基于單片機(jī)的智能射頻門禁裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)的高速的健康發(fā)展,射頻識(shí)別這種較高端技術(shù)已經(jīng)在各行各業(yè)逐漸擴(kuò)展，比如：各種房地產(chǎn)管理部門，酒店和旅館這種人群多的居住地方，還有一些大型的企事業(yè)單位等，大家對(duì)射頻門禁的要求也越來越看重。在經(jīng)濟(jì)比較發(fā)展迅速的年代，智能射頻門禁裝置已經(jīng)成為眾多建筑中必不可少的一個(gè)重要組成部分，同時(shí)智能射頻門禁系統(tǒng)在一定程度上也保護(hù)了大家的財(cái)產(chǎn)和人身安全。因此，研究出更加優(yōu)秀的智能射頻門禁裝置已迫在眉睫。傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)大多采用機(jī)械鎖，這就要求用戶必須自己手動(dòng)關(guān)閉設(shè)備，而我們所研究的智能門禁裝置除了有傳統(tǒng)的按鍵密碼，同時(shí)還有射頻卡刷卡識(shí)別進(jìn)入，并且我們的所都是采用的以繼電器控制的電磁鎖開關(guān)，安全系數(shù)又大大增加。出于對(duì)我們大眾家庭會(huì)出現(xiàn)的各種防盜問題，所以我們就搞出來了新品種的射頻高級(jí)技術(shù)，我所設(shè)計(jì)的裝置它有著所不同尋常的技能，可以掃描出任何使用者的ID信息。這個(gè)裝置可以發(fā)現(xiàn)出任何使用人的ID信息，從而接著命令電磁鎖開關(guān)做出相應(yīng)的基本操作。本射頻門禁系統(tǒng)以RFID-RC522非接觸式IC卡作為此設(shè)計(jì)的識(shí)別部分，LCD12864作為顯示部分，而LED則可以在按鍵密碼輸入正確時(shí)或者卡片進(jìn)入刷卡時(shí)點(diǎn)亮，同時(shí)若密碼輸入三次錯(cuò)誤，或者射頻卡刷卡三次失誤，蜂鳴器則會(huì)一直報(bào)警，并且LED燈也會(huì)常亮。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；智能門禁；RFID-RC522；目錄TOC\o"1-2"\h\u363摘要 I51011緒論 1269731.1課題來源 1134951.2課題目的與意義 154021.3課題研究現(xiàn)狀 2318241.4RFID的應(yīng)用情況 4323842系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 575952.1系統(tǒng)任務(wù)和要求 5100882.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 528553硬件電路設(shè)計(jì) 7309663.1硬件電路總體設(shè)計(jì) 7206253.2單片機(jī)控制單元 7251123.3LCD顯示模塊 8128453.4矩陣按鍵模塊 927873.5射頻識(shí)別模塊 10248483.6電源模塊 11194644軟件程序設(shè)計(jì) 12223604.1主程序設(shè)計(jì)圖 12211684.2矩陣按鍵程序設(shè)計(jì) 13171504.3LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程 14236844.4燒錄程序軟件介紹 15236355產(chǎn)品調(diào)試 1752945.1模塊調(diào)試 17116375.2實(shí)物整體調(diào)試 2187175.3實(shí)物裝置測(cè)試 2214332參考文獻(xiàn) 281緒論1.1課題來源門禁裝置，也叫做用戶出入控制管理系統(tǒng)。在密碼錯(cuò)誤或者使用錯(cuò)誤刷卡的情況下要發(fā)出警報(bào)，并且記下每次出入人口的各種情況，是門禁裝置最基礎(chǔ)的作用。隨著人類生活的發(fā)展，門禁裝置也在不斷地進(jìn)步。自古以來，原始社會(huì)的人都有自己的私有財(cái)產(chǎn)，有些人為了偷竊別人的財(cái)產(chǎn)，就像是在嫉妒別人的財(cái)產(chǎn)一樣，這是一種直接危害他人生命和財(cái)產(chǎn)安全的行為。從前，為保障自己的財(cái)產(chǎn)和生命安全，每個(gè)人都是用鐵鏈或木棍把門鎖上。因此簡單的門禁也隨之而生。隨生活水平的提高，防范意識(shí)的增強(qiáng)，出現(xiàn)了暗鎖、鐵鎖等門禁基本設(shè)備。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的飛速發(fā)展，RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，特別是在識(shí)別方面、安全防護(hù)等領(lǐng)域，射頻門禁裝置作為日常建筑物的重要組成成份，肯定是會(huì)被我們大家都熱愛。這個(gè)時(shí)候，因?yàn)橐郧暗拈T還是用著老舊的鎖及其他不安全的方法，這樣就需要更近的操作距離，用戶的手在被占用的情況下非常麻煩，而且那樣也容易丟鑰匙，并且被復(fù)制和盜用的可能性也會(huì)大大增加，繼而成本也會(huì)增加。