1、目 录- 1 -题 目： 基于非接触式 IC 卡的门禁控制系统设计学 院： 信息电子技术学院年 级： 专 业： 自动化姓 名： 学 号： 指导教师：摘 要佳木斯大学教务处 - i -摘 要随着现代科技的发展，门禁控制系统在安全技术防范领域扮演着越来越重要的角色，它是建立在先进的计算机技术、通信技术和非接触的射频识别技术之上，通过持有非接触式 IC 卡来对人的进出实施放行、拒绝和记录等操作的智能化控制系统。非接触式 IC卡的核心技术为射频识别，其环境适应性强，可全天候、无接触地完成自动识别功能。本文首先介绍了门禁控制系统在国内外的研究现状与发展状况，之后介绍了系统相关的基础理论知识。最后重点阐述
2、了系统的硬件电路与软件设计。硬件方面主要包括单片机 STC89C54 的接口设计、ZLG500AT 读写模块设计、串行通信模块设计、实时时钟模块设计、液晶显示模块设计及数据存储模块设计等。软件方面主要包含非接触式 IC 卡的操作程序设计与单片机外围芯片的驱动程序设计等。根据系统要求，当没有卡进入读写器工作范围之内时，LCD 上显示动态时间，当有有效卡片进入读写器工作区域时，应当读取卡内指定扇区数据并在 LCD 屏幕上显示卡的序列号信息以及打卡状态。经过综合调试，实际运行结果表明本课题设计的系统基本满足上述要求。关键字 非接触式 IC 卡；门禁控制系统；ZLG500AT 读写模块；射频识别Abs
3、tract佳木斯大学教务处 - i -AbstractWith the development of modern technology, entrance guard control system is acting a more and more important role in the field of security technology to prevent, it is based on advanced computer technology, communications technology and non-contact radio frequency identifi
4、cation technology, a kind of intelligent control system that limits peoples access to make the implementation of the release, rejection and records operation through the non-contact-type IC card. Non-contact-type IC cards core technology is radio frequency identification and its environment adaptabl
5、e to non-contact to complete the automated identification. This paper first introduces the research status of the access control system at home and abroad and development, later introduces the underlying theory of knowledge related to the system.Finally focus on the hardware and software design of t
6、he system.The hardware including the design of the STC89C54s interface, ZLG500AT reading and writing module design, the design of serial communication module, the design of real-time clock module, LCD modular design and data storage module design and so on. Software major procedures the design of no
7、n-contact-type IC card and the driver design of microcontroller peripheral chips.According to the system requirement, LCD shows the dynamic time when there is no card into the reader within the scope of work, or should read the card within a specified sector of data and the cards serial number infor
8、mation and punch state displayed in the LCD. After integrated debugging, the actual operation results show that the design of the subject system basically meets the above requirements.Keywords Non-contact-type IC card; Entrance guard control system; ZLG500AT reading and writing module; Radio frequen
9、cy identification 目 录佳木斯大学教务处 - 1 -目 录摘 要 .iAbstract .i第 1 章 绪 论 .11.1 课题背景概述 .11.2 本文研究的目的与意义 .11.3 国内外研究现状 .21.3.1 国内研究现状 .21.3.2 国外研究现状 .21.4 本文研究课题的发展前景 .31.5 本文主要研究内容 .3第 2 章 系统的理论基础 .42.1 系统相关的电磁理论知识 .42.1.1 天线场的概念 .42.1.2 能量耦合 .42.2 数据的传输与安全性 .52.2.1 数据的传输原理 .52.2.2 数据的安全性 .62.2.3 MIFARE1 IC
10、S50 卡概述 .72.2.4 MF1 卡的存储结构 .82.2.5 MF1 卡的功能结构及工作原理 .92.3 非接触式 IC 卡的国际标准 .102.4 门禁控制系统的基本构成及工作流程 .102.4.1 门禁控制系统的基本构成 .102.4.2 门禁系统的工作流程 .112.5 本章小结 .12第 3 章 系统的硬件电路设计 .143.1 系统总体分析 .143.1.1 系统设计要求 .143.1.2 系统总体方案 .143.2 微处理器接口设计 .153.3 电源模块设计 .173.4 ZLG500AT 读写模块设计 .173.4.1 ZLG500AT 模块的硬件概述 .173.4.2
