唐凱

【摘要】隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，門(mén)禁控制系統(tǒng)在安全技術(shù)防范領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色。其軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)起著重要的作用。

1、前言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，門(mén)禁控制系統(tǒng)在安全技術(shù)防范領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色，這是建立在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)各非接觸的射頻識(shí)別技術(shù)之上，通過(guò)持有非接觸式IC卡來(lái)對(duì)人的進(jìn)出實(shí)施放行，拒絕和記錄等操作的智能化控制系統(tǒng)。非接觸式IC卡的核心技術(shù)為射頻識(shí)別，其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可全天候，無(wú)接觸地完成自動(dòng)識(shí)別功能。

本系統(tǒng)以89C51系列單片機(jī)STC89C52為控制核心，利用非接觸式射頻卡模塊讀取用戶(hù)手中的IC卡信息，識(shí)別成功后與系統(tǒng)存儲(chǔ)的IC卡庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)，如果IC卡數(shù)據(jù)庫(kù)中有IC卡則證明IC卡合法，單片機(jī)通過(guò)控制繼電器控制電子鎖門(mén)禁開(kāi)啟和關(guān)閉。同時(shí)采用鍵盤(pán)作為IC卡錄入和刪除，LCD1602液晶作為人機(jī)交互顯示，讓系統(tǒng)具備更大的實(shí)用價(jià)值。

2、系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行初始化，完成液晶、鍵盤(pán)等初始化任務(wù)。然后進(jìn)入死循環(huán)，單片機(jī)控制IC卡模塊時(shí)時(shí)掃描判斷是否有IC靠近，當(dāng)靠近時(shí)，啟動(dòng)IC卡讀取程序，識(shí)別IC卡卡片信息后，與AT24C02芯片內(nèi)存儲(chǔ)的IC卡數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行比對(duì)，如果校驗(yàn)成功則控制門(mén)禁開(kāi)，反之則不開(kāi)門(mén)禁。整個(gè)過(guò)程LCD1602液晶顯示操作過(guò)程及數(shù)據(jù)信息。

3、IC卡讀寫(xiě)子程序設(shè)計(jì)

3.1 Mifare射頻卡技術(shù)參數(shù)

（1）容量為8K位（bits）1K字節(jié)（bytes）EEPROM

（2）分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為4塊，每塊16個(gè)字節(jié)，以塊為存取單位

（3）每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪(fǎng)問(wèn)控制

（4）每張卡有唯一序列號(hào)，為32位

（5）具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作

（6）無(wú)電源，自帶天線(xiàn)，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路

（7）數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫(xiě)10萬(wàn)次，讀無(wú)限次

（8）工作溫度：-20℃～50℃（濕度為90%）

（9）工作頻率：13.56MHZ

（10）通信速率：106 KBPS

（11）讀寫(xiě)距離：10 cm以?xún)?nèi)（與讀寫(xiě)器有關(guān)）

3.2 IC卡讀寫(xiě)卡的過(guò)程一般包含如下幾個(gè)步驟：

（1）復(fù)位應(yīng)答（Answer to request）

射頻卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當(dāng)有卡片進(jìn)入讀寫(xiě)器的操作范圍時(shí)，讀寫(xiě)器以特定的協(xié)議與它通訊，從而確定該卡是否為M1射頻卡，即驗(yàn)證卡片的卡型。

（2）防沖突機(jī)制（Anticollision Loop）

當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫(xiě)器操作范圍時(shí)，防沖突機(jī)制會(huì)從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過(guò)程會(huì)返回被選卡的序列號(hào)。

（3）選擇卡片（Select Tag）

選擇被選中的卡的序列號(hào)，并同時(shí)返回卡的容量代碼。

（4）三次互相確認(rèn)（3 Pass Authentication）

選定要處理的卡片之后，讀寫(xiě)器就確定要訪(fǎng)問(wèn)的扇區(qū)號(hào)，并對(duì)該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)，在三次相互認(rèn)證之后就可以通過(guò)加密流進(jìn)行通訊。（在選擇另一扇區(qū)時(shí)，則必須進(jìn)行另一扇區(qū)密碼校驗(yàn)。）

