通信，長(zhǎng)距離都用RS485串行通信芯片，數(shù)據(jù)傳輸距離一般達(dá)到1200m。 RS485是RS422的子集，以差分平衡方式傳輸信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力。SP485R芯片管腳及互連電路見圖3.7。 RS485收發(fā)器以半雙工方式、單一+5V電源工作，內(nèi)部一個(gè)接收器R，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器D。 SP485R接口芯片是Sipex公司的一種RS485產(chǎn)品，8個(gè)管腳DIP封裝[14][15][16] 。 （1）A ,B 為RS485總線接口。A為非反相接收輸入或非反相驅(qū)動(dòng)輸出，B為反相接收輸入或反相驅(qū)動(dòng)輸出。A端電平高于B端，代表數(shù)據(jù)1；A 端電平低于B端 ，代表數(shù)據(jù)0。 （2）DI為發(fā)送器輸入端，RO為接收器輸出端。分別與單片機(jī)的TXD,RXD連接，單片機(jī)輸出的信號(hào)從TXD發(fā)送，由DI輸入經(jīng)過(guò)SP485R驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)變成A,B信號(hào)傳送出去； 外部輸送進(jìn)來(lái)的A,B 信號(hào)經(jīng)過(guò)SP485R接收器轉(zhuǎn)變成一個(gè)RO信號(hào) ，輸出給單片機(jī)RXD。 （3）RE, DE為收發(fā)使能端。RE是接收器輸出使能，低電平有效；DE是驅(qū)動(dòng)器輸出使能 ，高電平有效，SP485R與單片機(jī)接口時(shí)，DI接單片機(jī)的發(fā)送端TXD,RO接單片機(jī)的接收端RXD,收發(fā)使能RE和DE兩個(gè)管腳接單片機(jī)的一個(gè)I/O口線P3.3。 當(dāng)P3.3= 1,DE滿足要求，SP485R處于發(fā)送狀態(tài)，當(dāng)P3.3=0, RE滿足要求，SP485R處于接收狀態(tài)。單片機(jī)通過(guò)控制P3.3 實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)數(shù)據(jù)交換的串行通信。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.png 圖 2.4.1 SP485R 管腳及互連電路 RS485總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接。數(shù)據(jù)傳輸采用主從站的方式，主機(jī)為PC機(jī)，從機(jī)為讀卡器單片機(jī)。每個(gè)從機(jī)擁有自己的固定的地址，由主機(jī)控制完成網(wǎng)上的每一次通信。R為平衡電阻，通常取為120歐。 開始所有從機(jī)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待PC機(jī)的呼叫。當(dāng)PC機(jī)向網(wǎng)上發(fā)某一從機(jī)的地址時(shí)，所有從機(jī)接收到該地址并與自己的地址相比較，如果相符說(shuō)明PC機(jī)在呼叫自己，應(yīng)發(fā)回應(yīng)答信號(hào)，表示該從機(jī)已準(zhǔn)備好，可以接收后面的命令和數(shù)據(jù)。不是呼叫自己，則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。PC機(jī)收到從機(jī)的應(yīng)答后，則開始一次通信。通信完畢，從機(jī)繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼叫。 由于PC機(jī)只有RS232通訊接口，因此必須經(jīng)過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號(hào)， PC機(jī)才能同門禁系統(tǒng)通信。RS232/RS485轉(zhuǎn)換器原理見圖3.8。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.png 圖2.4.2 RS232/RS485轉(zhuǎn)換器原理圖 PC機(jī)的串口通訊接口經(jīng)過(guò)SP232芯片變成TTL電平，然后使用SP485R將TTL電平變成RS485電平。在SP232和SP485之間采用了高速光電隔離器PS2501以提高抗干擾能力。SP485R是低功耗、半雙工RS485收發(fā)器，它包含1個(gè)發(fā)送器和1個(gè)接收器。SP485R芯片與單片機(jī)的接口原理圖見圖2.4.3。 在電路設(shè)計(jì)時(shí)，注意A和B端要接一個(gè)終端電阻，本系統(tǒng)接的是120歐姆。SP485R芯片有8個(gè)引腳，其中需要一個(gè)I/O口（本系統(tǒng)采用P3.4） 來(lái)控制SP485R的發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)該I/O口為‘1’時(shí)，SP485R能發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)為‘0’時(shí)，SP485R處于監(jiān)聽狀態(tài)，只能接收數(shù)據(jù)。
file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.png圖2.4.3 SP485R芯片與單片機(jī)的接口原理圖 2.4.2 RS485網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)或多個(gè)功能與傳輸線路互連的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)可以定義為網(wǎng)絡(luò)中通向任何一個(gè)分支的端點(diǎn)，或通向兩個(gè)或兩個(gè)以上分支的公共點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間的物理連接結(jié)構(gòu)稱為拓?fù)�，分布式系統(tǒng)中有以下三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu): 星形：是中央控制型結(jié)構(gòu)，一切通信經(jīng)由中央控制節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)的控制方式簡(jiǎn)單、便宜，缺點(diǎn)是中央控制點(diǎn)有故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，當(dāng)通信量增加并要求高速通信時(shí)，中央控制單元的功能必須擴(kuò)充，以克服“瓶頸阻塞”問(wèn)題；如果采用冗余裝置和自動(dòng)切換技術(shù)來(lái)改善可靠性，又會(huì)大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。 總線形：所有節(jié)點(diǎn)共享一個(gè)公共物理通道— 總線。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:網(wǎng)絡(luò)不封閉，容易加擴(kuò)新節(jié)點(diǎn)，甚至用中繼器連接多個(gè)總線，形成無(wú)根樹結(jié)構(gòu);節(jié)點(diǎn)間通過(guò)總線直接通信，速度快、延遲和開銷小;某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小;若采用令牌(Token)傳遞的控制協(xié)議，則可保證該網(wǎng)絡(luò)有確定的較好的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。 環(huán)形：相鄰節(jié)點(diǎn)順序連接形成的環(huán)路結(jié)構(gòu)，信息一般僅以一個(gè)方向在環(huán)上從源節(jié)點(diǎn)傳送到目的節(jié)點(diǎn)，控制方式簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)間可采用不同傳輸介質(zhì)，速度也不同，缺點(diǎn)是某個(gè)環(huán)節(jié)故障會(huì)阻塞信息通路，可靠性差。 