STYLEREF標(biāo)題引言引言2.2非接觸式射頻卡2.2.1非接觸式IC卡MifareS50簡介本次設(shè)計中門禁系統(tǒng)的IC卡選取的是MIFARES50,MIFARES50是一類非接觸智能IC卡。這種射頻卡遵循的通信協(xié)議是A類型的14443通信協(xié)議。MIFARES50射頻卡主要由RF接口（天線）、LC諧振電路、EEPROM等部分構(gòu)成，并封裝到塑料中，這種射頻卡是無源的，也就說它工作時不需要電池。當(dāng)卡接近讀寫器天線時，讀卡器天線產(chǎn)生高頻電磁波信號，并且以106kb的速率傳輸數(shù)據(jù)。其中卡片的LC諧振電路可以接收特定頻率的射頻信號。并將這種高頻的振蕩信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑糜趦?nèi)部電路的工作。S50射頻卡實物圖如圖2-11所示。圖2-11MIFARES50卡實物圖射頻卡主要是通過內(nèi)部LC耦合電路的電容來存儲天線接收到的射頻信號的能量，這種非接觸式IC卡的通信距離較短約為100mm，工作頻率固定為13.56MHz，理論上最大數(shù)據(jù)傳輸速為106kbps。射頻卡具有8Kbyte的EEPROM，8K的EEPROM分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)分為4個塊，每個數(shù)據(jù)塊有16個字節(jié)。扇區(qū)0中存儲的0卡的序列號，個塊的第4塊為控制塊，其余為數(shù)據(jù)塊。存儲區(qū)的控制塊可以自定義數(shù)據(jù)塊的讀寫條件，這種設(shè)計具有較高安全性。S50射頻卡的每個標(biāo)簽都有一個無法更改的唯一序列號。這種射頻系統(tǒng)具有響應(yīng)認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和消息認(rèn)證等功能，保密性高，可防止各種干擾破解和篡改，使其廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、身份識別、物流、倉儲等領(lǐng)域。射頻卡內(nèi)部主要由RF接口、數(shù)據(jù)處理單元等部分構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)示意圖如2-12所示：圖2-12MifareS50內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2射頻卡與讀卡器交互讀卡器RC522向射頻卡發(fā)送數(shù)據(jù)的方式為彌勒編碼的ASK調(diào)制，射頻卡向讀卡器發(fā)送信息的方式為BPSK調(diào)制或曼徹斯特編碼的副載波調(diào)制。實際上卡片的防沖撞也是基于曼徹斯特編碼實現(xiàn)的?？ㄆc讀卡器的數(shù)據(jù)交互主要由四個步驟構(gòu)成：尋卡、防沖撞、選卡、三輪驗證。其通訊流程圖如圖2-14所示：圖2-14MifareS50與讀卡器數(shù)據(jù)通訊流程圖2-15三輪認(rèn)證的流程圖2.3MFRC522射頻識別芯片2.3.1RC522讀卡器簡介以及讀卡器電路設(shè)計MFRC522是一類具有較高集成度的讀寫射頻卡的芯片，其集成度的調(diào)制解調(diào)電路支持14443a（type）通信協(xié)議，工作距離可達(dá)60mm。它支持SPI接口和I2C接口，串行UART.MFRC522主要由兩個部分組成：數(shù)字電路和模擬電路。數(shù)字電路由狀態(tài)機(jī)、編碼器和解碼器組成，模擬電路由調(diào)制器、天線驅(qū)動器、接收機(jī)和放大器組成。其結(jié)構(gòu)如圖2-16所示：圖2-16MFRC522功能框圖RC522模塊設(shè)計使用SPI方式進(jìn)行通信，其硬件電路上引出SPI通信使用的引腳有：MOSI、MISO、SCK、SDA。RC522讀卡器硬件電路主要由RC522芯片、晶振以及天線組成。其中晶振頻率為27.12MHZ。該模塊設(shè)計電路及實物如圖2-17所示，RC522與單片機(jī)連接說明見表2-1。