IC卡讀寫(xiě)流程圖如圖所示

3.3 IC卡讀寫(xiě)操作流程圖

4.按鍵程序的設(shè)計(jì)

按鍵作為人機(jī)交互的方式，在該設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。實(shí)現(xiàn)IC卡的錄入與刪除。當(dāng)讀卡模塊檢測(cè)到該IC卡時(shí)，如果該IC卡沒(méi)有被錄入，當(dāng)有鍵按下時(shí)，則該卡被記錄，擁有進(jìn)出該門(mén)禁的權(quán)限；如果該IC卡被錄入了，當(dāng)有鍵按下時(shí)，則該卡被刪除，被取消進(jìn)出權(quán)限。

圖4.3 鍵盤(pán)子程序流程圖

本系統(tǒng)用到了5個(gè)按鍵，它們的功能分別是：調(diào)節(jié)時(shí)間的時(shí)鐘加、時(shí)鐘減、分鐘加、分鐘減和添加/刪除用用戶(hù)卡。它們采用的是獨(dú)立按鍵的連接方式，一端連接地，一端連在單片機(jī)的P1.0到P1.4口上。它們的程序?qū)崿F(xiàn)是：首先給P1.0到P1.4口高電平，然后掃描這些I/O口上是否有電平變化，當(dāng)它們有變化是說(shuō)明有鍵被按下，最后根據(jù)是哪個(gè)I/O口的電平變化了判斷是哪個(gè)鍵被按下。它的程序流程圖如圖4.3所示

5. LCD1602液晶顯示子程序

1602液晶是字符型液晶，它的內(nèi)部自帶字符庫(kù)，它可以寫(xiě)兩行的字符，同時(shí)每行可以顯示16個(gè)字符。在這里要顯示的是實(shí)時(shí)時(shí)間，IC的編號(hào)和權(quán)限以及一些提示信息。

LCD1602的操作步驟：初始化；寫(xiě)命令（RS=L）設(shè)置顯示坐標(biāo)；寫(xiě)數(shù)據(jù)（RS=H）。根據(jù)其操作步驟設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示程序流程圖如圖4.4。

從此流程圖我們得出：LCD液晶顯示屏在寫(xiě)顯示程序的時(shí)候，我們要先寫(xiě)命令，再設(shè)定字符顯示和漢字的位置，最后寫(xiě)數(shù)據(jù)，在每寫(xiě)一次命令或數(shù)據(jù)都需要判斷液晶是否忙。打開(kāi)液晶顯示屏進(jìn)入初始化狀態(tài)，開(kāi)始寫(xiě)命令，首先判斷LCD是否忙，如果是P0.7=0，那么進(jìn)入下一步寫(xiě)命令，如果不是P0.7=0，返回LCD是否忙。

6 電子鎖門(mén)禁開(kāi)關(guān)子程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的電子鎖門(mén)禁開(kāi)關(guān)，單片機(jī)只需要輸出高低電平即可。當(dāng)輸出高電平時(shí)門(mén)禁關(guān)、低電平門(mén)禁開(kāi)。程序流程如圖4.5所示。

7 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的報(bào)警提示是通過(guò)蜂鳴器和LED來(lái)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)中用的是無(wú)源蜂鳴器。無(wú)涯蜂鳴器要給脈沖信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)鳴叫，在程序的設(shè)計(jì)中，通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警。根據(jù)報(bào)警電路原理，當(dāng)讀卡模塊檢測(cè)到有非法卡進(jìn)入，單片機(jī)輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)，開(kāi)啟定時(shí)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)給蜂鳴器報(bào)警。

報(bào)警子程序的流程圖如圖4.6所示。

8小結(jié)

在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，各個(gè)模塊的子程序是比較好書(shū)寫(xiě)的，但是各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，什么時(shí)候該模塊工作，調(diào)用該模塊的函數(shù)，需要對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)總的了解和把握，這是軟件設(shè)計(jì)中的最大的一個(gè)問(wèn)題。