RFID技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了上述不足，由于射頻標(biāo)簽是無觸點(diǎn)的，讀寫速度更快，耗電更少，該設(shè)計(jì)是通過RFID無線射頻技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高安全性的射頻門禁裝置，智能射頻門禁裝置，通過RFID認(rèn)證，能快速確認(rèn)用戶真實(shí)身份。如果用戶試用了門禁卡，并且進(jìn)入了我們這種設(shè)備的檢測(cè)領(lǐng)域時(shí)，這個(gè)裝置肯定就會(huì)知道了有哪些人的進(jìn)出門禁系統(tǒng)，所以我們毫無疑問就可以了解這些人的信息，同時(shí)也會(huì)記錄進(jìn)出人員的信息，而且也會(huì)給非法闖入者發(fā)出警報(bào)。本設(shè)計(jì)是一種智能射頻門禁管理系統(tǒng)。在經(jīng)常有人員往來的門口或者其他重要場(chǎng)所設(shè)置人員出入控制，在用戶想要進(jìn)入時(shí)，必須有射頻門禁卡或者按鍵密碼輸入正確，才能進(jìn)入，這樣子的設(shè)置就極大程度的增強(qiáng)了門禁的安全可行性。由于以往機(jī)械門鎖僅僅是簡單的機(jī)械裝置，所以不管門鎖的設(shè)計(jì)有多好，即使是堅(jiān)固的材料，人們也總是可以通過各種手段把機(jī)械門鎖套開，所以傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖當(dāng)人流較大時(shí)，就像人口出入控制系統(tǒng)一樣，對(duì)人流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，似乎沒有實(shí)際意義。1.2課題目的與意義采用了無線射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)作為門禁裝置中的領(lǐng)先者,現(xiàn)階段已成為一種高超的科技技術(shù)的防御政策，在有一些特別是GDP特別高的地方，這樣子的裝置所顯現(xiàn)出來的價(jià)值也會(huì)越來越大，而且這些隨著技術(shù)發(fā)展的射頻高科技裝置會(huì)越來越取代我們?nèi)粘Ｉ钪械囊恍┏鋈肟刂圃O(shè)備，不僅僅是因?yàn)檫@些設(shè)備的價(jià)格實(shí)惠，而且使用領(lǐng)域廣。因?yàn)槲覀內(nèi)粘Ｉ罴夹g(shù)的不斷更新，同時(shí)也伴隨著各類門禁產(chǎn)品的不斷更替，我們所研究的門禁高端裝置在日常社會(huì)里面顯示出更加重要的地位，這些作用不僅僅體現(xiàn)在財(cái)產(chǎn)保護(hù)和我們每個(gè)人的生命安全上，同時(shí)在很多的控制人群密集的地方，這種裝置的所用就會(huì)凸顯出更加重要的價(jià)值，特別是在那些學(xué)校和物業(yè)管理的樓房，不使用信息管理的話，就會(huì)造成很多危險(xiǎn)隱患等各種安全問題。我這個(gè)裝置就是為了解決這些類似的各種問題，而特地研究并且設(shè)計(jì)出來的，這個(gè)裝置的有點(diǎn)有很多，不僅僅使用范圍廣，而且也比較物美價(jià)廉，我們這個(gè)裝置只要檢測(cè)到使用者進(jìn)入到范圍領(lǐng)域內(nèi)，就會(huì)提醒用戶刷卡或者輸入用戶密碼，非常符合安全原則，并且最重要的是我們這種產(chǎn)品還在不斷地研發(fā)改進(jìn)中，這種設(shè)計(jì)的射頻高端裝置非常適合我們這種人口數(shù)量多，并且房屋數(shù)量也很多的地方，這樣子的無線射頻門禁系統(tǒng)在中國人口基數(shù)大的情況下，就顯得非常具有必要。1.3課題研究現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀一九九四年，無線電識(shí)別技術(shù)的引入，就帶來了一定的技術(shù)糾紛和爭論。發(fā)射相同頻率的識(shí)別高端技術(shù)在我們這些發(fā)展中國家的地位越來越受到重視，不僅僅是因?yàn)檫@種技術(shù)適合我們這些地廣人多的國家，而且它這個(gè)門禁裝置的市場(chǎng)前景應(yīng)用也非常的廣泛。我們這些發(fā)展中國家里面，研究射頻門禁的公司已經(jīng)越來越多了。但是就技術(shù)而言，在中國還有許多的公司都是仿造其他國家里更加高端的門禁裝置，但是盡管我們的這些表面技術(shù)都仿照了其他的發(fā)達(dá)國家，而那些最核心的技術(shù)卻還是緊緊掌握在那些發(fā)達(dá)國家手里，所以真正的大規(guī)模的生產(chǎn)高端芯片的國家，還是只有那些壟斷了技術(shù)的國家，我們這些發(fā)展中國家依然被被人掐住了命脈。我國雖已開展了金卡工程，從事非接觸式IC卡技術(shù)研究與開發(fā)，但是，基于單片機(jī)的射頻門禁系統(tǒng)在我國的應(yīng)用還處于起步階段，因此對(duì)RFID技術(shù)在門禁系統(tǒng)中應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)和可行性分析是本文研究的重點(diǎn)。二零零五年是我國射頻門禁產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一年，隨著中國建筑的推廣，房地產(chǎn)的發(fā)展，各種物業(yè)管理的樓房更加急迫的需要加強(qiáng)出入控制管理，所以更加高端并且實(shí)惠的門禁裝置也就慢慢的占領(lǐng)了更加多的地區(qū)。二零零六年，雙總線通信方式和集成電路數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)成為射頻門禁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。