圖2-17RC522模塊硬件設(shè)計電路及實物圖表2-1RC522模塊與單片機(jī)引腳連接說明RC522引腳STM32C8T6引腳說明 SDAPB3實際上是片選線SCKPA15SPI通信的時鐘線MOSIPA12主機(jī)輸出從機(jī)輸入MISOPA11主機(jī)輸入從機(jī)輸出 RSTPA8 復(fù)位信號線VCC\GND3V3\GND 3.3V直流電壓供電2.3.2SPI通信介紹門禁系統(tǒng)的設(shè)計中RC522讀卡器與單片機(jī)通訊方式是SPI（SerialPeripheralinterface），SPI是一種高速串行通信。SPI通信支持全雙工通信，通信簡單，數(shù)據(jù)傳輸速率塊，缺點(diǎn)是沒有指定的流量控制，沒有響應(yīng)機(jī)制來確認(rèn)是否接收數(shù)據(jù)，因此通訊可靠性低于IIC總線協(xié)議。其通訊時序如圖2-18所示：在單片機(jī)與RC522模塊的SPI通信中，單片機(jī)作主機(jī)，RC522作從機(jī)，在進(jìn)行SPI通信時，時鐘信號由單片機(jī)產(chǎn)生，每次數(shù)據(jù)通信按照先傳輸高位后傳輸?shù)臀坏捻樞?，且附錄附錄?shù)據(jù)僅在SCK的下降沿改變，在SCK的上升沿保存不變。當(dāng)單片機(jī)從RC522通過SPI通信讀數(shù)據(jù)時，通過MISO數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)，在此之前單片機(jī)需要通過MOSI數(shù)據(jù)線指定RC522的工作模式（被讀取數(shù)據(jù)）以及數(shù)據(jù)地址，之后通過MISO數(shù)據(jù)線得到緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。當(dāng)單片機(jī)向RC522通過SPI通信寫數(shù)據(jù)時，通過MOSI數(shù)據(jù)線寫入數(shù)據(jù)，在此之前單片機(jī)需要通過MOSI數(shù)據(jù)線指定RC522的工作模式（寫入數(shù)據(jù)）以及數(shù)據(jù)地址，之后通過MOSI數(shù)據(jù)線向RC522的緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)。圖2-18SPI通信時序圖2.4其他功能模塊的設(shè)計2.4.1OLED顯示模塊的設(shè)計OLED（OrganicLightEmittingDiode）又稱有機(jī)發(fā)光二極管，能夠自發(fā)光不需要背光。OLED顯示屏與LCD液晶屏相比具有啟動電壓低、響應(yīng)塊、主動發(fā)光、可折疊、重量輕等多方面優(yōu)點(diǎn)。OLED發(fā)光具體由下面三個步驟完成：載流子注入、載流子遷移、激子的遷移、輻射復(fù)合發(fā)光。本次設(shè)計中OLED顯示屏采用的是中景園生產(chǎn)的1.3寸OLED顯示屏。且該OLED模塊由SSH1106驅(qū)動。該模塊原理圖及實物圖如圖2-19所示，與單片機(jī)連接說明見表2-2。本次設(shè)計中選擇的OLED模塊使用IIC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在使用OLED模塊之前首先確定單片機(jī)與OLED通信的IIC引腳。初始化STM32的引腳后通過讀寫數(shù)據(jù)的函數(shù)對OLED顯示屏進(jìn)行初始化，初始化包括設(shè)置OLED驅(qū)動時鐘分頻因子、設(shè)置顯示偏移、設(shè)置顯示對比度等等。接下來對需要顯示的字符進(jìn)行取模，封裝顯示字符的函數(shù)。圖2-19OLED顯示模塊原理圖以及實物圖表2-2OLED顯示模塊與單片機(jī)引腳連接說明OLED引腳STM32C8T6引腳說明 SDAPB9IIC通信的數(shù)據(jù)線SCLPB8IIC通信的信號線VCC\GND5V\GND 5V直流電壓供電2.4.2WIFI模塊電路設(shè)計在本次門禁系統(tǒng)設(shè)計中，除了刷卡開門，輸入密碼開門，還設(shè)計了第三種開門方式，使用WIFI通過機(jī)智云APP實現(xiàn)門的打開與關(guān)閉。