基于IC卡的楼宇门禁系统的设计

怀化职业技术学院高职生毕业论文（设计）题目：基于IC卡的楼宇门禁系统的设计学生姓名：何敏专业：应用电子技术班级：08应电指导教师：唐晨光完成日期：2010.11.24教务处印制毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）课题：基于IC卡的楼宇门禁系统的设计学生姓名：何敏指导教师：唐晨光设计（论文）要求：一、内容说明:1、设计系统框图；2、选择合适的IC卡，综合比较；3、设计具体电路、编写软件，实现功能；4、包含系统调试模块。二、要求与说明:1、设计系统框图；2、选择合适的数据采集方案；3、设计具体电路、编写软件，实现功能；4、包含系统调试模块。5.字数不少于4000字（包括图）;不得抄袭,否则责任自负,并作不及格处理;6.按要求设计好封面，字体、段落和格式等严格按论文模板要求。电子文档经指导老师审查符合要求才能参加答辩。全部文件交系部统一电脑打印，并装订成册;9.毕业论文（设计）都要求在毕业前进行答辩。学生可以参考一些专业性的杂志,掌握论文格式;10.实习报告或毕业设计具体要求见附表。三、时间要求：1.于2010年下学期第15周前完成毕业设计;2.答辩时间:2010年12月10日。目录摘要…………………………………………………………………………………31．引言……………………………………………………………………………32．门禁系统的发展………………………………………………………………33．方案设计………………………………………………………………………43.1．卡式门禁的选择……………………………………………………………43.2．门禁系统的构成……………………………………………………………54．硬件设计………………………………………………………………………54.1．非接触式IC卡门禁系统的构成……………………………………………54.2．读卡器………………………………………………………………………64.3．读写芯片的选用……………………………………………………………74.4．非接触式IC卡系统…………………………………………………………74.4.1．非接触式IC卡的特点……………………………………………………74.4.2．非接触式IC卡的功能组成………………………………………………74.4.3．射频接口电路……………………………………………………………84.4.4．数字电路部分……………………………………………………………94.5．硬件框图………………………………………………………………………105．软件设计…………………………………………………………………………115.1．编程语音的选用………………………………………………………………115.2．主程序设计……………………………………………………………………115.3．MFRC500应用子程序…………………………………………………………135.3.1．AT89C52对MFRC500的初始化……………………………………………135.3.2．AT89C52对MFRC500的操作………………………………………………135.3.3．AT89C52对MFRC500的控制指令…………………………………………136．结束语……………………………………………………………………………147．参考文献…………………………………………………………………………14基于IC卡的楼宇门禁系统的设计摘要：本论文介绍了一种基于非接触式IC卡的门禁管理系统，非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。论文介绍了该门禁系统的硬件组成、软件组成。可为人事、保安等管理部门提供安全、实用、方便的管理。论文又详细地阐述了射频识别技术，非接触式IC卡读卡器的硬件和软件设计。本论文系统分析了非接触式IC卡门禁技术的发展状况和非接触式IC卡技术在门禁系统中使用的优点，重点对射频技术原理和射频卡在门禁系统中的应用进行研究，分析比较了门禁系统的几种方案，结合本系统的要求特点加以改进。关键词：非接触式IC卡门禁系统射频技术1、引言随着以人为本的社会生活意识的提高，越来越多的住户对小区的安全防范意识也不断的增强，实现小区管理的智能化势在必行。该系统无需铺设通讯线路，相对而言成本低、可靠性高、便于维护，尤其利于现有老社区、旧办公楼的智能化改造。门禁系统已成为发达国家和地区最主要的保安系统之一，和传统的保安设备不同。门禁系统已由早期单纯的门道及钥匙管理，发展为一套完整的出入管理系统，并且通过采用先进的网络技术，使整套系统的操作和自身资源的使用不再受时间和地域的限制。非接触式IC卡门禁管理系统读卡器是以非接触IC卡射频识别技术为核心，使用户使用方便和管理方便为目的，具有高安全性、高可靠性的管理系统。非接触式IC卡门禁管理系统已广泛地应用于楼宇自动化、重要区域的通行等。2、门禁系统的发展出入口门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么合理，材料多么坚固，人们总能用通过各种手段把它打开。在出入人很多的通道（如办公室，酒店客房）钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。为了解决这些问题，就出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率高，安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，安全系数很低。同时这个时期的产品由于大多采用读卡部分（密码输入）与控制部分合在一起安装在门外，很容易被人在室外打开锁。这个时期的门禁系统还停留在早期不成熟阶段，因此当时的门禁系统通常被人称为电子锁，应用也不广泛。最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，门禁系统的应用领域也越来越广。3、方案设计3.1、卡式门禁的选择随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了很多卡式门禁系统。