1.3.2國外研究現(xiàn)狀在歐洲和美洲，無線電頻率門禁裝置的各部分開發(fā)和研究領(lǐng)域范圍已逐漸定型，各種工廠和企業(yè)的生產(chǎn)順序也分配到位。其他的那些發(fā)達(dá)國家的射頻控制人口出入裝置的品牌有著很多的公司企業(yè)，就好像美國的西屋高端品牌，集寶公司等。目前，Philips公司的Miafer技術(shù)是全球非接觸式IC卡的主流產(chǎn)品，其技術(shù)已經(jīng)成為國際規(guī)范準(zhǔn)則。伴隨RFID門禁形成工業(yè)化過程中的各種問題及對(duì)策，一些大企業(yè)因其先進(jìn)的技術(shù)、強(qiáng)大的資金實(shí)力，獨(dú)占的專業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而逐漸把小企業(yè)兼并、淘汰。從目前情況來看，全球射頻門禁系統(tǒng)的前端輸入設(shè)備走向，盡管目前接觸式IC卡和磁卡在RF門禁裝置上還有很小的市場(chǎng)份額，長遠(yuǎn)來看，除少數(shù)規(guī)模較小的旅館鎖具外，接觸式IC卡和磁卡已逐步退出射頻門禁系統(tǒng)裝置的主要市場(chǎng)。此外，瑞士EM公司的H40OI非接觸式身份認(rèn)證卡提供了64位、容量為EEPROM、工作頻率為125KHz的低頻無源卡。非接觸式TemicIC卡，是ATMEL公司生產(chǎn)的一種標(biāo)識(shí)卡，為低頻無源卡，信息容量264位EEPROM，而且操作距離也較近，僅5-10cm，也使用頻率125KHz，它也是低頻無源芯片，信息容量64位EEPROM，工作頻率為125KHz，也是由瑞士EM公司的H40OI非接觸式認(rèn)證卡H40OI提供。Philips的Mifare認(rèn)證卡有三種主要類型的產(chǎn)品：MifareStandard、MifarePLUS(第一代)和MifarePRO(第二代)。但是，該公司最近推出了另一款帶有512字節(jié)的新型無接觸IC卡，即Mifareultralight，專為車票收費(fèi)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，但該卡最大的優(yōu)點(diǎn)是僅有31.4ms的交易時(shí)間，更節(jié)省時(shí)間。1.4RFID的應(yīng)用情況射頻門禁：利用無線射頻識(shí)別技術(shù)，門禁裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)貼有電子標(biāo)簽的車輛無需停車掃描驗(yàn)證，這樣一來，不僅僅節(jié)省了我們的成本，同時(shí)也加速了大家的出行速度，并且我們這個(gè)裝置的識(shí)別效率也是非常的搞，在各種出入門禁業(yè)務(wù)管理的建筑物中，我們的這種是可以識(shí)別相同頻率的裝置，可以更加高效快速的控制出入速度，更為重要的是，在收到此建筑物戶主的信息之后，就可以在顯示屏上看到各種出入信息的記錄。射頻實(shí)物溯源：一個(gè)是識(shí)別相同頻率的高端無線技術(shù)，就是我們所說的各種包裝袋子條形碼芯片技術(shù)上，就可以在那些產(chǎn)品的包裝袋子上可以識(shí)別出所存信息，并且在顯示屏上也會(huì)看到此產(chǎn)品的主要信息。其他另外的一種簡單方式就是在產(chǎn)品包裝袋子上面印上二維碼，這樣子的方式不僅節(jié)約了成本，并且如果我們掃描這個(gè)二維碼的時(shí)候，我們就可以在手機(jī)上看到此產(chǎn)品的各種主要信息以及其所生產(chǎn)的過程，簡單來說，就是這個(gè)二維碼里面包括了這個(gè)產(chǎn)品的大部分主要有用信息，這個(gè)條碼不僅僅幫助了購買者，同時(shí)也是幫助了商家，因?yàn)橹灰碳野l(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有任何的小毛病，生產(chǎn)者就會(huì)知道此產(chǎn)品的位置，然后就可以實(shí)現(xiàn)回收警告，接著我們就會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品所出現(xiàn)的問題。防造假溯源：相同頻率識(shí)別的無線接收技術(shù)經(jīng)過了這么長時(shí)間的升級(jí)，他這種技術(shù)絕對(duì)發(fā)展的比較適合社會(huì)的應(yīng)用，不僅僅是因?yàn)樵谖覀兊纳钪锌梢越佑|的到，同時(shí)它本身的特征就是在各類的成品包裝袋子上面印上二維碼或者加入一種高端技術(shù)的射頻電子發(fā)射芯片，這樣子我們就可以在任何一個(gè)產(chǎn)品上面都會(huì)有信息記錄，這種程度的保護(hù)措施在一定程度上就更加保證了產(chǎn)品的安全性。二零一零年，在上海地區(qū)舉辦的世博會(huì)時(shí)間段內(nèi)，參展方、主辦單位及參觀者等各方面的各種信息詳情須知道的較多，就比如各類信息的查詢、人群擁擠的解決、解決出入控制的效率等。RFID技術(shù)是一個(gè)可以識(shí)別相同頻率的高端技術(shù)，它不僅僅解決了各類的出入控制問題，也搞定了各種會(huì)議期間的需求問題。例如，參展企業(yè)所關(guān)心的是哪些來訪者參觀了你的展臺(tái)，世博會(huì)主辦方對(duì)門票的防偽很感興趣，專注于該產(chǎn)品的訪問者的個(gè)人信息。