RS485 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话阒荒懿捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，它不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)，并且在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：1從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。因?yàn)樾盘?hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)疊加，會(huì)造成信號(hào)質(zhì)量下降，并且隨著通信距離的延長(zhǎng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。2應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性:總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過(guò)長(zhǎng)的分支線引出到總線�？傊�，RS485網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線。 門禁控制上位機(jī)與讀卡器的底層控制結(jié)構(gòu)采用了基于RS485小型局域網(wǎng)的分布式結(jié)構(gòu)。由于要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，所以線路應(yīng)接終端電阻進(jìn)行阻抗匹配，以抑制數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端反射，避免信號(hào)失真。結(jié)構(gòu)見圖2.4.2。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.png 圖2.4.2 上位機(jī)與讀卡器的底層控制結(jié)構(gòu)圖 由于沖突檢測(cè)和同步通信功能無(wú)法由軟件實(shí)現(xiàn)，因而RS485總線通常采用二線制主從、異步通信方式。物理層采用帶有屏蔽層的雙絞線，通信方式為半雙工方式，要經(jīng)過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn)RS232和RS485之間的通信規(guī)約以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。 RS485總線可以連接若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，取決于所選用的RS485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485負(fù)載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)RS485接口的輸入阻抗為大于等于12千歐 ,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載大于等于24千歐， 1/4負(fù)載大于等于48千歐，甚至1/8負(fù)載大于等于96千歐，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。 在RS485網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)在傳輸線上傳送，若遇到阻抗不連續(xù)的情況時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。因此必須采用阻抗匹配的方法來(lái)消除反射。為了與電纜特性阻抗進(jìn)行匹配，通常在總線的開始和末端都并接120歐電阻。此外，在系統(tǒng)安裝過(guò)程中，傳輸線最好采用屏蔽線，而且應(yīng)盡量做到信號(hào)傳輸線單獨(dú)鋪設(shè)，并且強(qiáng)信號(hào)線和弱信號(hào)線應(yīng)盡量避免平行走向，盡量使二者正交，以使電磁耦合干擾減到最小。如果難以做到正交，也可以平行布線，但兩者距離應(yīng)足夠大。 2.5 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)液晶顯示器（LCD），具有功耗小，體積小，重量輕，超薄等許多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子系統(tǒng)中，LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD。其中段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線以及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫功能等功能，用途十分廣泛。本次設(shè)計(jì)主要是用于顯示正確及錯(cuò)誤信息，因此從性價(jià)比上考慮，選擇了字符式LCD顯示器1602，該顯示器的顯示容量是16×2個(gè)字符。 本系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)如圖2.5.1所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.jpg 圖2.5.1 LCD1602顯示電路原理圖 2.5.1 LCD1602介紹如表3-2所示。VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇信號(hào)，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W為讀/寫信號(hào)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 2.5.2 引腳功能介紹表2.5.2 LCD1602引腳功能介紹 續(xù)表2.5.2 LCD1602引腳功能介紹 2.5.3 寄存器選擇功能及指令功能如表2.5.3寄存器選擇功能描述，應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)忙標(biāo)志為“1”時(shí)，表明正在進(jìn)行內(nèi)部操作，此時(shí)不能輸入指令或數(shù)據(jù)，要等內(nèi)部操作結(jié)束，忙標(biāo)志為“0”時(shí)。 表2.5.4寄存器選擇功能描述 | | | | | | | | 忙標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器讀出 | | | | | | |
指令格式：RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 LCD1602共有11種指令：清除，返回，輸入方式設(shè)置，顯示開關(guān)，控制，移位，功能設(shè)置，CGRAM（可自編數(shù)據(jù)區(qū)）地址設(shè)置，DDRAM（顯示緩沖區(qū)）地址設(shè)置，讀忙標(biāo)志，寫數(shù)據(jù)到CG/DDRAM，讀數(shù)據(jù)由CG/DDRAM。 2.6實(shí)時(shí)時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì)刷卡時(shí)要記錄刷卡的時(shí)間，可以用單片機(jī)的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，這叫軟件時(shí)鐘。它有一定的局限性，設(shè)置時(shí)間間隔不當(dāng)、CPU掉電等都會(huì)影響時(shí)鐘的正常運(yùn)行。用外接實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的辦法，不僅能為系統(tǒng)提供一個(gè)準(zhǔn)確可靠的時(shí)鐘，而且節(jié)省CPU的資源，用備用電池供電能保證在CPU掉電時(shí)也不影響它的正常運(yùn)行，這叫硬件時(shí)鐘。在聯(lián)網(wǎng)的情況下，為了保證刷卡的時(shí)間與PC機(jī)上的時(shí)鐘一致，PC機(jī)會(huì)每隔一定時(shí)間校核單片機(jī)內(nèi)的時(shí)間。