RF-IC卡門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭同輝，朱兆優(yōu)

（東華理工大學(xué) 電子工程系，江西 撫州 344000）

門(mén)禁安全管理系統(tǒng)是一種新型智能化的安全管理系統(tǒng)。它集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全措施為一體，涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等諸多方面。它是解決重要部門(mén)出入口便捷控制和實(shí)現(xiàn)安全管理的有效措施，適用各種機(jī)要部門(mén)，如銀行、賓館、機(jī)房、辦公大樓、智能化小區(qū)、工廠軍械庫(kù)、機(jī)要室等。文章主要闡述了非接觸式IC卡門(mén)禁系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)的非接觸式IC卡門(mén)禁系統(tǒng)，主要由讀卡器、控制器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘模塊、通信模塊、識(shí)別卡和計(jì)算機(jī)組成。整個(gè)系統(tǒng)可以分為兩大部分：下位機(jī)部分和上位機(jī)部分。在下位機(jī)的模塊設(shè)計(jì)中，主要使用到7個(gè)I/O口。主控器選用STC12C5402單片機(jī)，其特點(diǎn)如下：① 增強(qiáng)型8051CPU，1時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；②工作頻率范圍：0-35 MHz；③ISP/IAP，無(wú)需專用編程器；④EEPROM 功能；⑤內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路；⑥時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器，用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘；⑦共6個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)專用16位定時(shí)器T0和T1；⑧ A/D轉(zhuǎn)換,10位精度ADC，共8路；⑨通用全雙工異步串行口(UART)；⑩SPI同步通信口，主模式/從模式。其系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

這部分主要包括讀卡模塊、時(shí)鐘模塊、通信模塊和密碼鎖電路驅(qū)動(dòng)模塊等五大模塊。

（1）讀卡模塊。此模塊主要是完成卡號(hào)的讀取并臨時(shí)存入STC12C5402的RAM中。在選擇晶振和電容的過(guò)程中，我們必須注意到STC12C5402提供的幾種用戶可選擇振蕩器的選擇。STC12C5402允許根據(jù)需要從高精度至最低成本范圍內(nèi)選擇。支持的基本振蕩器類型包括低頻、中頻、高頻外接晶振或陶瓷振蕩器，也可以輸入外部時(shí)鐘信號(hào)。本系統(tǒng)選擇外接晶振片內(nèi)振蕩器，根據(jù)外接晶振的條件：振蕩器必須設(shè)置為低頻晶振、中頻晶振或高頻晶振模式之一；為限制晶振驅(qū)動(dòng)電平可串聯(lián)電阻，對(duì)于低頻晶振尤其重要；對(duì)于不同的振蕩頻率，最佳電容值不同。所以本系統(tǒng)選擇高頻振蕩器，且電容都選擇33pF。選擇高頻振蕩器還因?yàn)榇讼到y(tǒng)在讀卡過(guò)程中要求相當(dāng)精確。在讀卡編程過(guò)程中，我們必需要對(duì)定時(shí)的時(shí)間精確計(jì)算，否則讀不到精確的卡號(hào)。系統(tǒng)可以使用ID4001讀卡模塊，它的每個(gè)脈沖之間的延時(shí)時(shí)間是2.6ms，選用STC12C5402芯片的P1.2和P1.3腳作為讀卡信息的兩跟數(shù)據(jù)輸入線，兩引腳被使用的也是STC12C5402芯片的最基本的I/O功能。讀卡模塊硬件圖如圖2 所示。

圖2 讀卡模塊硬件電路圖

（2）時(shí)鐘模塊。該模塊采用PCF8583日歷時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供精確的時(shí)鐘。PCF8583采用32.768kHz的時(shí)鐘方式，通過(guò)片內(nèi)寄存器來(lái)設(shè)置控制計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘走時(shí)精度可以達(dá)到微秒級(jí)。在PCF8583芯片使用前，首先要初始化日歷時(shí)鐘芯片PCF8583的時(shí)鐘方式，通過(guò)單片機(jī)對(duì)其設(shè)置初始時(shí)間，最后將刷卡時(shí)的準(zhǔn)確時(shí)間存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中。在PCF8583日歷時(shí)鐘芯片上，本系統(tǒng)使用了微調(diào)電容C5，目的是為了可以在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)間的準(zhǔn)確性。如圖3 所示為時(shí)鐘模塊硬件電路圖。

圖3 時(shí)鐘模塊硬件電路圖

（3）通信模塊。此模塊完成單片機(jī)與PC機(jī)的通信，主要由芯片MAX232和10μF的電解電容組成。將MAX232的R2.OUT（R1.OUT）接單片機(jī)的 RXD 引腳 T2.IN(T1.IN)接 TXD引腳，當(dāng)PC機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送給單片機(jī)時(shí)，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232將PC機(jī)發(fā)送的信號(hào)轉(zhuǎn)換成與單片機(jī)接口相匹配的電平，單片機(jī)上的跳變檢測(cè)器以波特率16倍的速率采樣RXD引腳上的電平。當(dāng)采樣檢測(cè)器采樣到RXD引腳上有1到0的負(fù)跳變時(shí)，單片機(jī)將進(jìn)入串行口中斷程序，不斷地接收來(lái)自PC機(jī)的數(shù)據(jù)，并將其存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢，單片機(jī)中斷返回。圖4 為通信模塊硬件電路圖。

（4）密碼鎖電路驅(qū)動(dòng)模塊。本系統(tǒng)的密碼鎖驅(qū)動(dòng)電路模塊主要由繼電器JZC、密碼鎖和驅(qū)動(dòng)芯片（74LS244）來(lái)組成。在設(shè)計(jì)電路當(dāng)中使用繼電器的目的是為了使微弱的電信號(hào)產(chǎn)生較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電流，以至能驅(qū)動(dòng)密碼鎖，產(chǎn)生自動(dòng)的效果。因?yàn)槲覀冎?，要使鎖牢固，以至于不一推就開(kāi)，因此鎖的旋鈕要有一定的力量，這不是一個(gè)微弱電信號(hào)能驅(qū)動(dòng)的，必須放大這個(gè)電信號(hào)，由此選擇了繼電器。在密碼鎖驅(qū)動(dòng)電路模塊的設(shè)計(jì)中，使用了驅(qū)動(dòng)芯片（74LS244）作為繼電器的驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)繼電器的通斷來(lái)控制密碼鎖的打開(kāi)與閉合。選擇P3.3腳作為輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的引腳，其電路原理圖如圖5 所示。

圖4 通信模塊硬件電路圖

圖5 密碼鎖驅(qū)動(dòng)模塊硬件電路

3 系統(tǒng)軟件介紹

本部分設(shè)計(jì)程序統(tǒng)一用VB6.0進(jìn)行編程，將下位機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行串行通信，按照雙方制定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)串行通信，并將通信所獲取到的數(shù)據(jù)存入到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶可以利用數(shù)據(jù)控件對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)，并使PC機(jī)能夠?qū)ο挛粰C(jī)中有關(guān)模塊進(jìn)行操作。

4 結(jié)語(yǔ)

基于STC12C5402單片機(jī)作為主控器的非接觸式IC卡門(mén)禁系統(tǒng)具有智能化、操作使用簡(jiǎn)單維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著智能樓宇建筑的加快，及各個(gè)行業(yè)管理的規(guī)范化，門(mén)禁系統(tǒng)能給學(xué)校、公司、機(jī)關(guān)、社區(qū)等各種需要一定程度管理的場(chǎng)所帶來(lái)極大的便利以及在很大程度上提高了其在安全管理方面的層次，所以它具有較好的發(fā)展前景。

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