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)任務(wù)和要求1、本門禁裝置配備了STC89C52單片機(jī)，以這種單片機(jī)作為主要的控制單元，同時(shí)輔以4*4按鍵模塊、頻率識(shí)別組件、AT24C02記憶組件、LCD12864顯示組件、電磁鎖閉合期間和蜂鳴器報(bào)警裝置以及LED燈顯示等組成了智能射頻門禁控制系統(tǒng)；2、此裝置擁有兩種基本控制方法：一個(gè)是按鍵密碼輸入解鎖和刷卡開門，這兩種開門方式都不會(huì)相互影響。3、如果按鍵輸入密碼過程中或者刷卡開門時(shí)，假如使用者輸入的密碼錯(cuò)誤，那么在我們的裝置顯示屏上面就會(huì)有輸入錯(cuò)誤密碼等字樣，同時(shí)還會(huì)伴隨著蜂鳴器常響，并且電磁鎖也不會(huì)隨著繼電器的閉合而打開，如果使用的是非注冊(cè)的門禁卡，那么所產(chǎn)生的現(xiàn)象結(jié)果也會(huì)和密碼輸入錯(cuò)誤一樣。而相反的是，假如密碼是輸入正確的，那么用戶就會(huì)看到開門提示燈亮起，同時(shí)繼電器也會(huì)閉合，接著繼電器就會(huì)控制著電磁鎖進(jìn)行開門控制，住戶用已經(jīng)注冊(cè)了的IC卡開門，就會(huì)在顯示屏上有門已打開等字樣。不過值得注意的是，一旦密碼輸入錯(cuò)誤三次，或者使用錯(cuò)誤門禁卡超過三次，蜂鳴器就會(huì)一直常響，除非我們重新復(fù)位，否則會(huì)一直響。4、各個(gè)用戶可以借用右上角的按鍵，在輸入了正確的管理員用戶密碼后，我們就可以進(jìn)入到管理員界面，接下來我們就可以進(jìn)行一系列的基本管理操作，比如修改用戶密碼，刪除或者注冊(cè)新的門禁卡片。5、當(dāng)我們?cè)谟肁T24C02記憶組件芯片存儲(chǔ)管理員密碼的過程中，當(dāng)用戶覺得密碼泄露，自己修改密碼的這個(gè)過程中，首先我們需要進(jìn)入到管理員系統(tǒng)界面，然后再進(jìn)入到第二個(gè)修改密碼選項(xiàng)中，這個(gè)時(shí)候我們要先輸入舊的用戶密碼，然后輸入新的有效密碼兩次，我們的存儲(chǔ)記憶芯片就可以將新的用戶密碼保存到這個(gè)單片機(jī)里面，并且我們的這個(gè)裝置還有一個(gè)明顯的好處，就是我們的門禁裝置有掉電保護(hù)功能。6、當(dāng)我們按鍵密碼輸入錯(cuò)誤的時(shí)候，我們可以選擇刪除密碼數(shù)字后重新操作，或者使用門禁卡直接刷卡進(jìn)入，但是在密碼輸入之后，我們需要按下確認(rèn)鍵，所以這個(gè)刷卡就比較好的多，減少步驟。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案因?yàn)樽约貉芯康倪@個(gè)門禁裝置是采用了比較簡單并且適合大眾家庭的51單片機(jī)，所以此裝置的進(jìn)入門禁的過程很簡單，首先，我們?cè)谳斎氚存I密碼或者刷門禁卡的過程中，門禁系統(tǒng)里的單片機(jī)和射頻卡會(huì)識(shí)別到里面所包含的信息，同時(shí)會(huì)檢驗(yàn)是否符合程序所設(shè)定要求，接著將會(huì)在管理員的用戶系統(tǒng)程序里面打開門禁，在我們的這個(gè)管理員系統(tǒng)界面里，我們有著幾種基本功能可以使用的，比如可以選擇修改舊的密碼，或者注冊(cè)以及刪除門禁卡等這些基本操作，但是在這些過程中，不管是修改按鍵密碼，還是其他的操作，必須輸入正確的管理員秘鑰，否則就會(huì)提示燈一直常響，蜂鳴器會(huì)在密碼三次錯(cuò)誤后一直常響，想要改變這種狀態(tài)，必須得重新復(fù)位或者斷電才可以解除這個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)。

3硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路總體設(shè)計(jì)本射頻門禁裝置的硬件電路布局方式是采用以STC89C52單片機(jī)作為中央控制系統(tǒng)，然后再輔助以RC522射頻、LCD12864液晶顯示屏、有源蜂鳴器、4*4按鍵以及12V電源供電的電磁鎖等這些元器件。硬件布局中4*4按鍵將接收到的數(shù)值信息先傳送到我們的中央控制中心系統(tǒng)里面，接著我們的主控制單元芯片就會(huì)處理這些接收到的各類數(shù)據(jù)，并且會(huì)與我們記憶存儲(chǔ)芯片中的所保留的正確數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果數(shù)據(jù)對(duì)比沒有任何差異，那么我們的單片機(jī)就會(huì)控制整個(gè)電路進(jìn)行相應(yīng)的功能顯示，比如：在密碼數(shù)據(jù)正確和刷卡門禁通過的情況下，顯示屏就會(huì)有輸入密碼正確或者門已打開等字樣出現(xiàn)。因?yàn)榇搜b置有兩種門禁打開方式，兩種方式都各司其職，如果是按鍵輸入，就檢測(cè)密碼是否正確，如果是刷卡進(jìn)入，則接收射頻卡信息，分析頻率是否相同之后，就會(huì)對(duì)比保存過的已注冊(cè)卡片頻率，從而進(jìn)行后一步門禁的閉合等狀態(tài)操作。此裝置的硬件電路布局如圖3.1所示。