基于單片機(jī)門禁系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

文章出處：http:// 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2013年02月08日

    摘要：隨著智能化、數(shù)字化信息社會(huì)的到來，卡是實(shí)現(xiàn)智能化管理和自動(dòng)化管理工作的一種重要手段，而且在當(dāng)今的社會(huì)它已經(jīng)成為一種不可缺少的工具，如公交卡，食堂的飯卡，小區(qū)的門禁卡，這無處不體現(xiàn)出IC 的必要性。課題主要是介紹門禁讀卡器的硬件設(shè)計(jì)的問題，通過對當(dāng)今社會(huì)門禁系統(tǒng)的研究比較，本著通信可靠、實(shí)用的原則，設(shè)計(jì)了一套基于射頻卡和單片機(jī)的門禁系統(tǒng)。

    IC卡門禁系統(tǒng)是一種利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行身份驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)開/關(guān)門、登錄用戶進(jìn)出門信息的自動(dòng)化管理系統(tǒng)。該門禁系統(tǒng)的主要硬設(shè)備由一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為管理計(jì)算機(jī)（又稱主控計(jì)算機(jī)）和若干臺(tái)分控計(jì)算機(jī)（又稱子控模塊）組成。子控模塊負(fù)責(zé)各受控門的讀卡、開門、關(guān)門和登錄工作。主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)各門禁子系統(tǒng)的初始化和工作方式的設(shè)定（如延遲時(shí)間等），以及重新設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)和獲取各門禁子系統(tǒng)的登錄信息等的管理工作。一個(gè)受控門和其對應(yīng)的一個(gè)讀卡器，構(gòu)成一個(gè)門禁子系統(tǒng)，用于管理一個(gè)門。每個(gè)門禁子系統(tǒng)在子控模塊的控制下獨(dú)立工作（即開門、關(guān)門、登錄信息等）。

    1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    為了使整個(gè)系統(tǒng)更具有安全性和靈活性，增強(qiáng)系統(tǒng)的適應(yīng)性，IC卡門禁系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成一個(gè)層次式的分級管理系統(tǒng)。低層管理由子控模塊完成，主要負(fù)責(zé)管理受控門和進(jìn)出門的登錄工作。高層管理由主控計(jì)算機(jī)完成，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)管理工作。這種分層管理模式，可以減小主控計(jì)算機(jī)的負(fù)荷，減少專用設(shè)備數(shù)量，降低系統(tǒng)制作成本，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。

    2 各模塊電路設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)主要包括讀卡電路，計(jì)時(shí)顯示電路和控制模塊等，可以根據(jù)實(shí)際需要，方便地、靈活地配置系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)框圖如圖1。下面將對系統(tǒng)圖各模塊的電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 基本模塊電路

    2.1 單片機(jī)介紹

    在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用89C51 單片機(jī)。89C51 是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計(jì)，由Atmel 公司生產(chǎn)的八位計(jì)算機(jī)。它出廠所配晶振頻率為11.0592MHz， 每個(gè)機(jī)器周期為1.085us。89C51 是一種低功耗高性能的含有4K 字節(jié)快擦寫（Flash）可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器（PEROM）的8 位CMOS 單片機(jī)，芯片上的PEROM 允許在線或采用通用的非易失存貯編程器對程序存貯器重復(fù)編程。其中央處理器由ALU、專用寄存器組、定時(shí)控制部件等組成，具有較強(qiáng)的調(diào)用、跳轉(zhuǎn)、判斷、豐富的數(shù)據(jù)傳輸功能，以及提供存放中間結(jié)果、常用參數(shù)寄存器等功能。同時(shí)它具有5 個(gè)中斷，包括兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)定時(shí)器中斷，一個(gè)串行口中斷。此外由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至0。

    2.2 讀卡電路

    MF RC500 是一個(gè)單獨(dú)的讀卡器集成電路.它要求在沒有外部放大器的情況下工作距離達(dá)到100mm。剩下的無源RF 部分的設(shè)計(jì)很簡單明了。首先要確定哪個(gè)可行的基本概念最能符合應(yīng)用的要求。

    1) 直接匹配的天線；用讀卡器和天線的最小距離可以建立一個(gè)小型的完整終端?？尚械膽?yīng)用是一個(gè)小型建筑物的訪問控制讀卡器或者是手持的讀卡器。
    2) 500 匹配的天線：可以作為讀卡器和天線之間用長距離同軸電纜連接的應(yīng)用的一個(gè)簡單的解決方案。連接讀卡器匹配電路和天線的同軸電纜最長距離可達(dá)10m。

    如圖2 所示是根據(jù)MF RC500 提供的資料所設(shè)計(jì)的完整的電路。

圖2 讀卡電路圖

    2.3 時(shí)鐘電路

    在以單片機(jī)為核心構(gòu)成的裝置中，經(jīng)常需要一個(gè)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘和日歷，以便對一些實(shí)時(shí)發(fā)生事件記錄時(shí)給予時(shí)標(biāo)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片便可起到這一作用。過去多用并行接口的時(shí)鐘芯片，近年來串行接口的各種芯片在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用愈來愈多，串行接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片也出現(xiàn)了不少，DS1302 是一個(gè)綜合性能較好且價(jià)格便宜的串行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。如圖3 所示。

圖3 時(shí)鐘電路圖

    DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三條口線：RST ，I/ O 數(shù)據(jù)線和SCLK 串行時(shí)鐘。

    2.4 顯示電路

    MAX7219 是微處理器和共陰極七段———八位LED 顯示、圖條/柱圖顯示或64 點(diǎn)陣顯示接口的小型串行輸入/輸出芯片。片內(nèi)包括BCD 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動(dòng)器和8×8 靜態(tài)RAM。外部只需要一個(gè)電阻設(shè)置所有LED 顯示器字段電流。MAX7219 和微處理器只需三根導(dǎo)線連接， 每位顯示數(shù)字有一個(gè)地址由微處理器寫入。如圖4 所示。

圖4 顯示電路圖

    2.5 通訊電路

    RS-485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信： 發(fā)送端將串行口的TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)A,B 兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號(hào)還原成TTL 電平信號(hào)。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，RS-485 最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S 的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離。

圖5 通訊電路

    3 總結(jié)

    此處只是簡單門禁系統(tǒng)的整體的介紹，伴隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，門禁卡系統(tǒng)將向著高智能，高集成的方向發(fā)展，我們需要對系統(tǒng)進(jìn)一步的完善，降低成本，融合多種技術(shù)，如生物特征識(shí)別技術(shù)、加密技術(shù)、多功能模塊等，達(dá)到多標(biāo)準(zhǔn)并存，高速讀寫和低能耗的綠色環(huán)保要求?！峨娔X知識(shí)與技術(shù)》

    作者簡介：夏月平（1978－），女，江蘇人，南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士

    參考文獻(xiàn)：
    [1] 陸永寧.IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2000.
    [2] 李朝青.PC 機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.

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