WIFI模塊采用由安信可公司開發(fā)的ESP8266模塊，該模塊通過串口與單片機(jī)進(jìn)行通信，使用前需要燒錄機(jī)智云相應(yīng)固件。本次設(shè)計中WIFI模塊燒錄機(jī)智云固件，主要是利用機(jī)智云平臺實現(xiàn)門禁的無線控制。該模塊原理圖及實物圖如圖2-20所示，與單片機(jī)連接說明見表2-3。圖2-20WIFI模塊原理圖以及實物圖表2-3WIFI模塊與單片機(jī)引腳連接說明ESP8266引腳STM32C8T6引腳說明 TXDPA3單片機(jī)USART2的RXD與該模塊TXD相連RXDPA2單片機(jī)USART2的TXD與該模塊RXD相連VCC\GND5V\GND 5V直流電壓供電2.4.3語音播報模塊電路設(shè)計JQ8900是以單片機(jī)為核心的語音芯片。其主要特點(diǎn)是功能多、應(yīng)用范圍廣、性能穩(wěn)定，具有多種工作模式。在門禁系統(tǒng)的程序設(shè)計中，采用stm32c8t6的串口3來控制JQ8900語音廣播模塊輸出設(shè)定的語音。該模塊原理圖及實物圖如圖2-21所示，與單片機(jī)連接說明見表2-4。圖2-21語音播報模塊實物圖及封裝尺寸圖表2-4語音播報模塊與單片機(jī)引腳連接說明JQ8900引腳STM32C8T6引腳說明 TXPB11單片機(jī)USART3的RXD與該模塊TXD相連RXPB10單片機(jī)USART3的TXD與該模塊RXD相連SPK+--連接喇叭SPK---連接喇叭VCC\GND5V\GND 5V直流電壓供電2.4.4蜂鳴器模塊設(shè)計說明在門禁系統(tǒng)的設(shè)計中語音提示模塊除了JQ8900語音播報模塊，蜂鳴器模塊也被添加為輔助語言提示。蜂鳴器分為主動蜂鳴器和被動蜂鳴器。主動式蜂鳴器和被動式蜂鳴器的最大區(qū)別在于駕駛模式不同。由于有源蜂鳴器集成了振蕩電路，有源蜂鳴器只需要直流驅(qū)動，而無源蜂鳴器需要一定頻率的PWM信號驅(qū)動。本次設(shè)計中采用的是有源蜂鳴器，有源蜂鳴器內(nèi)部已設(shè)計了振蕩電路，在使用時僅需要設(shè)計驅(qū)動電路即可，蜂鳴器模塊原理圖如下，采用NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動，設(shè)計中蜂鳴器輸入端連接STM32的PB15，設(shè)置PB15口線為推挽輸出，1k電阻起到限流作用，當(dāng)PB15輸出高電平時，電流經(jīng)過三極管放大驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，但PB15輸出低電平時蜂鳴器不工作。該模塊原理圖及實物圖如圖2-22所示，與單片機(jī)連接方式見表2-5。圖2-22蜂鳴器模塊設(shè)計原理圖表2-5蜂鳴器模塊與單片機(jī)引腳連接說明蜂鳴器引腳STM32C8T6引腳說明 BEEPPB15驅(qū)動蜂鳴器工作的信號線VCC\GND5V\GND 5V直流電壓供電2.4.5舵機(jī)模塊簡介舵機(jī)主要由直流電機(jī)、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成。通過接入PWM控制信號，可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)動一定角度。舵機(jī)內(nèi)部有一個直流電機(jī)，通過變速齒輪的傳動和變速，使輸出軸轉(zhuǎn)動，同時，舵機(jī)內(nèi)部都設(shè)有角度傳感器和控制電路板，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度的控制和信號的反饋。角度傳感器實際上就是一個滑動變阻器，將電阻值變?yōu)殡妷褐担c輸入信號電壓值作為電壓比較器輸入，得到比較的差值控制直流電阻轉(zhuǎn)動，直到比較值相同，舵機(jī)便不再轉(zhuǎn)動。