圖3.1硬件總體框架圖3.2單片機(jī)控制單元此智能射頻門禁裝置控制單元芯片使用的是STC系列的52單片機(jī)，STC89C52這種系列的單片機(jī)是一種有著8位處理器的控制單元，并且這種微型控制單元的有點(diǎn)也有很多，比如他的C語言編程相對(duì)來說容易入門，而且在價(jià)格方面也是比較實(shí)惠，同時(shí)他的內(nèi)部定時(shí)器和計(jì)數(shù)器也是非常有用的內(nèi)部組件，52單片機(jī)可以接受很多數(shù)據(jù)的分析和處理并且也有著存儲(chǔ)器一般的特點(diǎn)，可以保存程序代碼和數(shù)據(jù)，但缺點(diǎn)就是保存的數(shù)據(jù)比較少，存儲(chǔ)容量不是很多，同時(shí)復(fù)位電路的功能和晶振電路的作用也是必不可少的。STC系列的微型控制器具備上電復(fù)位以及按鍵復(fù)位這兩種操作，而本裝置采用的則是按鍵復(fù)位的布局方式。STC系列的芯片在晶振時(shí)鐘電路中提供了兩種形式，即外部時(shí)鐘電路和內(nèi)部時(shí)鐘電路，而此裝置采用了11.0592兆赫茲的晶振型外部時(shí)鐘電路的方式，將2個(gè)30pf的陶瓷電容接在晶振的兩端，讓這兩個(gè)電容成為晶振電路里的負(fù)載電容，從而影響諧振的頻率和晶振的輸出振幅。如圖3.2所示。圖3.2AT89C52最小系統(tǒng)圖3.3LCD顯示模塊此智能射頻門禁裝置的顯示模塊為LCD12864液晶顯示屏，這個(gè)顯示屏器件在這里的作用不僅僅是顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，還有可提示用戶的接下來的操作步驟。這款12864系列的顯示屏不僅僅可以顯示出簡單的中英文數(shù)據(jù)，而且還可以顯示出簡單的圖形，并且在價(jià)格方面也是比價(jià)實(shí)惠，所以也是特別受研發(fā)人員的喜愛。一般的這種系列顯示屏所需要的的供電電壓也是相對(duì)來說比較低的，僅僅只需要5V的供電電壓就可以驅(qū)動(dòng)液晶屏工作，所以當(dāng)我們用電源給它上電之后，就可以利用顯示屏的對(duì)比度高低，從而來顯示出相應(yīng)的圖形或者文字?jǐn)?shù)據(jù)。如圖3.3所示。圖3.3液晶顯示電路圖3.4矩陣按鍵模塊這個(gè)射頻門禁的數(shù)據(jù)檢測(cè)按鍵中共由16個(gè)小按鍵組成，在我們的4*4矩陣按鍵里面，從左下角開始，就是0-9這10個(gè)數(shù)字，然后其他的按鍵功能包括刪除數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)，還有注冊(cè)射頻卡或者刪除已經(jīng)注冊(cè)過的丟失卡，最重要的是管理員界面的各種功能，同時(shí)也要確保自己不能遺忘使用者密碼，因?yàn)榇搜b置的記憶存儲(chǔ)芯片有掉電保護(hù)功能，所以我們就算重新開關(guān)機(jī)，密碼依舊不會(huì)改變，所以只有輸入正確的管理員密碼才能夠有進(jìn)入管理系統(tǒng)的權(quán)利，接著才可以行使其他的按鍵功能。只要硬件電路設(shè)計(jì)布局恰當(dāng)，那么軟件程序也會(huì)依照相應(yīng)的步驟來實(shí)行操作。行掃描法也可以稱為逐行或逐列掃描查詢法，這種方式是當(dāng)前階段使用最多的一種矩陣按鍵檢測(cè)方法，具體檢測(cè)流程如下。首先，判定矩陣鍵盤中有無按鍵按動(dòng)，將所有的行線全部置于低電位電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。如果某列的電位電平較低，則表示此鍵盤上有按鍵被按下，而閉合鍵是在低電平線與4個(gè)行線相交的4個(gè)按鍵上。如果所有的列線都是高電位電平的，那么鍵盤中則沒有按鍵按下。其次判別閉合按鍵所在的位置，即在確認(rèn)有鍵按下后，接下來系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入確定具體閉合按鍵的程序。具體的步驟流程是：依次將行線置于低電平上，即將某一行線置于低電平上，將其他行線置于高電平上。當(dāng)確定某一個(gè)行線位置為低電平時(shí)，再逐行檢測(cè)每一個(gè)列線段的電位電平狀態(tài)。如果某一列線端的電平為低，那么這個(gè)列線與放置成為低電平的行線段交叉處的按鍵，就是4*4矩陣鍵盤上閉合的按鍵。如圖3.4所示。圖3.4矩陣按鍵電路圖3.5射頻識(shí)別模塊射頻識(shí)別模塊使用的是相同頻率識(shí)別產(chǎn)生共振技術(shù)，本裝置中的這個(gè)射頻無線期間會(huì)在這個(gè)領(lǐng)域范圍內(nèi)搜尋一些相同頻率的信號(hào)數(shù)據(jù)，然后在其卡片內(nèi)部與其產(chǎn)生共振，在這種共振模式的作用下，我們的射頻模塊的內(nèi)部電容就會(huì)不斷的充放電，因?yàn)殡娙萦兄鎯?chǔ)少量電量的功能，所以等到電容充滿電后，就可以使用其電壓給單片機(jī)發(fā)出傳送信號(hào)數(shù)據(jù)，等到控制中心接收到這個(gè)數(shù)據(jù)值后，單片機(jī)就合理的與射頻系統(tǒng)還有卡片之間建立一種相同頻率的聯(lián)系，接著進(jìn)行下一步的操作。如果有任何卡片在讀卡器的有效范圍內(nèi)，控制單元就會(huì)發(fā)送立馬搜索IC卡的命令，接著微控制單元將會(huì)連接卡片和這個(gè)讀卡器的無線頻率，若同時(shí)有多張卡在天線的工作范圍區(qū)域內(nèi)，那么讀卡器將通過啟動(dòng)碰撞預(yù)防措施，選擇一張卡片，根據(jù)所選卡片的序列號(hào)對(duì)其進(jìn)行密碼校驗(yàn)，再次確認(rèn)讀卡器有權(quán)操作，并確認(rèn)該卡是否合法，在等待下一個(gè)命令時(shí)，未選中的選項(xiàng)仍然空閑，密碼正確通過后就可以對(duì)卡實(shí)施讀寫簡單操作。