校核辦法是由PC機(jī)將時(shí)間數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送給單片機(jī)，單片機(jī)將該時(shí)間寫入時(shí)鐘芯片的內(nèi)部時(shí)鐘單元，以新的時(shí)鐘為準(zhǔn)計(jì)時(shí)。硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方式分為兩種，一種是并行接口方式的，如DS12887, DS1387。并行接口方式數(shù)據(jù)傳送快，但管腳多，與CPU的接口連線多，而且體積大。另一種是串行接口方式的，如DS1302, Philips公司的PCF8583等。這種芯片通常為8腳DIP封裝，占用空間小，連線簡(jiǎn)單，一般只需占用CPU的2-3條I/O口線。我們采用體積小、接口簡(jiǎn)單的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302芯片作硬件時(shí)鐘。DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的低功耗串行通信接口專用芯片，采用3線串行方式與單片機(jī)通信。片內(nèi)有31字節(jié)的靜態(tài)RAM，日歷時(shí)鐘可自動(dòng)進(jìn)行閏年補(bǔ)償。時(shí)鐘的運(yùn)行可采用24h或帶AM（上午）和PM （下午）的12h格式。數(shù)據(jù)可按單字節(jié)方式或多字節(jié)突發(fā)方式傳送。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，除保持DS 1202的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能外，增加了雙電源管腳。 2.6.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的接口DS1302時(shí)鐘芯片為8引腳DIP封裝，引腳及與單片機(jī)的接口方式見圖2. 6.1。管腳的含義 [35][36] ： file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg 圖2. 6.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的接口電路設(shè)計(jì) (1)X1, X2外接32768Hz的石英晶振； (2) Vcc1,Vcc2是電源引腳，單電源供電時(shí)接Vcc1腳，雙電源供電時(shí)主電源接Vcc2，備份電源接Vcc1, (3)SCLK是串行時(shí)鐘輸入線； (4)I/O是雙向串行數(shù)據(jù)傳送線，串行數(shù)據(jù)在時(shí)鐘SCLK的上升沿輸入； (5) RST為串行通信允許信號(hào)，RST=1允許通信，RST=0禁止通信。 它與AT89C52的連接見圖3. 14 [34] ,DS1302與AT89C52連接的3根線是： (1) SCLK接CPU的P1.4， 同步時(shí)鐘輸入； (2) RST接CPU的P1.5，通信允許信號(hào)； (3) IO接 CPU的P1.4，串行數(shù)據(jù)輸入輸出。 DS1302其它管腳的連接： (1) X1，X2接32768Hz的石英晶振 (2) Vccl接3.6V，60mAh備用理電池，為時(shí)鐘的不間斷運(yùn)行提供電源。 2.6.2 時(shí)鐘數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?/strong>每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸都是以先送命令字節(jié)開始，隨后才是數(shù)據(jù)。命令字節(jié)又叫地址命令字節(jié)，其中包含要訪問(wèn)的地址及訪問(wèn)控制方式。格式如下： 最高位必須是邏輯1，如果是0，則DS1302不允許寫。D6位為邏輯0是操作時(shí)鐘，邏輯1是內(nèi)部RAM操作。D1到D5指出要操作的寄存器地址。D0是讀/寫操作控制，邏輯0是寫，邏輯1是讀。命令字節(jié)本身總是輸入，低位D0在前 [1] 。 2.6.3 時(shí)鐘數(shù)據(jù)傳送方式DS1302有單字節(jié)傳送方式和多字節(jié)傳送方式。在RST=1期間（RST必須為1數(shù)據(jù)傳送才有效），先送命令，緊接著發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。DS1302在接收到命令后自動(dòng)將數(shù)據(jù)寫入指定的內(nèi)部地址或從該地址讀取數(shù)據(jù)�！岸䲠�(shù)據(jù)在SCLK的上升沿有效，讀數(shù)據(jù)是在SCLK的下降沿有效。如果有額外的SCLK，會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)。多字節(jié)突發(fā)（burst）方式傳送與單字節(jié)傳送方式相似，在命令字節(jié)后，是多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。但命令字節(jié)中的地址A0-A4必須全為1。在RST=1期間，DS1302接收到命令后，接著進(jìn)行8個(gè)字節(jié)時(shí)鐘或31個(gè)字節(jié)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的讀寫操作。時(shí)鐘操作時(shí)，A0-A4表示的時(shí)鐘寄存器地址中，00H-06H分別對(duì)應(yīng)存放秒、分、時(shí)、日、月、星期、和年信息的寄存器，07H為寫保護(hù)控制寄存器，08H為電池充電控制寄存器。時(shí)鐘數(shù)據(jù)以BCD碼格式存放在00H-06H這7個(gè)寄存器中 [1][2] 。 (1) 秒寄存器地址是00H，低4位為秒的個(gè)位。最高位為時(shí)鐘控制位，該位為1時(shí)鐘振蕩器暫停，時(shí)鐘停，為0時(shí)鐘正常運(yùn)行。高三位為秒的十位。 (2)分鐘寄存器地址是01H，低4位為分的個(gè)位，最高位為0,高三位為分的十位。 (3)小時(shí)寄存器地址為02H，D7位為12/24小時(shí)選擇位，D7=1是12小時(shí)制，此時(shí)D5表示上午/下午 ，D5=1是下午；24小時(shí)制時(shí)，D5是小時(shí)十位的另一位，即此 時(shí) 要用兩位來(lái)表示小時(shí)的十位，D6位固定為0。 (4)寫保護(hù)寄存器為地址07H，也叫控制寄存器。最高位為寫保護(hù)控制位WP,其它位為0。 WP =1，不能向其它寄存器寫。因此，在向DS1302進(jìn)行寫入操作之前必須先使寫保護(hù)寄存器的最高位為0，然后才能寫入其它單元。 2.7電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)2.7.1電平轉(zhuǎn)換芯片如果兩個(gè)51系列單片機(jī)系統(tǒng)之間距離很短，可以通過(guò)將它們的自帶串口直接連接的方法實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信[15]。但若通信距離較遠(yuǎn)，就可使用RS-232C接口延長(zhǎng)通信距離。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA與BELL等公司一起開發(fā)的，1969年公布的通信協(xié)議[7]。由于RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邏輯電平與TTL等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，因此二者之間進(jìn)行相互連接時(shí)必須先進(jìn)行串口電平的轉(zhuǎn)換，即必須將單片機(jī)的TTL電平和RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 能夠?qū)崿F(xiàn)RS-232C電平轉(zhuǎn)換的專用芯片有很多種，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA到TTL電平的轉(zhuǎn)換。常用的是Maxim公司的MAX232集成芯片，它能完成TTL和RS-232C的雙向轉(zhuǎn)換。 