舵機(jī)的控制信號是脈沖寬度調(diào)制信號（PWM）。該舵機(jī)的控制信號周期為20MS的脈寬調(diào)制信號（PWM），脈寬為0.5ms-2.5ms，相應(yīng)的舵盤轉(zhuǎn)動0-180度。該模塊實物圖如圖2-23所示，舵機(jī)與單片機(jī)連接方式見表2-6。圖2-23輝盛SG90舵機(jī)模塊實物圖以及結(jié)構(gòu)圖圖2-24舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度與脈沖寬度的關(guān)系表2-6舵機(jī)模塊與單片機(jī)引腳連接說明舵機(jī)引腳STM32C8T6引腳說明 S1PA1定時器二的二通道PWMS2PA7定時器三的二通道PWMVCC\GND5V\GND 5V直流電壓供電2.4.6DS1302實時時鐘模塊電路設(shè)計DS1302模塊：DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘模塊，可對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計數(shù)。采用I2C通信方式。在門禁系統(tǒng)的設(shè)計中DS1302實時時鐘模塊電路的設(shè)計原理圖如下圖示，其中晶振采用32.768khz的無源圓柱形晶振，并加入了備份電池，使得在系統(tǒng)掉電的情況下該模塊也能正常工作。該模塊原理圖如圖2-25所示，與單片機(jī)連接說明見表2-7。圖2-25DS1302模塊設(shè)計原理圖表2-7OLED顯示模塊與單片機(jī)引腳連接說明DS1302引腳STM32C8T6引腳說明 SCKPA4IIC通信的時鐘線RSTPA5復(fù)位線SDAPA6IIC通信的數(shù)據(jù)線VCC1\VCC2\GND5V\GND VCC1為備用電池供電2.5本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了門禁系統(tǒng)中設(shè)計各個硬件模塊，主要介紹了門禁系統(tǒng)的主控制器、射頻卡、RC522讀卡器、WIFI模塊、語音播報模塊、蜂鳴器模塊、DS1302實時時鐘模塊、舵機(jī)模塊的硬件電路及基礎(chǔ)使用方法，為下一章介紹門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計做好了準(zhǔn)備。第3章IC卡門禁系統(tǒng)程序設(shè)計上一章主要介紹了IC卡門禁系統(tǒng)的硬件組成，本章將從程序軟件方面對系統(tǒng)進(jìn)行介紹，包括程序編寫使用的軟件，程序框架已經(jīng)各個模塊程序的設(shè)計。3.1軟件開發(fā)環(huán)境MDK5簡介門禁系統(tǒng)軟件部分使用MDK5進(jìn)行開發(fā)。MDK由德國的KEIL公司開發(fā)，uVision5IDE集成開發(fā)環(huán)境，是目前針對ARM處理器的最佳開發(fā)工具。MDK5向后兼容MDK4和MDK3等，以前的項目同樣可以在MDK5上進(jìn)行開發(fā)，MDK5主要由兩個部分組成：MDKCore和SoftwarePacks。其中，SoftwarePack可以獨(dú)立于工具鏈進(jìn)行新芯片支持和中間庫的升級。開發(fā)環(huán)境MDK5的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1MDK5的組成3.2門禁系統(tǒng)軟件總體設(shè)計IC卡門禁系統(tǒng)工作流程圖如圖3-2所示。系統(tǒng)上電后對各個模塊引腳進(jìn)行初始化，初始化完成后進(jìn)入自動尋卡的函數(shù)，在自動尋卡的狀態(tài)下，門禁系統(tǒng)自動搜尋RC522讀卡器可讀取范圍內(nèi)的射頻卡，此時若按下矩陣鍵盤按鍵D則可以切換開門方式，尋卡狀態(tài)開門方式為射頻識別對比正確開門，可以通過按鍵D切換為矩陣鍵盤輸入密碼開門，切換為WIFI連接，利用機(jī)智云平臺提供的APP控制門的開關(guān)。