射頻模塊的工作原理是：MFRC522無線射頻卡讀寫模塊通過本身具有的天線向射頻卡發(fā)送無線載波信號(hào)后，下一步射頻卡的天線耦合器就會(huì)接收到信號(hào)，最初是波形先轉(zhuǎn)換，再整流濾波運(yùn)算，再通過電壓調(diào)節(jié)模塊進(jìn)一步加工處理電壓，最后輸出到射頻卡的各個(gè)子級(jí)電路REF_Ref17957\r\h[1]。當(dāng)處理好這些信號(hào)值后，非接觸卡就會(huì)立馬接受這些信號(hào)值數(shù)據(jù)，在經(jīng)過一系列的操作之后，調(diào)制和解調(diào)處理后的信號(hào)將會(huì)送至卡片上的MCU來進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)處理完成后，非接觸卡通過自身的發(fā)射信號(hào)裝置返回給射頻卡里面的載波信號(hào)。由MFRC522發(fā)出的載波信號(hào)與這些返回的載波信號(hào)頻率相同。需要進(jìn)一步解釋說明的是，這個(gè)門禁系統(tǒng)所使用的的射頻卡片其實(shí)就是一種無源體，在發(fā)送接收器對(duì)識(shí)別到的卡片分析的過程中，這個(gè)模塊會(huì)產(chǎn)生一種共振頻率，如果在其范圍內(nèi)，識(shí)別到了相同的信號(hào)頻率值，就會(huì)被系統(tǒng)中心接收到，同時(shí)會(huì)有相同的電信號(hào)返回到單片機(jī)這個(gè)里面，最后被主要控制所執(zhí)行操作。如圖3.5所示。圖3.5RFID射頻工作原理圖3.6電源模塊這個(gè)射頻門禁產(chǎn)品使用的是安全電壓5V直流電壓，因?yàn)椴捎眠@個(gè)電壓值既不會(huì)燒壞各種元器件芯片，也不會(huì)造成其他電壓過大的安全隱患。同時(shí)因?yàn)殡姶沛i是必須要12V的交流電源供電之后才可以進(jìn)行正常的工作，所以此裝置的供電電源模塊分為兩個(gè)，一個(gè)是5V的電源，用來對(duì)基本的LCD液晶模塊、射頻模塊以及單片機(jī)模塊和AT24C02存儲(chǔ)模塊供電，另外一個(gè)就是12V的電源電壓，用來對(duì)繼電器所控制的電磁鎖進(jìn)行供電。如圖3.6所示。圖3.6電源電路圖

4軟件程序設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)圖圖4.1主程序流程框圖當(dāng)我們分別用5V和12V電壓給系統(tǒng)裝置供電之后，我們就可以看到整個(gè)模塊都是初始化，接著我們就可以進(jìn)行我們自己的操作，當(dāng)我們?cè)谑褂?*4矩陣按鍵的時(shí)候，我們不僅僅可以簡單的輸入密碼功能，而且還可以進(jìn)行進(jìn)入或者退出管理員主頁，然后再利用管理員身份修改新的密鑰。當(dāng)我們?cè)谑褂蒙漕l模塊的功能時(shí)，我們可以使用卡片刷卡進(jìn)入或者出去系統(tǒng)，也可以利用管理員的作用進(jìn)行注冊(cè)新的卡片或者刪除廢舊的IC卡。因?yàn)榇搜b置中的記憶存儲(chǔ)芯片AT24C02可以進(jìn)行掉電保存，所以我們?nèi)魏涡碌囊呀?jīng)修改過的數(shù)據(jù)都會(huì)保存到記憶存儲(chǔ)器中。當(dāng)然在這些功能操作的過程中，液晶顯示屏的作用是不可或缺的，因?yàn)槲覀兯械男畔⒁约皵?shù)據(jù)都是顯示在上面，他可以提供給我們下一步操作的提示以及步驟。整體程序的設(shè)計(jì)布局如圖4.1所示。4.2矩陣按鍵程序設(shè)計(jì)采用硬件掃描鍵盤的好處是無需主機(jī)執(zhí)行掃描任務(wù)，僅在鍵值生成之后，才向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU接收鍵值對(duì)應(yīng)的中斷，要么就是中央處理器從某個(gè)地址獲取了接收到的按鍵數(shù)據(jù)。此類方法完全可以提高我們中央處理器操作效率，也在一定的程度上保證了其他程序的運(yùn)行。但是如果使用鍵盤掃描程序的方式，這樣子就減少了硬件電路的元器件增加，通過軟件方式，由CPU掃描鍵盤，這種鍵盤掃描方式就是我們所說的軟件掃描鍵盤方法。鍵盤在鍵入時(shí)向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，軟件掃描鍵盤獲取按鍵鍵值，或由中央處理器定期地執(zhí)行鍵盤掃描程序以獲取按鍵鍵值，這種掃描方法就是所謂的逐行掃描法REF_Ref24054\r\h[4]。當(dāng)中央控制器檢測(cè)到按下按鍵數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)先獲取這個(gè)按鍵的列線數(shù)據(jù)值，然后再通過掃描方式分析其他的行線數(shù)據(jù)值，然后我們的中央系統(tǒng)單片機(jī)就會(huì)將獲取到的按鍵數(shù)值轉(zhuǎn)化為程序所可以識(shí)別的程序語言字符。在對(duì)CPU運(yùn)行速度有更嚴(yán)格要求的基礎(chǔ)上，CPU負(fù)載更重的情況下，系統(tǒng)資源相對(duì)緊張的時(shí)候，我們就可以對(duì)單片機(jī)賦予更多的功能，然后向中央處理器發(fā)送中斷請(qǐng)求，同時(shí)也會(huì)發(fā)送掃描碼或按鍵鍵值。