基于單片機門禁系統的電路設計

文章出處：http://www.nyfzw.net 作者： 人氣： 發表時間：2013年02月08日

    摘要：隨著智能化、數字化信息社會的到來，卡是實現智能化管理和自動化管理工作的一種重要手段，而且在當今的社會它已經成為一種不可缺少的工具，如公交卡，食堂的飯卡，小區的門禁卡，這無處不體現出IC 的必要性。課題主要是介紹門禁讀卡器的硬件設計的問題，通過對當今社會門禁系統的研究比較，本著通信可靠、實用的原則，設計了一套基于射頻卡和單片機的門禁系統。

    IC卡門禁系統是一種利用計算機進行身份驗證，實現開/關門、登錄用戶進出門信息的自動化管理系統。該門禁系統的主要硬設備由一臺計算機作為管理計算機（又稱主控計算機）和若干臺分控計算機（又稱子控模塊）組成。子控模塊負責各受控門的讀卡、開門、關門和登錄工作。主控計算機負責各門禁子系統的初始化和工作方式的設定（如延遲時間等），以及重新設置系統數據和獲取各門禁子系統的登錄信息等的管理工作。一個受控門和其對應的一個讀卡器，構成一個門禁子系統，用于管理一個門。每個門禁子系統在子控模塊的控制下獨立工作（即開門、關門、登錄信息等）。

    1 系統結構

    為了使整個系統更具有安全性和靈活性，增強系統的適應性，IC卡門禁系統應當設計成一個層次式的分級管理系統。低層管理由子控模塊完成，主要負責管理受控門和進出門的登錄工作。高層管理由主控計算機完成，主要負責整個系統的控制、協調管理工作。這種分層管理模式，可以減小主控計算機的負荷，減少專用設備數量，降低系統制作成本，同時也提高了系統的效率和可靠性。

    2 各模塊電路設計

    本系統主要包括讀卡電路，計時顯示電路和控制模塊等，可以根據實際需要，方便地、靈活地配置系統硬件，系統框圖如圖1。下面將對系統圖各模塊的電路圖進行設計。

 

圖1 基本模塊電路

    2.1 單片機介紹

    在本設計系統中采用89C51 單片機。89C51 是由北京集成電路中心（BIDC）設計，由Atmel 公司生產的八位計算機。它出廠所配晶振頻率為11.0592MHz， 每個機器周期為1.085us。89C51 是一種低功耗高性能的含有4K 字節快擦寫（Flash）可編程/擦除只讀存儲器（PEROM）的8 位CMOS 單片機，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編程。其中央處理器由ALU、專用寄存器組、定時控制部件等組成，具有較強的調用、跳轉、判斷、豐富的數據傳輸功能，以及提供存放中間結果、常用參數寄存器等功能。同時它具有5 個中斷，包括兩個外部中斷，兩個定時器中斷，一個串行口中斷。此外由于器件采用了靜態設計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 是一個單獨的讀卡器集成電路.它要求在沒有外部放大器的情況下工作距離達到100mm。剩下的無源RF 部分的設計很簡單明了。首先要確定哪個可行的基本概念最能符合應用的要求。

    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小型的完整終端。可行的應用是一個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用的一個簡單的解決方案。連接讀卡器匹配電路和天線的同軸電纜最長距離可達10m。

    如圖2 所示是根據MF RC500 提供的資料所設計的完整的電路。

 

圖2 讀卡電路圖

    2.3 時鐘電路

    在以單片機為核心構成的裝置中，經常需要一個實時的時鐘和日歷，以便對一些實時發生事件記錄時給予時標，實時時鐘芯片便可起到這一作用。過去多用并行接口的時鐘芯片，近年來串行接口的各種芯片在單片機系統中應用愈來愈多，串行接口的實時時鐘芯片也出現了不少，DS1302 是一個綜合性能較好且價格便宜的串行接口實時時鐘芯片。如圖3 所示。

 

圖3 時鐘電路圖

    DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三條口線：RST ，I/ O 數據線和SCLK 串行時鐘。

    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 點陣顯示接口的小型串行輸入/輸出芯片。片內包括BCD 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅動器和8×8 靜態RAM。外部只需要一個電阻設置所有LED 顯示器字段電流。MAX7219 和微處理器只需三根導線連接， 每位顯示數字有一個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 采用平衡發送和差分接收方式實現通信： 發送端將串行口的TTL 電平信號轉換成差分信號A,B 兩路輸出，經過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL 電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強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，才可以達到最大的通信距離。

 

圖5 通訊電路

    3 總結

    此處只是簡單門禁系統的整體的介紹，伴隨著科技的發展進步，門禁卡系統將向著高智能，高集成的方向發展，我們需要對系統進一步的完善，降低成本，融合多種技術，如生物特征識別技術、加密技術、多功能模塊等，達到多標準并存，高速讀寫和低能耗的綠色環保要求。《電腦知識與技術》

    作者簡介：夏月平（1978－），女，江蘇人，南京信息職業技術學院教師，碩士

    參考文獻：
    [1] 陸永寧.IC 卡應用系統[M].南京:東南大學出版社,2000.
    [2] 李朝青.PC 機及單片機數據通信技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,1999.

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