每次刷卡的刷卡記錄都將存儲到單片機(jī)FLASH中，并且在管理員模式下能夠在串口查看刷卡記錄。在自動尋卡狀態(tài)，若檢測到有卡刷入，首先判斷是否為管理卡，若為管理卡，則能夠執(zhí)行管理功能，如將卡號添加到FLASH，從FLASH中刪除卡片、凍結(jié)卡、查看刷卡記錄、翻閱內(nèi)存卡號、模擬校園卡充值扣款功能、清除內(nèi)存、復(fù)制卡號到CUID卡或UID卡、設(shè)置密碼、設(shè)置時間等功能。若不是管理卡，將讀取到的卡號與FLASH內(nèi)已存的卡號進(jìn)行對比，若為已存卡則執(zhí)行開門功能，若為未注冊卡將提示注冊，未注冊卡片刷卡次數(shù)超過3次將會使系統(tǒng)鎖定，在鎖定狀態(tài)下需要刷管理卡或等待一分鐘回到自動尋卡的狀態(tài)。在矩陣鍵盤輸入開門的狀態(tài)下，需要用矩陣鍵盤輸入正確的密碼才能開門，密碼存儲在STM32單片機(jī)的FLASH內(nèi)，在執(zhí)行矩陣鍵盤的程序起始將會先從FLASH中讀取已存的密碼，用于與輸入密碼進(jìn)行對比。輸入密碼正確則能夠開門，輸入密碼錯誤次數(shù)過多將使系統(tǒng)鎖定，此時同樣需要刷管理卡或等待一分鐘解鎖。在WIFI控制狀態(tài)下可以進(jìn)行WIFI模塊的復(fù)位，以及進(jìn)行WIFI的連接，連接WIFI后在自動尋卡狀態(tài)下也能夠通過機(jī)智云平臺APP控制開關(guān)門。在門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計中采用了模塊化的編程方法，首先將系統(tǒng)分為幾個基本的模塊，分別進(jìn)行程序的設(shè)計，然后在根據(jù)需要添加功能。本系統(tǒng)根據(jù)功能主要劃分為以下幾個重要的功能模塊：主程序模塊、RFID射頻識別模塊、OLED顯示模塊、WIFI模塊、語音播報以及蜂鳴器模塊、舵機(jī)模塊、矩陣鍵盤模塊、DS1302模塊。接下來對于上述模塊的程序設(shè)計進(jìn)行具體介紹。圖3-2門禁系統(tǒng)工作流程圖3.2.1RC522模塊程序設(shè)計為了能夠使STM32C8T6與RC522讀卡器模塊通信，首先需要初始化通信的引腳:PB3(SDA)、PA15(SCK)、PA12(MOSI)、PA11(MISO)、PA8(RST)。通信引腳初始化后封裝SPI寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)的函數(shù)，對RC522模塊進(jìn)行初始化，RC522的初始化包括天線復(fù)位，選擇工作方式等。由第二章的介紹可知RC522與射頻卡的數(shù)據(jù)交互主要進(jìn)行三個步驟：尋卡、防沖撞、選卡，若要修改卡片扇區(qū)內(nèi)容還需要進(jìn)行三輪驗證。尋卡：S50射頻卡和讀卡器RC522之間的通信方式與通信速率是由通信協(xié)議約定好的，當(dāng)有射頻卡片進(jìn)入讀寫器的閱讀，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊，通信成功后能夠獲得卡片的卡號卡類型等信息。讀卡器尋卡時有兩種尋卡方式：一種是發(fā)送0x26命令字給RC522，尋找天線范圍內(nèi)未休眠的卡片，另一種是發(fā)送0x52命令字，搜尋的是天線范圍內(nèi)的所有卡。尋卡成功后將會返回2個字節(jié)數(shù)據(jù)的卡類型信息。防沖撞：當(dāng)多張卡進(jìn)入讀卡器工作范圍，讀卡器一次只能與一張卡通信時，防碰撞機(jī)構(gòu)將選擇一張卡進(jìn)行操作，其他卡等待下一張卡的選擇。防碰撞完成后，將返回所選卡的序列號。當(dāng)rc522發(fā)現(xiàn)多張卡時，讀卡器從天線范圍內(nèi)的所有卡中請求卡號，利用二級制比較搜索算法來進(jìn)行取舍，最終選擇一張卡進(jìn)行通信。選卡：防沖突完成后選擇被選中的卡的序列號，并同時返回卡片的四字節(jié)序列號。三輪驗證：以上三個步驟完成后若需要讀寫卡片扇區(qū)數(shù)據(jù)便需要進(jìn)行三輪驗證，經(jīng)過三次相互認(rèn)證，射頻卡內(nèi)部數(shù)據(jù)可以讀寫。