2.7.2 MAX232芯片(1) MAX232的電路原理圖如圖2.7.1所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.pngfile:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.png 圖2.7.1 MAX232的電路原理圖 圖2.7.2 MAX232的引腳圖 (2) MAX232的引腳圖如圖2.7.2 MAX232的引腳主要分為5個(gè)部分 外接電容：有5個(gè)外接電容，進(jìn)行電壓匹配[8]和電源去藕。 TTL的輸入：兩路TTL電平的輸入引腳——11和10引腳，連接單片機(jī)的TXD的輸出端口。 TTL的輸出：兩路TTL 電平的輸出引腳——12和9引腳，連接單片機(jī)的RXD輸出端口。 RS-232的輸入：兩路RS-232電平的輸入引腳——13和8引腳，連接RS-232的TXD的輸出端口。 RS-232的輸出：兩路RS-232電平的輸出引腳——13和8引腳，連接RS-232的RXD的輸出端口。 2.7.3電路連接圖MAX232的電路連接圖如圖2.7.3所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.png 圖2.7.3 MAX232的電路連接圖 MAX232有兩組通信串口，本系統(tǒng)只用到一組，其中T1IN連接單片機(jī)的P3.1,R1OUT連接單片機(jī)的P3.0,而T1OUT連接九針串口的2端，R1IN連接九針串口的3端。這樣單片機(jī)與PC機(jī)的串口連接起來(lái)了。 2.8報(bào)警電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，需要用到報(bào)警電路，當(dāng)出現(xiàn)非法卡或輸入的密碼不正確時(shí)，就會(huì)進(jìn)行報(bào)警。采用蜂鳴器和LED燈（紅）作為報(bào)警電路的主要器件，將蜂鳴器的正端連接到+5V電源上，負(fù)端連接到三級(jí)管的發(fā)射極，集電極連接到地端，基極連接到1k電阻的一端另一端連接到單片機(jī)的26引腳上。當(dāng)給0時(shí)蜂鳴器響，當(dāng)給1時(shí)蜂鳴器不響。將LED（紅）燈的正端通過(guò)300Ω的電阻連接到+5V電源上，負(fù)端連接到單片機(jī)的17引腳上。當(dāng)給17引腳送0時(shí)，LED（紅）燈亮，送1時(shí)LED（紅）燈滅。在本設(shè)計(jì)中，三級(jí)管起到開關(guān)作用，與三級(jí)管相連的1k電阻是為了保護(hù)三級(jí)管，防止電流過(guò)大而燒毀三級(jí)管。與LED燈相連的300Ω電阻也是起保護(hù)LED燈的作用。報(bào)警電路原理圖如圖2.8所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg 圖2.8報(bào)警電路原理圖 第3章IC卡與門禁主控器的選擇3.1非接觸式IC卡的選擇基于MFRC500的射頻模塊可以采用Mifare1卡和MifareLight卡，它們都是Philips公司的Mifare系列產(chǎn)品。Mifare Light是一種小容量卡，其特性有： (1)容量為384位； (2)16位的數(shù)值計(jì)算； (3)128位的數(shù)據(jù)區(qū)； (4)用戶可自定義控制權(quán)限； (5)唯一的32位序列號(hào)； (6)工作頻率：13.56MHZ； (7)通信速率：106KB波特率； (8)防沖突：同一時(shí)間可處理多張卡； (9)讀寫距離：在10cm以內(nèi)（與天線有關(guān)）； (10)卡內(nèi)無(wú)需電源： 而 Mifare1 卡是較新的Mifare系列產(chǎn)品，其主要特性有： (1)容量為8K位E2PROM； (2)分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為4塊，每塊16個(gè)字節(jié)，以塊為存取單位； (3)每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問(wèn)控制； (4)每張卡有唯一序列號(hào)，為32位； (5)具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作； (6)無(wú)電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路； (7)工作溫度：-20℃∽50℃ (8)工作頻率：13.56MHZ； (9)通信速率：106KB波特率； (10)讀寫距離：10mm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）； (11)數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬(wàn)次，讀不限次數(shù)； 從上面的特性可以看出，Mifare 1存儲(chǔ)量更大，分區(qū)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)適用于“一卡通”的系統(tǒng)，為了方便系統(tǒng)以后的升級(jí)，本系統(tǒng)采用Mifare 1卡。 3.2門禁控制電路系統(tǒng)中門禁控制電路是系統(tǒng)一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行部分，主要是由微處理器ATmega16根據(jù)射頻讀寫器讀得的數(shù)據(jù)對(duì)外部門磁開關(guān)、指示燈等進(jìn)行操作。對(duì)門磁開關(guān)控制是由單片機(jī)對(duì)繼電器的控制完成的，見圖3.10 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.png 圖3.10門禁控制電路 在門禁讀卡控制器內(nèi)設(shè)有CPU、RS485通信電路、電子實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、射頻ID卡讀卡解碼電路，同時(shí)具備卡片資料存儲(chǔ)器與進(jìn)出數(shù)據(jù)緩沖器，它通過(guò)RS485通信轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)上安裝上位機(jī)門禁系統(tǒng)軟件平臺(tái)，可用于對(duì)讀寫器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、卡片授權(quán)、門口監(jiān)控、人員考勤、出入數(shù)據(jù)等管理。當(dāng)有讀卡出入時(shí)，自動(dòng)將該卡片信息進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)合法后將該卡數(shù)據(jù)、使用者、當(dāng)前時(shí)間存入進(jìn)出數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)，并發(fā)出開門指令，通過(guò)電源線傳送開門指令到電源端，電源啟動(dòng)繼電器切換電源內(nèi)部供電方向，使電鎖自動(dòng)打開，整個(gè)過(guò)程無(wú)須通過(guò)計(jì)算機(jī)，讀卡機(jī)即可自行完成。非法卡被禁止訪問(wèn)，出門時(shí)只要按動(dòng)出門按鈕， 電鎖自動(dòng)打開。當(dāng)非正常或暴力開門時(shí)，門磁輸出報(bào)警信號(hào)，將報(bào)警信號(hào)傳送到讀卡機(jī)內(nèi)，系統(tǒng)以彈出報(bào)警對(duì)話框提示報(bào)警。通過(guò)門禁系統(tǒng)軟件平臺(tái)對(duì)讀卡器設(shè)置出入管理功能后，進(jìn)出數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)處理可作為考勤數(shù)據(jù)。配件如下： 門禁電源可以采用EA公司EA-901門禁專用電源，它可提供DC12V3A電源，帶一路電鎖驅(qū)動(dòng)接口、延時(shí)0-15秒。 輸出電壓：DC12V。 輸出最大電流：3A。 驅(qū)動(dòng)輸出：COM、NC、NO。 外形尺寸：185mm x 80mm x 65mm。 電鎖的種類很多，使用IBA 1555電插鎖，它可支持木門、玻璃門等。 輸入電壓： 12VDC。 輸入電流：450 mA。 重量：0.9kg。 主要性能：通電上鎖，（斷電開鎖）。 外形尺寸：200mm x 34mm x 30mm 。 