安全防范意识也不断的增强，人们对于卡式门禁的选择也有了很大的要求，为了达到最安全、最适用，所以对卡式的选择也很重要。下表是几种卡的比较：性能磁卡接触式IC卡非接触式IC卡信息载体磁性物质（磁条）EEPROMEEPROM信息量较小大大读取方式电磁转换电擦写无线通信保密性一般好好识别速度低低很快读取距离接触接触远使用寿命短长很长成本低较高较高多标签同时识别不能不能能从上表可以看出，非接触式IC卡是现今卡式门禁系统最好、最合适的选择。所以本论文是采用非接触式IC卡的门禁管理系统。非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术，它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。3.2、门禁系统构成门禁系统构成分为三部分：一是读写器部分，二是中央控制电脑的软件管理系统模块，三是中央控制电脑与读写器之间的数据传输模块。其系统框图如图1所示：楼层PC1楼层PCn电磁门锁n门禁读卡器1门禁读卡器n电磁门锁1电磁门锁n门禁读卡器n门禁读卡器1电磁门锁1管理中心服务器局域网图1楼宇门禁系统框图4、硬件设计采用Philips公司的非接触式IC卡Mifare1卡，以M1卡作为用户卡，以用户卡的序列号SN（全球唯一）为依据控制门的开启。硬件电路主要由MIFARE卡读写模块ZLG500A及天线、中央控制、数据传输、主控制器AT89C52、键盘、显示器、门禁记录与授权卡号存储器、时钟电路以及电磁门锁等部分组成，其硬件框图如图2所示：主控MCU单片机芯片（89C52）复位电路时钟电路（DS1302）数据存储电路传输模块RS485中央控制电脑MCM500模块天线液晶显示键盘电锁出门按钮射频卡图2门禁系统硬件框图4.1、非接触式IC卡门禁系统的构成非接触式IC卡门禁系统由非接触式IC卡、读卡器和PC管理机组成，此外还包括外部门禁设备。（1)读卡器：是门禁系统的主要设备，直接与PC机通过RS一232串行口相连，只要有非接触式IC卡进入读卡器天线射频能量范围，读卡器便通过射频信号与IC卡通信，认证密码，读取卡中的数据，并将其存入计算机中。(2)非接触式IC卡：相当于开门钥匙，它是通过磁力线圈产生感应电流向读卡器发射卡内信息，完成读卡工作的。(3)PC管理机：门禁系统有不同的构成方案，一种是读卡器不带存储器，PC机直接与读卡器相连，读卡信息实时地传送给PC机。另一种是读卡器独立工作，内部用较大的存储器存放读卡数据，采用采集器采集读卡器中的数据，再传送到PC管理机上。在本设计中采用的是第一种方案。(4)门禁设备：门禁设备由读卡器中单片机的I/O口根据刷卡情况发出控制信号控制，密码认证通过开门，否则不开门。在读卡器上用喇叭来仿真。4.2、读卡器门禁系统的关键部件是读卡器，它由微处理器、外围扩展器件、读写芯片、射频天线、串行通信接口等几部分组成。接上串行口和+5V电源之后不仅可以读卡而且可以与计算机进行通信。读卡器是卡片与用户之问的桥梁，是一个数据采集处理系统，处理来自身份识别单元的数据。其内部结构框图如图3所示。该读卡器是针对Philips公司MIFARE产品设计的，能够读写MIFARE列的非接触式IC卡。非接触式IC卡读卡器技术指标如下：(1)读写卡片类型：MIFARE；(2)天线可操作距离：天线的可操作距离为5～10cm；(3)卡片存储容量：卡存储EEPROM大小为1K字节；(4)射频输出：通过功率匹配将天线线圈直接连接到功率输出级；(5)供电电压：5V士10％(小于100mA)；(6)接口：标准RS232(读卡器)。图3非接触式IC卡读卡器结构框图4.3、读写芯片选用基于前面已经选定Philips公司的Mifarel卡为本项目的射频卡，因而射频读写芯片也就在Philips公司的芯片产品中挑选。MFRC530由于可以支持3．3V电源供电，一般多用于手持设备：MFRC531则多用于支持TYPEB型卡的场合。而MFRC500的性价比最高，市场应用最为广泛，购买也最方便。所以本项目决定选用MFRC500射频读写芯片。MFRC500是基于13．56MHz非接触式通信模式、低成本、高集成、高性能的读卡芯片，具有下列的特性：R232通信通信接口电源蜂鸣器驱动单片机天线天线耦合电路MIFARE读写芯片●该芯片利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13．56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，支持ISOflEC14443A所有的层，●内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线，最远可达100mm。●接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于IS014443A兼容的应答器信号。●数字部分处理IS014443A帧和错误检测。此外，它还支持快速CRYPT01加密算法用于验证MIFARE系列产品。●方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，这样给读卡器／终端的设计提供了极大的灵活性。4.4、非接触式IC卡系统4.4.1、非接触式IC卡的特点非接触式IC卡系统由非接触式IC卡和非接触式IC卡读卡器构成。非接触式IC卡与接触式IC卡相比，有以下特点：可靠性高、寿命长操作快捷便利动态处理成本较高安全性高4.4.2、非接触式IC卡的功能组成本论文采用的非接触式IC卡是Philips公司的MIFARE1卡。非接触式IC卡的功能组成如图4所示：波形转换正弦波方波整流调制/解调电压调节上电复位能量CLOCKDATAATR请求模块防重叠模块选择模块认证模块控制和算术单元RAMROM数据加密单元接口存储器射频接口电路数字电路部分图4非接触式IC卡的功能组成图4.4.3、射频接口电路在射频接口电路中，波形转换模块接收读卡器上的13．56MHZ的无线电调制频率，一方面送调制解