RC522模塊初始化以及工作流程圖如圖3-3所示。圖3-3RC522模塊初始化以及工作流程圖3.2.2OLED顯示模塊程序設(shè)計OLED模塊傳輸信息的方式是IIC通信。首先需要初始化IIC通信的引腳PB8(SCL)、PB9(SDA)，接下來封裝IIC讀寫的函數(shù)，對OLED顯示屏進(jìn)行初始化，利用字模軟件制作字庫，在OLED上顯示相應(yīng)的字符。在OLED顯示程序的設(shè)計中在單片機(jī)內(nèi)存中開辟了一個顯示數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，一共128*8個字節(jié)，每次顯示的改變實際上都是在修改這個顯示緩沖區(qū)，修改完顯示緩沖區(qū)便將更新OLED的顯示。該模塊初始化流程圖如圖3-4所示圖3-4OLED顯示模塊初始化流程圖3.2.3WIFI模塊程序設(shè)計在門禁系統(tǒng)的設(shè)計中WIFI模塊是ESP8266，ESP8266是串口轉(zhuǎn)WIFI的模塊。ESP8266模塊燒錄機(jī)智云固件，利用機(jī)智云平臺實現(xiàn)對門禁系統(tǒng)的控制。機(jī)智云運(yùn)作需要單片機(jī)提供1ms的時基，本次設(shè)計利用單片機(jī)定時器四作1ms定時，利用單片機(jī)串口二進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)串口通信首先需要確定串口通信波特率、數(shù)據(jù)字長、數(shù)據(jù)校驗方式、數(shù)據(jù)收發(fā)的緩沖區(qū)，接下來使能數(shù)據(jù)的收發(fā)，使能串口中斷，在串口中斷處理函數(shù)中，若產(chǎn)生了接收發(fā)送的中斷標(biāo)志，需要清除中斷標(biāo)志。機(jī)智云平臺的使用方法：登錄機(jī)智云平臺的開發(fā)者中心創(chuàng)建產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)點(diǎn)，由于機(jī)智云平臺提供了虛擬設(shè)備調(diào)試、自動生成代碼的功能，因此不需要過多考慮WIFI模塊以及云平臺交互協(xié)議程序，只要按需創(chuàng)建產(chǎn)品就能自動生成代碼，再將相關(guān)代碼移植到程序中，按照官方的說明文檔，使用機(jī)智云官方的APP就能實現(xiàn)對門禁系統(tǒng)簡單的控制。注意WIFI模塊需要燒錄機(jī)智云固件，燒錄成功后先用串口與電腦串口助手進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功后再接入單片機(jī)。串口初始化流程如下圖3-5示：圖3-5串口2初始化流程圖3.2.4語音播報以及蜂鳴器模塊程序設(shè)計單片機(jī)通過串口控制播放設(shè)定的語音，在門禁系統(tǒng)的設(shè)計中利用串口3與控制JQ8900播放設(shè)定的語音。通過串口指定播放的語音，指令格式為AA+07+02+曲目+校驗和，其中校驗和取OXAA、0X07、0X02、曲目和的低8位。由于控制指令要48位，故將指令拆分開，分別發(fā)送32位+8位+8位命令。串口3初始化流程圖以及語音播報程序設(shè)計如下圖3-6所示：圖3-6串口3初始化流程圖及語音播報程序的設(shè)計3.2.5矩陣鍵盤模塊程序設(shè)計門禁系統(tǒng)中矩陣鍵盤用于輸入數(shù)字以及部分字符，程序上采用行列掃描的方法掃描鍵盤。其主要流程就是先讓行線或列線輸出高電平，比如先讓行線輸出高電平，檢測列線是否有IO口線被拉高，再讓列線輸出高電平，檢測行線IO口線是否被拉高，結(jié)合兩次判斷的結(jié)果，得到被按下按鍵的鍵值。