出門開關(guān)一般使用IBA-K10出門開關(guān)，它采用標(biāo)準(zhǔn)電工開關(guān)外型，按鍵是大板指甲按鍵靈敏度高。 3.3 讀卡器選擇目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻、和超高頻三種頻率范圍，不同頻段的RFID產(chǎn)品有不同的特性[13]。 1.低頻（從125KHz到134KHz） 該頻段主要是通過(guò)電感耦合的方式進(jìn)行工作，也就是在讀寫器線圈和感應(yīng)器線圈件存在著變壓器耦合作用。通過(guò)讀寫器交變場(chǎng)的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的而典雅被蒸餾，可作供電電壓使用。磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義，但是場(chǎng)強(qiáng)下降的太快，且傳輸速率慢，價(jià)格高。 2.高頻（工作頻率為13.56MHz） 在該頻率的感應(yīng)器不再需要線圈進(jìn)行繞制，可以通過(guò)腐蝕活著的方式制作天線。感應(yīng)器一般通過(guò)負(fù)載調(diào)制的方式進(jìn)行工作。也就是通過(guò)感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。如果通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫器。它的感應(yīng)器一般是電子標(biāo)簽的形式，可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。傳輸速率高，價(jià)格合理。 3. 超高頻（工作頻率為860MHz到960MHz） 超高頻系統(tǒng)通過(guò)電場(chǎng)來(lái)傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無(wú)源可達(dá)10m左右。這要是通過(guò)電容耦合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 目前使用較多的是ISO14443協(xié)議，而ISO15693是對(duì)于ISO14443對(duì)應(yīng)于高頻范圍的一種協(xié)議。因?yàn)镮SO15693疏耦合卡在高頻時(shí)讀取距離可達(dá)1m，所以本系統(tǒng)采用基于ISO15693協(xié)議的高頻讀寫器，它可以對(duì)13.56MHz高頻電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫、鎖操作[14]。它的功能特點(diǎn)如下： l 工作頻率：13.56MHz l 閱讀距離：6-10cm l 電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)：ISO15693(Tag-IT HF-I、IcodeⅡ) l 對(duì)電子標(biāo)簽多個(gè)數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容進(jìn)行讀、寫、鎖操作 l 具有防沖撞讀寫功能，最多可檢測(cè)16張電子標(biāo)簽 l 具有RS232、RS485、USB2.0多種通訊接口 它的卡結(jié)構(gòu)為64位ID號(hào)，共計(jì)64個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)塊都可讀，沒(méi)被鎖的快可寫。 串口通訊，默認(rèn)波特率為19200bps，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無(wú)校驗(yàn)。讀卡模塊引腳圖見圖3-4 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image035.png 圖3.3讀卡模塊引腳圖 第4章 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體程序流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)一共有三種開門方式：按鈕、PC機(jī)指令、非接觸式IC卡。其中按鈕開門方式需要密碼。非接觸式IC卡開門方式是最主要的方式，這里主要對(duì)這種方式的系統(tǒng)工作流程進(jìn)行介紹。流程圖見圖4.1,整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)都與PC機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image037.png 圖4.1 系統(tǒng)感應(yīng)卡開門方式工作流程圖 4.2 射頻控制模塊射頻控制模塊就是對(duì)MFRC500的控制模塊，本部分是系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分。 （1）MF RC500復(fù)位操作 在上電之后一定要對(duì)MF RC500進(jìn)行復(fù)位操作，MF RC500是高電平復(fù)位有效的，可以由ATmega16的I/O口直接復(fù)位，要注意的是： 1必須在ATmega16成功復(fù)位150ms以后，再對(duì)MF RC500進(jìn)行復(fù)位操作； 2復(fù)位高電平必須保持200us以上。 3如果復(fù)位成功，MF RC500內(nèi)部的Command寄存器的值為0，如果不為0，必須重新復(fù)位。 （2）初始化MF RC500內(nèi)部寄存器 在復(fù)位成功后，再對(duì)MF RC500的內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化，只有在正確的初始化之后，MF RC500才能正常工作。 成功進(jìn)行上兩步操作之后，MF RC500的引腳TXl同引腳TX2之間有2.2v 左右的壓差。 （3）對(duì)非接觸式IC卡進(jìn)行操作，MFRC500支持Mifare1卡和Mifarelight卡，本系統(tǒng)采用的是Mifare 1卡。射頻模塊的工作流程見圖4.3,對(duì)Mifare 1卡的操作包括： 1 請(qǐng)求操作 在成功復(fù)位和初始化之后，MF RC500控制天線向工作范圍內(nèi)的卡進(jìn)行請(qǐng)求，請(qǐng)求有Request all和Request std兩種，當(dāng)一張Mifare卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)，該卡片的ATR將啟動(dòng)，將卡片內(nèi)部數(shù)據(jù)塊0中的卡片類型（TagType）號(hào)共2個(gè)字節(jié)（Mifare1卡的返回值為00H、08H），傳送給MF RC500，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。 Request all指令是非連續(xù)性的讀卡指令。只讀一次。但是當(dāng)某一次Request all指令讀卡失敗時(shí)，比如，卡片沒(méi)能通過(guò)密鑰認(rèn)證或其他原因而出錯(cuò)時(shí)，Requestall指令將連續(xù)地讀卡，直到讀卡成功才進(jìn)入非連續(xù)性的讀卡模式。 Request all指令適用于那些需要有人工干預(yù)的場(chǎng)合。 Request std指令的使用和Request all指令剛巧相反，Request std指令是連續(xù)性的讀卡指令。當(dāng)某一張卡片在讀寫器天線的有效的工作范圍內(nèi)，Request std指令在成功地讀取這一張卡片之后，進(jìn)入讀寫器對(duì)卡片的其他操作。如果其他操作完成之后，程序員又將讀寫器進(jìn)入Request std指令操作，則Request std指令將連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作，而不管這張卡片是否被拿走。只要有一張卡片進(jìn)入天線的有效的工作范圍內(nèi)，Request std指令將始終連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作Request std指令適用于那些不需要有人工干預(yù)的場(chǎng)合，即全自動(dòng)的場(chǎng)合。