矩陣按鍵模塊的工作分析圖如圖4.2所示：圖4.2鍵盤程序流程圖4.3LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程在這個(gè)射頻門禁裝置充電時(shí)間內(nèi)，LCD12864液晶顯示屏上顯示的是“歡迎進(jìn)入門禁系統(tǒng)”等字樣，接著就按照接收到的指令顯示與之相關(guān)的內(nèi)容在液晶屏幕上，并且顯示對(duì)應(yīng)的IC卡和管理界面菜單等信息。LCD12864液晶顯示器的中文字庫具有多種樣式的接口方式，其分辨率是128×64，此模塊具有接口方式靈活、操作指令簡便等優(yōu)點(diǎn)。可顯現(xiàn)漢字8×4行，16×16點(diǎn)陣列，還可顯示簡單圖形，而且低電壓、低功耗也是它其他的優(yōu)點(diǎn)。由這種類型模塊組成的LCD顯示屏與其他LCD比，不管是硬件電路布局上，還是顯示程序上，都更加簡潔明了，另外，這種類型模塊的價(jià)格也比其它圖形液晶模塊實(shí)惠。LCD12864液晶顯示器的工作分析圖如圖4.3所示：圖4.3顯示程序流程圖4.4燒錄程序軟件介紹燒錄程序的軟件是普中STC-ISP，他可以對(duì)程序進(jìn)行燒錄到單片機(jī)內(nèi)部，首先在燒錄軟件中打開文件選擇程序中生產(chǎn)的HEX文件，并且選擇好各類參數(shù)，接著點(diǎn)擊下載程序，然后燒錄軟件就將已經(jīng)編寫好了的HEX文件通過串口數(shù)據(jù)線燒錄到52單片機(jī)內(nèi)，并且燒錄程序的軟件也會(huì)提醒使用者燒錄成功或失敗等原因REF_Ref27875\r\h[6]。具體操作為：因?yàn)楸狙b置采用的52單片機(jī)，型號(hào)為STC89C52，程序的燒錄形式采用的是串口方式，首先把開發(fā)板USB線的一端插到電腦的USB接口上，再插到51MCU開發(fā)板的串行輸入端。把51單片機(jī)開發(fā)板與PC機(jī)的USB線連接好后，打開PC機(jī)的設(shè)備管理器，然后查看COM端口號(hào)。返回到STC-ISP燒錄軟件的操作初始界面，首先，選擇單片機(jī)開發(fā)板的類型為STC89C52；接著，勾選COM3端口號(hào)；其次，選擇串口波特率為9600；然后，找到原先已經(jīng)編譯好的HEX程序文件；最后，給開發(fā)板上電，點(diǎn)擊"下載/編程"按鈕，就可以看到單片機(jī)程序的下載過程。在程序燒錄成功后，必須要重啟52開發(fā)板，檢驗(yàn)程序是否燒錄成功，如果我們?cè)陂_發(fā)板上看到相應(yīng)的功能正常顯示，那就表示這個(gè)程序已燒錄成功。圖4.4為單片機(jī)程序燒錄圖。圖4.4單片機(jī)燒錄圖

5產(chǎn)品調(diào)試5.1模塊調(diào)試5.1.1單片機(jī)調(diào)試設(shè)計(jì)射頻門禁裝置的過程中，主控制單元芯片用的是STC系列的52單片機(jī)，在我們焊接單片機(jī)實(shí)物的時(shí)候，我們要注意烙鐵溫度不能過高，否則容易燒壞單片機(jī)的引腳，從而導(dǎo)致其功能喪失，如果我們對(duì)焊接單片機(jī)不熟練的話，我們就可以加一個(gè)芯片基座，這樣子可以很大程度上保證單片機(jī)的完整性。圖5.1單片機(jī)調(diào)試圖5.1.2有源蜂鳴器調(diào)試此射頻門禁裝置中，有源蜂鳴器的功能與作用主要是在開關(guān)門禁系統(tǒng)是體現(xiàn)出來的，同時(shí)我們?cè)谳斎氚存I密碼三次錯(cuò)誤的時(shí)候，蜂鳴器也會(huì)一直報(bào)警，在刷卡三次錯(cuò)誤的時(shí)候，蜂鳴器也會(huì)一直報(bào)警，直到我們才去按鍵復(fù)位或者斷電重新操作才可以解除它一直報(bào)警的狀態(tài)。在焊接蜂鳴器這個(gè)簡單元器件的時(shí)候，要特別注意他與三極管的三個(gè)端口的連接方式，因?yàn)槿龢O管的作用就是控制蜂鳴器的報(bào)警。圖5.2蜂蜜器調(diào)試圖5.1.3LCD12864顯示屏調(diào)試此射頻門禁裝置使用LCD12864顯示屏，我們?cè)谡{(diào)試顯示屏硬件電路的過程中，要注意的是液晶顯示屏的各個(gè)引腳與單片機(jī)控制系統(tǒng)的引腳是否連接正確，如果引腳連接錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致其顯示功能失效，但是如果顯示功能錯(cuò)誤，也有可能是程序的編寫錯(cuò)誤，所以不僅僅要檢查硬件電路的連接正確與否，同時(shí)也要判斷LCD顯示屏的程序是否有語法錯(cuò)誤。圖5.3LCD液晶屏調(diào)試圖5.1.4電源充放電調(diào)試在射頻門禁裝置使用的是5V電壓電源和12V電壓電源結(jié)合，因?yàn)閾碛袃蓚€(gè)充電口，所以不僅僅需要直流充電，而且需要交流電來驅(qū)動(dòng)電磁鎖的閉合。當(dāng)我們?cè)谡{(diào)試充電電源部分是否正常的過程中，我們不僅可以通過顯示屏的文字顯示來檢測(cè)，也可以通過射頻卡上的電源提示燈，如果LED燈正常，則5V電源供電正常，如果電磁鎖按照繼電器的閉合而進(jìn)行開關(guān)操作，則說明12V供電也是正常。圖5.4電源供電調(diào)試圖5.1.5射頻識(shí)別模塊調(diào)試此射頻門禁系統(tǒng)采用射頻模塊是RFID-RC522射頻，在焊接過程與調(diào)試射頻模塊硬件電路的過程中，要注意的是射頻卡的各個(gè)引腳與單片機(jī)控制系統(tǒng)的引腳是否連接正確，如果引腳連接錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致其刷卡識(shí)別功能失效，但是如果識(shí)別卡片功能錯(cuò)誤，也有可能是程序的編寫錯(cuò)誤，所以不僅僅要檢查硬件電路的連接正確與否，也要檢查編寫射頻模塊的程序是否有誤。