矩陣鍵盤掃描流程圖如圖3-7所示：圖3-7矩陣鍵盤掃描流程圖3.2.6DS1302模塊程序設(shè)計DS1302模塊的軟件部分最基本的操作為寫函數(shù)和讀函數(shù)，其次就是實現(xiàn)初始化函數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊封裝寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)的函數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊當(dāng)單片機(jī)要從DS1302讀數(shù)據(jù)時，首先由一個使能線（RST）的上升沿開始向DS1302寫讀取數(shù)據(jù)的地址，每次寫地址的一位，從地址最低位開始，寫完地址后讀取數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)從最高位開始讀。當(dāng)單片機(jī)向DS1302寫數(shù)據(jù)時，先向DS1302寫地址，從最低位開始，寫完地址后在寫入數(shù)據(jù)。接下來封裝寫時間，寫日期以及讀取時間日期的函數(shù)。DS1302工作流程圖如下圖3-8示：圖3-8DS1302初始化流程圖3.2.7舵機(jī)模塊程序設(shè)計由第二章舵機(jī)驅(qū)動原理可知需要一定占空比的方波驅(qū)動舵機(jī)轉(zhuǎn)動，在門禁系統(tǒng)的設(shè)計中，采用STM32單片機(jī)的定時器產(chǎn)生頻率為50hz的方波，當(dāng)方波高電平為1ms時舵機(jī)轉(zhuǎn)動0度，1.2ms時舵機(jī)轉(zhuǎn)動90度。在進(jìn)行PWM輸出配置時有限需要使能定時器時鐘、開啟AFIO時鐘設(shè)置重映射初始化輸出PWM的IO口，接下來初始化定時器，設(shè)置預(yù)分配系數(shù)以及預(yù)置數(shù)，初始化輸出比較參數(shù)、使能定時器，不斷改變比比較值CCRX，輸出不同占空比的PWM波。程序設(shè)計中主要用這兩個狀態(tài)模擬門的打開與關(guān)閉。定時器的分頻系數(shù)設(shè)為999，預(yù)置值設(shè)為1439，定時器定時頻率為72MHZ/1000/1440=50hz。兩路舵機(jī)分別在定時器二的二通道以及定時器三的二通道輸出，輸出引腳分別為PA1以及PA7。3.2.8主函數(shù)程序設(shè)計主函數(shù)主要進(jìn)行各個模塊的初始化，初始化完成后進(jìn)入自動尋卡的函數(shù)。3.3本章小結(jié)本章主要介紹了各個模塊程序的設(shè)計，主要是利用流程圖以及程序說明各個模塊的工作流程以及使用方法，接下來介紹的是門禁系統(tǒng)功能的測試。第4章IC卡門禁系統(tǒng)的測試4.1添加卡、刪除卡功能、凍結(jié)卡功能的測試門禁系統(tǒng)的設(shè)計中添加卡功能能夠?qū)崿F(xiàn)將卡號注冊到不同的門號上。注冊的操作是將卡號存儲到STM32的FLASH中，卡號是一個8字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)，利用sprintf函數(shù)在卡號末尾加一個字節(jié)作為標(biāo)記，加入0x01代表卡號存儲到門一，加入0x02表示卡號添加到門二，加入0x03代表卡號被凍結(jié)。刪除卡功能即將讀取到的卡號從內(nèi)存中刪除。凍結(jié)卡號需要輸入待凍結(jié)的卡號，將該卡號存入FLASH，并在卡號末標(biāo)記0x03。上述各個功能的測試結(jié)果如圖4-1、4-2、4-3所示。4.1.1注冊卡功能測試圖4-1添加卡號功能測試4.1.2注銷卡功能測試圖4-2刪除卡號功能測試4.1.3凍結(jié)卡號功能測試圖4-3注銷卡號功能測試4.2刷卡開門、輸入密碼開門、無線開門功能的測試門禁系統(tǒng)中刷卡開門的功能基于添加卡，凍結(jié)卡功能。刷卡時，將讀卡器讀取的卡號與內(nèi)存中已存的卡號進(jìn)行對比，若FLASH中已存入該卡號，則判斷內(nèi)存中存儲的卡號最后一字節(jié)數(shù)據(jù)，若為0x01則開第一扇門，若為0x02則開第二扇門，若為0x03則提示卡號已被凍結(jié)，若為未注冊卡則提示注冊，未注冊卡刷卡次數(shù)超過3次系統(tǒng)將進(jìn)入鎖定狀態(tài)，此時需要刷管理卡或等待一分鐘解鎖。