基于51單片機和IC射頻卡的射頻識別門禁系統(tǒng)設(shè)計

　　射頻識別技術(shù)，主要是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，在其應(yīng)用的過程當(dāng)中，需要在電磁原理的基礎(chǔ)上利用射頻信號來對目標(biāo)對象進(jìn)行信息的獲取，由于其應(yīng)用的廣泛，可以實現(xiàn)在不同區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用，因此被廣泛的應(yīng)用在了各種環(huán)境的作業(yè)當(dāng)中。在射頻識別系統(tǒng)當(dāng)中，射頻讀卡器的輸出數(shù)據(jù)需要嚴(yán)格遵守Wieggand格式當(dāng)中對其作出的規(guī)定，也就是利用兩根傳輸分別為0和1的數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸。

　　基于單片機和射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)是基于單片機STC89C52和IC射頻卡設(shè)計的射頻識別鎖系統(tǒng)，可用于實驗室、機房、辦公樓、檔案室、財務(wù)室等安全性要求較高的場所.

　　1、系統(tǒng)設(shè)計方案

　　此門禁系統(tǒng)由安裝在門上的客戶端和對新卡進(jìn)行授權(quán)寫入的授權(quán)端兩部分組成.客戶端由電源模塊、單片機最小系統(tǒng)、串行通信模塊、刷卡模塊、蜂鳴器模塊和電磁鎖模塊組成，如圖1。在客戶端，當(dāng)用戶需要開門的時候，需要把IC射頻卡放在讀卡器的感應(yīng)區(qū)對卡內(nèi)信息進(jìn)行讀取，當(dāng)讀取出來的信息驗證成功時，則在蜂鳴器“嘀”一聲的同時，門鎖打開，延遲一秒后重新上鎖;若信息驗證失敗，則蜂鳴器會發(fā)出四聲連續(xù)短促的鳴叫.授權(quán)端用于對每一張IC卡進(jìn)行授權(quán)信息寫入.整個系統(tǒng)使用單臺刷卡機就能工作，操作方便。

　　圖1 硬件系統(tǒng)模塊框圖

　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1、電源模塊電路設(shè)計

　　電源模塊的作用為整個系統(tǒng)供電.在系統(tǒng)中，刷卡模塊要用到3.3V的供電電壓，電磁鎖模塊需要用12V的電壓，而單片機最小系統(tǒng)部分則需要用到5V的電壓，因此，電源模塊需要提供的電源種類有12V、5V和3.3V三種.該模塊通過LM7805和AMS1117兩個芯片分別實現(xiàn)12V向5V和5V向3.3V電壓的轉(zhuǎn)換.如圖2為系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計.

　　圖2 電源模塊電路

　　2.2、刷卡模塊電路設(shè)計

　　射頻讀寫芯片MFRC522是NXP推出的一款低功耗、封裝小、高度集成的非接觸式(13.56MHz)讀寫卡芯片，它利用調(diào)制和解調(diào)的原理，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議.支持ISO14443A的多層應(yīng)用.其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機的通信，無需其他的電路.接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號.數(shù)字電路部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶&CRC).此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產(chǎn)品.MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s.它與主機間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)用戶的不同需求，選取SPI、I2C或串行UART(類似RS232)模式之一，有利于減少電路連接，縮小電路板體積，降低生產(chǎn)成本.MFRC522在刷卡模塊中的應(yīng)用電路如圖3.

　　圖3 刷卡模塊電路

　　2.3、蜂鳴器模塊電路設(shè)計

　　當(dāng)用戶刷卡時，如果信息驗證成功，則單片機的P2.0引腳被賦予低電平(軟件設(shè)置)，三極管Q2(PNP型)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出一聲蜂鳴.當(dāng)信息驗證不成功，蜂鳴器發(fā)出四聲連續(xù)短促的鳴叫.該模塊電路設(shè)計如圖4.

　　圖4 蜂鳴器模塊電路

　　2.4、電磁鎖模塊電路設(shè)計

　　用戶刷卡時，若信息驗證成功，則系統(tǒng)賦予單片機P2.5引腳一個低電平，此時三極管Q1(PNP型)導(dǎo)通，繼電器通電產(chǎn)生磁性吸合銜鐵，使得動、靜觸點接觸，從而高壓工作電路接通工作，電磁鎖打開;斷電時，繼電器的電磁鐵失去磁性，對銜鐵失去吸引力，從而動靜觸點分開，工作電路斷開，重新上鎖.該模塊電路如圖5.其中的二極管D2起到續(xù)流的作用.

　　圖5 電磁鎖模塊電路

　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1、客戶端軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)首先對MFRC522射頻讀卡器進(jìn)行初始化，延遲一定的時間等待天線穩(wěn)定，接著進(jìn)行尋卡、防碰撞、選卡、讀卡、授權(quán)信息驗證操作.若授權(quán)信息驗證成功，則門鎖打開，延遲一秒后，重新上鎖;若授權(quán)信息驗證失敗，則報警提示.圖6為客戶端軟件流程圖.

　　圖6 客戶端軟件流程圖

　　3.2、授權(quán)端軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)利用授權(quán)端對新卡的授權(quán)信息進(jìn)行寫入.工作流程為系統(tǒng)初始化、發(fā)送系統(tǒng)初始化信息、系統(tǒng)啟動提示、打開串口接收、等待權(quán)限寫入狀態(tài)標(biāo)記、權(quán)限寫入初始化設(shè)置、授權(quán)信息寫入、寫入失敗則進(jìn)行報警提示，如圖7.

　　圖7 MFRC522授權(quán)信息寫入流程

　　4、實驗及結(jié)果分析

　　系統(tǒng)測試過程中設(shè)置了三個電磁鎖，分別代表公司大門、銷售部和財務(wù)部.授權(quán)端分別對三張IC卡進(jìn)行了授權(quán)，一張卡的授權(quán)為開三門，一張卡授權(quán)開公司大門和銷售部兩門，還有一張卡授權(quán)開公司大門和財務(wù)部兩門.實驗驗證，系統(tǒng)操作方便，穩(wěn)定實用.系統(tǒng)測試如圖8.

　　圖8 系統(tǒng)測試圖

　　5、結(jié)束語

　　針對傳統(tǒng)機械式、固定鍵盤式密碼鎖、接觸式刷卡等門禁系統(tǒng)的不足，設(shè)計實現(xiàn)了一種基于單片機和射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng).系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，以STC89C52單片機作為控制核心，外圍由讀卡模塊、顯示模塊、電磁鎖模塊和蜂鳴器模塊組成.采用非接觸式IC卡刷卡進(jìn)門，具有身份識別、自動開關(guān)門及報警提示等功能.