例如，賓館，酒店，高級(jí)寫字樓等場(chǎng)所的門禁控制系統(tǒng)（Door Access Control）高速公路，停車場(chǎng)等的不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Non-StopRoad Tolling），等等。要注意的是，對(duì)于收費(fèi)系統(tǒng)，在成功讀卡之后一定要使用Halt指令停止該卡，否則，卡上的值會(huì)全部被減掉。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image039.png 圖4.3 射頻模塊的工作流程圖 本系統(tǒng)采用Request std請(qǐng)求指令。在成功進(jìn)行請(qǐng)求操作后，系統(tǒng)就可進(jìn)行下一步操作。 2 反碰撞操作 如果有多張Mifare卡處在系統(tǒng)天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，MFRC500將保證一 次只與一張卡片進(jìn)行通信，取得該卡片的系列號(hào)。由于Mifare卡片每一張都具有其唯一的序列號(hào)，決不會(huì)相同，因此保證MF RC500一次只對(duì)一張卡操作。該操作的返回值為卡的序列號(hào)。 3 卡的選擇操作 接下來(lái)的操作就是選擇某一張卡，此操作MF RC500得到返回值80 H 。 4 密鑰認(rèn)證操作 在允許對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作之前，必須對(duì)卡進(jìn)行三輪密鑰認(rèn)證。首先，指定要訪問(wèn)的區(qū)，并選擇密鑰A或密鑰B。本系統(tǒng)采用密鑰A。在更改密鑰A時(shí)要設(shè)置訪問(wèn)條件（如表4.1），注意，密鑰設(shè)置最好設(shè)成可逆的。接著把用戶密碼加密，并加載到MF RC500的密鑰緩存中。接下來(lái)就是三輪密鑰認(rèn)證 。 表4.1 卡的訪問(wèn)條件
5卡的數(shù)據(jù)操作 在成功密鑰認(rèn)證之后，就可以對(duì)卡進(jìn)行讀、寫、增值、減值、存儲(chǔ)、傳送等操作了以上的每步操作都被寫成一個(gè)函數(shù)，最后在主函數(shù)中調(diào)用，這樣方便系統(tǒng)的升級(jí)并增強(qiáng)了程序的可讀性。 4.4 通訊模塊整個(gè)通訊程序分為3個(gè)部分：數(shù)據(jù)接收部分、命令執(zhí)行部分、數(shù)據(jù)發(fā)送部分。 1數(shù)據(jù)接收部分 數(shù)據(jù)接收程序主要接收一幀正確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤的判斷符合以下原則： 有一個(gè)字節(jié)偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)幀格式不正確，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。 數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)碼不正確，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。 整個(gè)程序是在接收中斷服務(wù)程序中執(zhí)行的，見圖4.7。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image041.png 圖4.7 接收中斷服務(wù)程序 2命令執(zhí)行部分 這一部分是通訊主程序執(zhí)行部分，見圖4.8，是從機(jī)接收一幀正確數(shù)據(jù)后，通過(guò)地址域判斷 RS-485 總線中主控器是否呼叫本從機(jī)，如果是廣播地址則所有接收到的從機(jī)都應(yīng)響應(yīng)命令，同時(shí)通過(guò)密碼的方式，可以設(shè)置權(quán)限，密碼和地址是保存在 E2PROM 中。 在地址和密碼判斷正確的時(shí)候，程序進(jìn)行命令譯碼，對(duì)要求的命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時(shí)如果要通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，應(yīng)準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)緩存器的內(nèi)容，啟動(dòng)發(fā)送程序，發(fā)送完畢時(shí)清除接收事件發(fā)生標(biāo)志。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image043.png圖4.8 命令執(zhí)行部分 3數(shù)據(jù)發(fā)送部分 本程序的數(shù)據(jù)發(fā)送部分是在主程序中執(zhí)行的，見圖4.9。 (4) 通信可靠性設(shè)計(jì)由于在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾，并且各讀寫器分布較遠(yuǎn)、數(shù)量較多，通信可靠性經(jīng)常得不到保證。本文從硬件和軟件兩方面就提高RS485總線通信可靠性提出些具體措施。 首先，從硬件上來(lái)說(shuō)。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，PC機(jī)和門禁系統(tǒng)一般相隔較遠(yuǎn)，通信線路比較長(zhǎng)，而各門禁系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一時(shí)刻完成，如果此時(shí)某個(gè)門禁系統(tǒng)處于發(fā)送階段，將會(huì)占用RS485通信總線，這樣其他讀寫器就無(wú)法使用RS485通信總線與PC機(jī)通信。因?yàn)锳Tmega16初始化后，其I/O口處于狀態(tài)‘1'，這樣RS485將處于發(fā)送狀態(tài)，這樣會(huì)占據(jù)整個(gè)總線。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)通信接口電路時(shí)，將ATmega16的P3.4 經(jīng)過(guò)反向器后再接在SP485R上。當(dāng)RS485總線處于空載狀態(tài)時(shí)，RS232/RS485轉(zhuǎn)換器上的發(fā)送器和所有門 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image045.png 圖4.9 數(shù)據(jù)發(fā)送部分 禁系統(tǒng)通信接口上的發(fā)送器均呈高阻態(tài)，傳送線A, B上的電平未知，各門禁系統(tǒng)接口上的接收器保持為最后一次接收的邏輯狀態(tài)。為了保證RS485總線處于空載狀態(tài)時(shí)各門禁系統(tǒng)通信接口上的接收器輸出邏輯‘1'，在RS232/RS485轉(zhuǎn)換器和門禁系統(tǒng)RS485總線通信接口電路設(shè)計(jì)時(shí)分別將傳送線A上拉和傳送線B下拉，上拉電阻等于下拉電阻并且根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中RS485通信系統(tǒng)包括的門禁系統(tǒng)的臺(tái)數(shù)以及匹配電阻的連接情況來(lái)計(jì)算。另外，為了防止RS232/RS485轉(zhuǎn)換器和門禁系統(tǒng)RS485通信接口上接收器的共模電壓超過(guò)RS485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于-7V，將門禁系統(tǒng)工作電源和讀寫器RS485收發(fā)器的電源隔離，并且使用光耦NEC2501實(shí)現(xiàn)隔離，徹底消除共模電壓的影響：最后在PC機(jī)相連的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器上和距離PC機(jī)最遠(yuǎn)的門禁系統(tǒng)RS485總線通信接口上均連接匹配電阻以吸收RS485總線上的反射信號(hào)，保證傳輸信號(hào)的準(zhǔn)確。匹配電阻的大小等于傳送電纜的特性阻抗，本系統(tǒng)為120歐姆。對(duì)于軟件上來(lái)說(shuō)。由于RS485總線通信是異步半雙工的通信，在某一時(shí)刻通信總線上只允許呈現(xiàn)一種狀態(tài)。