RF-IC卡門禁系統設計

郭同輝，朱兆優

（東華理工大學 電子工程系，江西 撫州 344000）

門禁安全管理系統是一種新型智能化的安全管理系統。它集微機自動識別技術和現代安全措施為一體，涉及電子、機械、光學、計算機技術、通訊技術等諸多方面。它是解決重要部門出入口便捷控制和實現安全管理的有效措施，適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、辦公大樓、智能化小區、工廠軍械庫、機要室等。文章主要闡述了非接觸式IC卡門禁系統的硬件和軟件設計。

1 系統設計方案

本次設計的非接觸式IC卡門禁系統，主要由讀卡器、控制器、存儲器、時鐘模塊、通信模塊、識別卡和計算機組成。整個系統可以分為兩大部分：下位機部分和上位機部分。在下位機的模塊設計中，主要使用到7個I/O口。主控器選用STC12C5402單片機，其特點如下：① 增強型8051CPU，1時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統8051；②工作頻率范圍：0-35 MHz；③ISP/IAP，無需專用編程器；④EEPROM 功能；⑤內部集成MAX810專用復位電路；⑥時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器，用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘；⑦共6個16位定時器/計數器，兩個專用16位定時器T0和T1；⑧ A/D轉換,10位精度ADC，共8路；⑨通用全雙工異步串行口(UART)；⑩SPI同步通信口，主模式/從模式。其系統框圖如圖1 所示。

圖1 系統框圖

2 系統模塊設計

這部分主要包括讀卡模塊、時鐘模塊、通信模塊和密碼鎖電路驅動模塊等五大模塊。

（1）讀卡模塊。此模塊主要是完成卡號的讀取并臨時存入STC12C5402的RAM中。在選擇晶振和電容的過程中，我們必須注意到STC12C5402提供的幾種用戶可選擇振蕩器的選擇。STC12C5402允許根據需要從高精度至最低成本范圍內選擇。支持的基本振蕩器類型包括低頻、中頻、高頻外接晶振或陶瓷振蕩器，也可以輸入外部時鐘信號。本系統選擇外接晶振片內振蕩器，根據外接晶振的條件：振蕩器必須設置為低頻晶振、中頻晶振或高頻晶振模式之一；為限制晶振驅動電平可串聯電阻，對于低頻晶振尤其重要；對于不同的振蕩頻率，最佳電容值不同。所以本系統選擇高頻振蕩器，且電容都選擇33pF。選擇高頻振蕩器還因為此系統在讀卡過程中要求相當精確。在讀卡編程過程中，我們必需要對定時的時間精確計算，否則讀不到精確的卡號。系統可以使用ID4001讀卡模塊，它的每個脈沖之間的延時時間是2.6ms，選用STC12C5402芯片的P1.2和P1.3腳作為讀卡信息的兩跟數據輸入線，兩引腳被使用的也是STC12C5402芯片的最基本的I/O功能。讀卡模塊硬件圖如圖2 所示。

圖2 讀卡模塊硬件電路圖

（2）時鐘模塊。該模塊采用PCF8583日歷時鐘芯片為系統提供精確的時鐘。PCF8583采用32.768kHz的時鐘方式，通過片內寄存器來設置控制計時計數器，時鐘走時精度可以達到微秒級。在PCF8583芯片使用前，首先要初始化日歷時鐘芯片PCF8583的時鐘方式，通過單片機對其設置初始時間，最后將刷卡時的準確時間存儲到存儲模塊中。在PCF8583日歷時鐘芯片上，本系統使用了微調電容C5，目的是為了可以在小范圍內調節時間的準確性。如圖3 所示為時鐘模塊硬件電路圖。

圖3 時鐘模塊硬件電路圖

（3）通信模塊。此模塊完成單片機與PC機的通信，主要由芯片MAX232和10μF的電解電容組成。將MAX232的R2.OUT（R1.OUT）接單片機的 RXD 引腳 T2.IN(T1.IN)接 TXD引腳，當PC機有數據要發送給單片機時，電平轉換芯片MAX232將PC機發送的信號轉換成與單片機接口相匹配的電平，單片機上的跳變檢測器以波特率16倍的速率采樣RXD引腳上的電平。當采樣檢測器采樣到RXD引腳上有1到0的負跳變時，單片機將進入串行口中斷程序，不斷地接收來自PC機的數據，并將其存入存儲器中，當數據接收完畢，單片機中斷返回。圖4 為通信模塊硬件電路圖。

（4）密碼鎖電路驅動模塊。本系統的密碼鎖驅動電路模塊主要由繼電器JZC、密碼鎖和驅動芯片（74LS244）來組成。在設計電路當中使用繼電器的目的是為了使微弱的電信號產生較強的驅動電流，以至能驅動密碼鎖，產生自動的效果。因為我們知道，要使鎖牢固，以至于不一推就開，因此鎖的旋鈕要有一定的力量，這不是一個微弱電信號能驅動的，必須放大這個電信號，由此選擇了繼電器。在密碼鎖驅動電路模塊的設計中，使用了驅動芯片（74LS244）作為繼電器的驅動，進而通過繼電器的通斷來控制密碼鎖的打開與閉合。選擇P3.3腳作為輸出驅動信號的引腳，其電路原理圖如圖5 所示。

圖4 通信模塊硬件電路圖

圖5 密碼鎖驅動模塊硬件電路

3 系統軟件介紹

本部分設計程序統一用VB6.0進行編程，將下位機與PC機進行串行通信，按照雙方制定的協議實現串行通信，并將通信所獲取到的數據存入到指定的數據庫中，用戶可以利用數據控件對其進行訪問，并使PC機能夠對下位機中有關模塊進行操作。

4 結語

基于STC12C5402單片機作為主控器的非接觸式IC卡門禁系統具有智能化、操作使用簡單維護方便等優點。隨著智能樓宇建筑的加快，及各個行業管理的規范化，門禁系統能給學校、公司、機關、社區等各種需要一定程度管理的場所帶來極大的便利以及在很大程度上提高了其在安全管理方面的層次，所以它具有較好的發展前景。

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