一般的情況下，如果射頻卡識(shí)別不了相同頻率的IC卡，首先要判斷AT24C02記憶芯片是否損壞，然后再檢測(cè)其他原因，如果存儲(chǔ)芯片元器件沒有失效，那么要進(jìn)一步判別其他的元器件是否影響射頻模塊。單片機(jī)通過讀卡器的讀寫來控制芯片，從單片機(jī)芯片發(fā)現(xiàn)格式的命令后，在遵循非接觸式射頻卡的協(xié)議基礎(chǔ)上，尋卡是在天線及其匹配電路(13.56兆赫)附近的一組固定頻率調(diào)制信號(hào)中完成的。若卡在這個(gè)范圍內(nèi)，卡內(nèi)的LC諧振電路就會(huì)在電磁波的刺激下，然后發(fā)生頻率共振，然后射頻模塊就會(huì)在這范圍內(nèi)檢測(cè)到齊同頻率的IC卡信息，接著返回給控制單元。圖5.5RFID調(diào)試圖5.1.6密碼按鍵模塊調(diào)試我所設(shè)計(jì)的射頻門禁裝置，數(shù)據(jù)密碼檢測(cè)按鍵共由16個(gè)小按鍵組成，在我們的4*4矩陣按鍵里面，從左下角開始，就是0-9這10個(gè)數(shù)字，然后其他的按鍵功能包括刪除數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)，還有注冊(cè)射頻卡或者刪除已經(jīng)注冊(cè)過的丟失卡，最重要的是管理員界面的各種功能，同時(shí)也要確保不能遺忘使用者密碼，因?yàn)榇搜b置的記憶存儲(chǔ)芯片有掉電保護(hù)功能，所以我們就算重新開關(guān)機(jī)，密碼依舊不會(huì)改變，所以只有輸入正確的管理員密碼才能夠有進(jìn)入管理系統(tǒng)的權(quán)利，接著才可以行使其他的按鍵功能。當(dāng)我們可以再一次進(jìn)入管理員系統(tǒng)，就說明我們的此按鍵正常。圖5.6矩陣按鍵調(diào)試圖5.1.7電磁鎖調(diào)試先檢查各個(gè)設(shè)備接線是否正確，電磁鎖的供電電源電壓是否符合設(shè)備要求。接著用充電寶給裝置整體供電，但是因?yàn)殡姶沛i必須要12V電源電壓供電，所以接著插入交流電源給電磁鎖上電，因?yàn)殡姶沛i是跟著繼電器的閉合而進(jìn)行開關(guān)操作，所以連接好電磁鎖之后，就可以在裝置正常工作的時(shí)候同時(shí)檢測(cè)繼電器和電磁鎖的工作狀態(tài)是否正常。如果不能開鎖或不上鎖，然后檢查控制器的電磁鎖接線位置電壓、門鎖電壓是否正常，電源線到電磁鎖的距離是否符合要求，磁力鎖體與牽引板之間是否裝得太緊。如果這些都沒有問題，那么繼電器和電磁鎖都會(huì)照常工作。圖5.7電磁鎖調(diào)試圖5.2實(shí)物整體調(diào)試等到我們組裝好實(shí)物并且確認(rèn)焊接過程中沒有其他的失誤之后，我們可以先檢測(cè)電路的電源部分是否供電正常，因?yàn)殡娫词钦麄€(gè)裝置中的重中之重，電源部分焊接錯(cuò)誤或者供電異常，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)燒壞，所以最初檢測(cè)電源部分是必須的，同時(shí)在檢測(cè)各個(gè)的元器件模塊正常之后，就可以對(duì)軟件程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)程序是否合理。圖5.8整體聯(lián)合調(diào)試圖5.3實(shí)物裝置測(cè)試5.3.1初始上電測(cè)試首先，用充電寶給此裝置提供5V電源供電，用家用插座給電磁鎖提供12V交流電，正確上電之后，可以撥開此裝置在電源插口旁邊的總開關(guān)，打開開關(guān)后，就可以看到LCD12864顯示屏上寫有“歡迎使用多功能門禁鎖，請(qǐng)輸入密碼”字樣，并且在RFID-RC522射頻卡上面會(huì)看到D1燈常亮。圖5.9初試上電測(cè)試圖5.3.2按鍵密碼輸入開門測(cè)試在分別用5V和12V電源正確供電之后，撥開此裝置在電源插口旁邊的總開關(guān)，可以在顯示屏上面看到“請(qǐng)輸入密碼”的字樣，接著我們先輸入正確密碼“000000”，然后再輸入錯(cuò)誤密碼“111111”，可以看到在液晶顯示屏上分別有“門已打開”和“密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新操作”文字，同時(shí)在密碼輸入正確的情況下，電磁鎖也會(huì)跟隨者繼電器的閉合而閉合，加入密碼輸入錯(cuò)誤，則電磁鎖無反應(yīng)，同時(shí)蜂鳴器也會(huì)報(bào)警響起來，如果連續(xù)三次輸入密碼有誤，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出響聲。圖5.10密碼輸入正確圖圖5.11密碼輸入錯(cuò)誤圖5.3.3射頻刷卡開門測(cè)試在分別用5V和12V電源正確供電之后，撥開此裝置在電源插口旁邊的總開關(guān)，可以在顯示屏上面看到“請(qǐng)輸入密碼”的字樣，接著我們分別用已注冊(cè)過的IC卡刷卡，然后我們?cè)儆梦醋?cè)的IC卡刷卡，可以看到在液晶顯示屏上分別有“門已打開”和“卡片未注冊(cè)”文字，并且在文字下方會(huì)顯示相應(yīng)的卡片卡號(hào)。圖5.12已注冊(cè)IC卡開門圖圖5.13未注冊(cè)IC卡開門圖5.3.4修改密