為了可靠通信，在RS485總線狀態(tài)切換時(shí)需要適當(dāng)延時(shí)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送或者接收。在軟件編制時(shí)要注意保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，即在串口通信的下位機(jī)收發(fā)程序的起始部分對(duì)ATmega16的內(nèi)部寄存器ACC, PSW, B等壓入堆棧進(jìn)行保護(hù)，而在子程序結(jié)束時(shí)再?gòu)亩褩Ｖ嗅尫懦鰜?lái)。這樣可以保證串口通信工作不對(duì)系統(tǒng)其他功能模塊產(chǎn)生影響。在通信協(xié)議設(shè)計(jì)中，每一幀數(shù)據(jù)傳送采用異或校驗(yàn)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后利用累加和校驗(yàn)來(lái)確保通信的可靠性。 4.5顯示模塊顯示子程序的主要功能是對(duì)當(dāng)前的門控狀態(tài)進(jìn)行顯示，顯示函數(shù)首先判斷是寫命令操作還是寫數(shù)據(jù)操作，若是寫命令操作，則根據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，如清屏、設(shè)置顯示模式等；若是寫數(shù)據(jù)操作，則在顯示器上顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖4-5所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image046.png 圖4-5 顯示子程序流程圖 顯示程序核心程序代碼如下所示： void LcdShowError() { WriteLcdCom(0x38); //顯示模式設(shè)置 WriteLcdCom(0x0c); //開顯示，無(wú)光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍 WriteLcdCom(0x06); //讀寫字符后地址指針加一設(shè)置 WriteLcdCom(0x80); //第一行數(shù)據(jù)指針地址 for(k=0;k<16;k++) {WriteLcdDat(str3[k]); delay(20);} WriteLcdCom(0xc0); //第二行數(shù)據(jù)指針地址 for(k=0;k<16;k++) {WriteLcdDat(str4[k]); delay(20);} WriteLcdCom(0x01); } void WriteLcdCom(unsigned char c) { LCDRW =00; LCDRS=0; //切換到寫命令 P0=c; LCDE=1; LCDE=0; for(a=0;a<20;a++);} void WriteLcdDat(unsigned char d) { LCDRW =00; LCDRS=1; //切換到寫數(shù)據(jù) P0=d; LCDE=1; LCDE=0; for(a=0;a<20;a++);} 4.6上位機(jī)設(shè)計(jì)4.6.1 上位機(jī)程序流程圖在本系統(tǒng)中，上位機(jī)主要完成管理人員登錄、向下位機(jī)發(fā)送命令、接收下位機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)、判斷數(shù)據(jù)有效性和顯示用戶信息。上位機(jī)程序流程圖如圖4.6所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image047.png 圖4.6.1 上位機(jī)程序流程圖 4.6.2用戶登錄界面設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，由于用戶信息是用戶的隱私，并不是所有人員都對(duì)用戶信息有管理權(quán)限，因此設(shè)計(jì)了用戶登錄界面，只有對(duì)用戶信息有管理權(quán)限的管理者才能對(duì)用戶做相關(guān)操作，如修改、查詢等。用戶登錄界面如圖4.6.2所示。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image049.jpg 圖4.6.2 用戶登錄界面 用戶登錄界面核心程序代碼如下所示： procedure TForm2.Button1Click(Sender: TObject); var mUser,mPasword:string; begin mUser:=Edit1.Text; mPasword:=Edit2.Text; if(Edit1.Text='') then begin ShowMessage('用戶名不能為空，請(qǐng)輸入用戶名！'); Exit; end; if(Edit2.Text='') then begin ShowMessage('密碼不能為空，請(qǐng)輸入密碼！'); Exit; end; if(ADOTable1.Locate('UserName',mUser,[])) then begin if(ADOTable1.FieldByName('Pasword').AsString=mPasword) then begin Close; end else begin ShowMessage('密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入！'); Edit2.Clear; end; end else begin ShowMessage('此用戶不存在！'); Edit1.Clear; Edit2.Clear; end; end; 4.6.3門禁系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，門禁系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)向下位機(jī)發(fā)送讀卡命令、接收下位機(jī)傳送的RFID卡序列號(hào)、將接收的卡序列號(hào)與Access數(shù)據(jù)庫(kù)里存儲(chǔ)的卡序列號(hào)做比較，若相同則在門禁界面顯示用戶信息；若不相同則顯示非法卡。如圖4.6.3所示為門禁系統(tǒng)界面。 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image050.png 圖4.6.3 門禁系統(tǒng)界面 門禁系統(tǒng)核心程序代碼如下所示： procedure TForm1.Timer2Timer(Sender: TObject); begin ka:=MSComm1.Input; if(ka='') or(ka='AABB022022') then begin ka:=MSComm1.Input; end; if(ADOTable1.Locate('卡序列號(hào)',ka,[]))then begin Edit1.Text:=ka; Edit2.Text:=ADOTable1.FieldByName('用戶名').AsString; Edit3.Text:=ADOTable1.FieldByName('住址').AsString; Edit4.Text:=ADOTable1.FieldByName('電話').AsString; MSComm1.InBufferCount:=0; MSComm1.Output:=char(sendtrue[0]); MSComm1.OutBufferCount:=0; end else begin if((ka<>'')and(ka<>'AABB022022')) then begin ShowMessage('非法卡'); Edit1.Clear; Edit2.Clear; Edit3.Clear; Edit4.Clear; MSComm1.Output:=char(sendfalse[0]); MSComm1.OutBufferCount:=0; end; end; end; procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); 第5章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試將各個(gè)部分的硬件模塊合并成一個(gè)整體，把軟件各個(gè)部分程序合并到一個(gè)主程序中。通過(guò)偉福訪真器和偉福調(diào)試軟件WAVE6000開始整體調(diào)試，硬件部分用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試硬件每部分的接通性。