輸入密碼開門的功能中，程序一開始會從FLAH中讀取已存的密碼，將輸入密碼與已存密碼進(jìn)行對比，密碼正確則開門，錯誤次數(shù)達(dá)到3次系統(tǒng)將鎖定。利用機(jī)智云平臺實現(xiàn)無線開門的功能需要先將手機(jī)APP以及WIFI模塊連入同一個WIFI中。連接成功后，能夠進(jìn)行門鎖的無線控制。上述各功能的測試結(jié)果如圖4-4、4-5、4-6所示4.2.1刷卡開門功能測試圖4-4刷卡開門功能測試4.2.2輸入密碼開門功能圖4-5輸入密碼開門功能測試4.2.3無線開門功能圖4-6無線控制開門功能測試4.3翻閱卡號、翻閱刷卡記錄功能測試翻閱已存卡號以及翻閱刷卡記錄的功能，即將注冊時添加到FLASH的卡號以及刷卡記錄從FALSH中讀出并顯示。由于門禁系統(tǒng)采用的OLED屏顯示能力有限，翻閱刷卡記錄的功能需要在上位機(jī)查看記錄。刷卡記錄將卡號以及DS1302提供的時間信息一起存入FALSH。上述功能的測試結(jié)果如圖4-7、4-8所示4.3.1翻閱卡號功能測試圖4-7翻閱卡號功能測試4.3.2翻閱刷卡記錄功能測試圖4-8翻閱刷卡記錄功能測試4.4更改開門密碼、更改時間功能測試門禁系統(tǒng)刷卡中使用更改密碼的功能時首先需要輸入舊密碼，輸入正確后再將新密碼輸入，密碼最大長度為8位，輸入完成按下確認(rèn)鍵后新密碼將會更新到FLASH中。更改時間的功能中，首先需要輸入新的時間日期，確認(rèn)后新的時間將會被寫入DS1302的寄存器中，實現(xiàn)時間的更改，返回自動尋卡界面能夠觀察到更改的時間變化。上述各個功能的測試結(jié)果如圖4-9、4-10所示4.4.1更改開門密碼功能圖4-9更改密碼功能測試4.4.2更改時間功能測試圖4-10更改時間功能測試4.5本章小結(jié)本章主要是對門禁系統(tǒng)主要功能進(jìn)行測試，其中包括添加卡、刪除卡、凍結(jié)卡、翻閱刷卡記錄、翻閱系統(tǒng)已存卡號、修改時間、修改密碼、射頻識別開門、輸入密碼開門等功能的測試，在設(shè)計門禁系統(tǒng)的過程中還添加了復(fù)制卡號、復(fù)制全卡、模擬校園卡充值扣款等功能。一般的IC卡的0扇區(qū)第0塊，也就是卡片序列號是無法更改的，后面出現(xiàn)了CUID卡以及UID卡，這兩類卡能夠更改卡號，實現(xiàn)卡復(fù)制的功能。復(fù)制全卡的功能中只復(fù)制每個扇區(qū)的前三塊，第四塊為控制塊以及秘鑰信息，修改可能導(dǎo)致卡片信息無法讀取，因此不復(fù)制每個扇區(qū)第四塊的內(nèi)容。模擬校園卡的差值扣款功能實際上是更改卡片扇區(qū)的數(shù)據(jù)，修改卡片扇區(qū)數(shù)據(jù)需要在選定卡片后進(jìn)行三輪驗證，若控制塊沒有修改，默認(rèn)密碼為6個字節(jié)0XFF，驗證KEYA成功即可修改扇區(qū)內(nèi)容。結(jié)論本次設(shè)計以樓宇門禁系統(tǒng)為背景，主要圍繞門禁系統(tǒng)中的射頻識別技術(shù)進(jìn)行探討與研究。門禁系統(tǒng)采用了STM32C8T6單片機(jī)為主控芯片，主要將RC522模塊、OLED模塊、DS1302模塊、WIFI模塊、矩陣鍵盤模塊組合在一起實現(xiàn)設(shè)計功能要求。在進(jìn)行門禁系統(tǒng)功能的設(shè)計過程中，重點(diǎn)進(jìn)行了射頻卡注冊、刪除、凍結(jié)、翻閱卡號、翻閱刷卡記錄、模擬校園卡充值扣款等功能的程序設(shè)計。通過對門禁系統(tǒng)軟件硬件的設(shè)計，對程序的編寫調(diào)試，基本達(dá)到了門禁系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)的要求。本次設(shè)計實現(xiàn)過程中主要完成一下幾個工作：查閱大量的文獻(xiàn)以及資料，細(xì)致地研究了射頻識別技術(shù)（RFID）的理論知識，并對RC522模塊進(jìn)行深入的研究。在本文第二章就闡述了自己對于RC5222與射頻卡數(shù)據(jù)交互的理解。2、通過查閱文獻(xiàn)資料，對門禁系統(tǒng)設(shè)計所需的各個模塊