11、 ZLG500AT 的串行接口规范 .193.5 键盘接口设计 .213.6 实时时钟的硬件设计 .223.6.1 实时时钟的硬件接口 .223.6.2 实时时钟的读写控制 .233.7 串行通信模块设计 .243.8 数据存储模块设计 .253.8.1 AT24C02 存储芯片接口概述 .25目 录佳木斯大学教务处 - 2 -3.8.2 AT24C02 存储芯片串行通信 .263.9 液晶显示模块设计 .273.9.1 液晶模块的外部接口 .273.9.2 液晶模块的串口传输方式 .293.10 语音模块设计 .293.11 本章小结 .30第 4 章 系统的软件设计 .324.1 系统软件
12、总体流程 .324.2 IC 卡读写模块软件设计 .334.2.1 读写模块的数据传输协议 .334.2.2 读写模块函数描述 .344.3 系统信息的存储与显示 .374.3.1 存储模块程序设计 .374.3.2 液晶显示模块程序设计 .394.4 实时时钟的数据处理 .414.5 其他模块程序设计 .424.5.1 SPI 数据传输与格式转换 .424.5.2 按键扫描及语音提示 .424.6 本章小结 .43结 论 .44致谢 .45参考文献 .46附录 A.47附录 B .54附录 C .55附录 D.64目 录佳木斯大学教务处 - 1 -第 1 章 绪 论1.1 课题背景概述当今时
13、代，随着科学技术的发展，自动识别技术在生产、生活中扮演着愈来愈重要的角色，它就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，而且向后台的计算机处理系统赋予有关的事后处理的技术。这种技术近些年来发展得很迅猛，形成了具有接触式 IC 卡技术、光学字符识别、射频技术(非接触式) 、磁条磁卡技术等集光磁、计算机、物理及通信技术为一体的高新技术。本课题研究的是一种基于非接触式 IC 卡射频技术的门禁控制系统1。射频识别即 RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称电子标签、无线射频识别是一种通信技术，可通过无线电讯号
14、识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更加自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化2。随着识别技术的诞生以及成熟化，极大地推进了安全事业的发展，为重要部门出入口实现安全防范管理提供了更多的解决方案，加上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，人们总能通过各种手段
15、把它打开，此种情景下，门禁控制系统应运而生。门禁控制系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术，适用于各种机要部门，门禁控制系统最大限度地减少了给人们带来的利益损失，促进了社会环境的和平稳定。1.2 本文研究的目的与意义门禁控制系统能够有效地控制人员的出入，并且记录所有出入的详细信息，以实现出入口的方便、安全管理，控制系统可以联网和脱机工作，门禁控制系统的推出将缓解大人流快速通过的问题，同时可以结合视频图像联动接入，保安可对出入人员进行实时监控和查询，管理人员能方便地统计、打印或导出门禁上位机数
16、据信息，本课题采用了非接触形式的无线标签来作为数据传输的媒介，非接触出入控制的读取设备被尘土、污目 录佳木斯大学教务处 - 2 -垢或是潮湿损坏的机率非常小，此外，天线可以完全隐蔽地安装在墙内，不会被恶意破坏，大大提高了安防性。本课题研究的基于非接触式 IC 卡的门禁控制系统正是为了达到上述的目标而进行设计的，对于将来的安防事业付出了自己的一份力量，有利于营造更加美好和谐的社会环境。随着科技的发展，人们对门禁系统的应用已不局限在单一的出入口控制，而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等，还可与其它系统联动控制等多种控制功能，而基
17、于非接触式 IC卡的门禁控制系统针对于集成应用提出了可行性方案，具有重要的意义。1.3 国内外研究现状1.3.1 国内研究现状国内对门禁系统的研究刚开始只是处于认识教育和试用阶段，而现在逐渐步入了研发阶段，门禁系统主要有下几点不足之处：运用国外现成的集成模块；仿造国外研制好的系统；产品的类型比较少、系统开发成本较国外很高。国内的门禁系统大多以控制器为核心构建的，门控器大多由国外企业研制。门禁系统利用的零件多数采用国外原材料和先进集成电子工艺，所以它的性能比较高。上述的门禁控制系统几乎都可以同时控制多个门，能够实现多门监控机制；很多企业把它做成企业的一卡通系统，实现数量大的人员管理。门禁系统是由
18、多个独立部件有机集成而构成的，若要想升级系统，仅仅需要对系统的某一部分进行升级，然后再组装即可。总体来讲，国内对门禁系统的研究仍然处于感知层次，在理论方面的研究还是比较欠缺的3。1.3.2 国外研究现状国外门禁系统经过数十年的技术与销售沉淀，系统的稳定性很好，返修率估计在千分之二到五之间，人性化的功能比较少，系统集成的功能比较强大，提供成套的和弱电集成的方案，软件操作会比较复杂。随着科技的发展，最近几年，国外门禁系统市场愈来愈成熟，它的产业分工进入了细分阶段，生产卡片和读卡器的厂家就单单生产卡片和读卡器，如德国的 Destele 公司。生产控制器的公司单单生产软件和控制器。从目前全球门禁系统的
19、前端输入设备的水平及发展方向来看，除宾馆锁外，磁卡和接触式 IC 卡读卡器已在逐步地退出门禁系统市场。国外门禁系统的知名品牌有休斯(HID)、洛泰克(NTK)、西屋(WSE)以及英国的集宝等。国外研制与应用的门禁控制系统主要包括两类：感应和生物识别门禁系统，生物识别又目 录佳木斯大学教务处 - 3 -以指纹识别运用得最为广泛4。伴随计算机图像处理、模式识别理论与大规模集成电路技术的不断发展，指纹自动识别系统的体积不断缩小，其价格也不断降低。据国际生物认证团(IBG) 调查得知：美国生物认证市场在 2002 年的时候已经突破了 7 亿美元，而指纹识别就占据了近 50%。1.4 本文研究课题的发展
20、前景射频识别技术的发展将会在电子标签、读写器、系统种类、标准化等方面取得新的进展。电子标签芯片需要更低的功耗；无源标签、半无源标签技术更加成熟；更远的作用距离；更加完善的无线可读写性能；高速的移动物品识别；高频远距离系统性能更加完善；对标准化基础性研究更加深入、成熟；标准化被更多的企业接受；更好的系统模块可替换性。门禁控制系统未来的主要发展趋势包括外观工艺、易安装、强大的联网、远程管理、扩展及升级性、硬件稳定性以及方便的系统整合；门禁软件的功能需求也需逐渐增强，包括系统联动功能、网络化、资料集成与共享、开放协议、数据库自动备份、访客图像或证件验证以及在线布防与在线撤防；门禁控制系统的技术将同时向 IT 方向发展，由于TCP/IP 通信协议的优势