軟件部分的測(cè)試主要方法是通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行等方法來(lái)測(cè)試程序的正確性。在確定軟硬件無(wú)問(wèn)題后，將程序通過(guò)燒寫器把程序燒到單片機(jī)中。 將程序燒寫到控制芯片ATmega16，打開電源，電源指示燈亮，整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)。運(yùn)行上位機(jī)，向下位機(jī)發(fā)送讀卡命令，下位機(jī)接收到讀卡命令后，當(dāng)有RFID卡進(jìn)入到讀卡器的讀卡范圍內(nèi)時(shí)，若RFID卡為有效卡便會(huì)在執(zhí)行開門操作的同時(shí)在液晶上顯示正確信息；若不是有效卡則在報(bào)警的同時(shí)在液晶上顯示錯(cuò)誤信息。當(dāng)通過(guò)鍵盤輸入密碼后，系統(tǒng)會(huì)判斷密碼的有效性，若是有效密碼則開門并在液晶上顯示正確信息；若無(wú)效則報(bào)警并顯示錯(cuò)誤信息。整個(gè)系統(tǒng)完成。 5.2 結(jié)論分析本系統(tǒng)能在打開電源并運(yùn)行上位機(jī)后，能自動(dòng)向下位機(jī)發(fā)送讀卡命令，當(dāng)有RFID卡進(jìn)入到讀卡器的讀卡范圍內(nèi)時(shí)，則會(huì)自動(dòng)讀取卡序列號(hào)，并將卡序列號(hào)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)判斷卡的有效性。若該卡是有效卡，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行開門并在液晶上顯示正確的信息；若該卡是非法卡，則會(huì)報(bào)警并顯示錯(cuò)誤的信息。本系統(tǒng)能夠有效、方便、安全地控制重要場(chǎng)所的出入訪問(wèn)，具有可靠性高、保密性強(qiáng)、方便快捷等特點(diǎn)。 本系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：數(shù)據(jù)采集：讀卡器YHY502ATG通過(guò)天線讀取RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送出去。數(shù)據(jù)分析：ATmega16接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給AT24C04或上位機(jī)，AT24C04或上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷數(shù)據(jù)的有效性。模塊之間的通信：ATmega16與YHY502ATG/AT24C04之間的通信都是通過(guò)模擬I2C總線進(jìn)行的， I2C總線的高效性、高實(shí)用性、高可靠性數(shù)據(jù)傳輸增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。數(shù)據(jù)處理：針對(duì)數(shù)據(jù)的采集和分析的結(jié)果做出相應(yīng)的處理，例如顯示、報(bào)警、門控等。 參 考文 獻(xiàn)[1] 李朝清.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]：北京航空航天大學(xué)出版社， 2005
[2] 石東海.單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通[M]：西安電子科技大學(xué)出版社，2002
[3] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]：清華大學(xué)出版社，1999
[4] 付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)[M]：化學(xué)工業(yè)出版社，2001
[5] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選篇[M]：北京航空航天大學(xué)出版社
[6] 李勛，劉源，李新民.單片機(jī)適用教程[M]：北京航空航天大學(xué)出版社 [7] 萬(wàn)勝前. 基于KeilC51軟件的電子鐘設(shè)計(jì)與制作[J]，鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007年第2期
[8] 王衛(wèi)東.模擬電子電路基礎(chǔ)[M]：西安電子科技大學(xué)出版社
[9] 彭小軍. 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘[J].新余高專學(xué)報(bào)，2004年4月第9卷第2期 [10]Alexander M.Meystel, James S.Albus. 1999. Intelligent Systems:Architecture,Design and Control. New York: John Wiley.
[11] Andrew S.Tanenbaum. The Test Technology of Single-chip SwitchingPower.ICEMI’2001 [12] 丁明亮，唐前輝. 51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009. 126~225 [13] 向繼文等.基于AT89C51的電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，機(jī)電產(chǎn)片開發(fā)與創(chuàng)新，2007年第2期 [14] 張毅剛，彭喜元，董繼成. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2008. 67~310 [15] 李曉靜等.液晶顯示控制器與單片機(jī)的接口及編程[J]，電子技術(shù)，2004年第6期 [16] 陳妙芳，胡曉東. 基于AT89S51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程師， 2009. 1：136~137 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image052.png附錄 部分電路原理圖及PCB圖 門禁系統(tǒng)CPU原理圖 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image054.jpg 門禁系統(tǒng)讀卡器 file:///C:/Temp/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image056.jpg 讀卡器PCB圖 致 謝時(shí)光飛逝，日月如梭，轉(zhuǎn)眼就站在了畢業(yè)的門檻上，回首往昔，除了對(duì)光陰一去不復(fù)返的感慨，更多的是對(duì)父母親人、對(duì)老師、對(duì)學(xué)校、對(duì)同學(xué)、對(duì)公司的感謝。在校的這三年時(shí)間里很感謝老師們對(duì)我的淳淳教誨，是你們教會(huì)了我們勤奮學(xué)習(xí)，誠(chéng)實(shí)做人，踏實(shí)做事，以寬容之心面對(duì)生活。指引著我們沿著正確方向前進(jìn)。在點(diǎn)滴匯聚中使我逐漸形成正確、成熟的人生觀、價(jià)值觀。在此，特別要感謝我的指導(dǎo)老師。 感謝我的同學(xué)校友，我永遠(yuǎn)的支持者，正是在你們的陪伴下，我才一步步的完成了求學(xué)生涯。衷心感謝我的導(dǎo)師對(duì)我論文的悉心指導(dǎo)，從論文的選題、研究計(jì)劃的制定、技術(shù)路線的選擇到系統(tǒng)的開發(fā)研制，各個(gè)方面都離不開老師熱情耐心的幫助和教導(dǎo)。 三年的大學(xué)生活已經(jīng)接近聞聲，也意味著我的學(xué)生時(shí)代也即將結(jié)束，但我的學(xué)習(xí)之路仍在繼續(xù)，在今后的生活、工作中我一定會(huì)謹(jǐn)記老師對(duì)我們的教誨，繼續(xù)努力的學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，掌握專業(yè)技能，提高自己的學(xué)習(xí)能力。
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