基于51单片机的刷卡门禁系统毕业论文

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本文详细介绍了刷卡门禁系统的硬件组成和系统的软件开发过
程。给出了刷卡门禁系统的电路原理图，以及主程序设计的设计框
图和程序。主要分析了单片机与FM1702 高频读卡器频模块的接口
+ }( e$ `6 R) M- G电路、报警电路、门锁继电器电路、液晶12864 电路以及单片机最
3 Q$ C% A% ?0 k小系统。读卡器由读卡模块、单片机控制模块、射频天线以及智能
IC 卡组成。读卡器能读写荷兰Philips 公司的Mifare 非接触式射频
' O. ?: ~; n% ]9 z$ e. F+ _% `卡。当有卡进入时，读卡器内数据后台通过单片机进行处理程序判
断是不是合法IC 卡，并且将卡号传送到液晶12864上显示。读卡器
的软件部分主要包括程序设计,包括询卡、选择卡片、读取卡片、判
断IC 卡是否合法等。
0 K1 W' P: S8 [4 O# k6 q4 \读卡器采用内部集成有8K 字节Flash程序存贮器的STC89C52
* M: o# W  p/ w+ F$ w+ Y, S单片机作控制器，系统完全采用SPI 通信，其接口管脚少、连线简
单，有利于缩小读卡器的体积。
2 L0 s! L9 S; V第一章绪论
/ B" K4 ]- r+ @7 ~2 C/ ~在现今社会，随着人们对生活安全各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来
$ c' T, r+ _" W2 t, I2 p6 R越广泛，因此门禁系统已成为现在科技的一个热门研究课题。目前，门禁系统已成为生活
+ h# W) k6 L8 G安全中极其重要的一部分。在一些发达国家，门禁系统的应用远远高于其它安全系统，门
& N# T' b6 t  N$ |# i" Y禁系统之以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产有效的大
大的防止了罪犯从正常通道的侵入，并且可以在罪案发生时通过对通道的控制限制罪犯的
. Z9 J- R2 B! k- P8 f. m" H活动范围，制止犯罪或减少损失。
2 q* z  R8 n9 V( l0 B3 f) v8 D安装有门禁系统的建筑具有以下优点:
3 [; G6 A$ s' i( n( i: {: Y1、具有对门户出入控制，保安防盗，报警等多种功能。
2、方便内部员工或住户出入，同时杜绝外来人员随意进出，既方便了内部管理，又增强
了内部的保安。
8 {, Z1 G% C: `8 r3、门禁管理系统作为智能建筑中不可缺少的安保自动化的一部分，为用户提供一个高效
的工作环境，从而提高管理的层次。也正是由于门禁系统实用性强，市场需求大，应用广
泛，我们便选此作为研究设计的课题。
1.1 门禁系统概括
& \" L; K- r, p- y' \4 Z) K5 v出入口门禁安全管理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
  ^1 |/ C7 F6 s2 t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
0 h1 q5 j( z2 s5 |1 Y新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如
1 L" |9 ~0 w/ w银行、监狱、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间,智能化小区，工厂等。
- H. i4 O8 L' H# C智能门禁系统是对出入口通道进行管制的系统,该系统控制各类人员的出入以及他们
% d6 f2 k  Q+ D6 r; ?$ u  w& r在相关的活动区域。其控制的基本原理是： 按照人的活动范围,预先制作出各种层次的卡或
# T& O" y8 E! ~预定密码。
1.1.1 门禁系统组成
! w; j; t$ v; \/ X4 s& d门禁系统由控制器，读卡器，电控锁，识别卡和存储器、报警器等组成。系统构成如
6 S9 c9 a; g4 K6 }3 Z图所示其中控制器，读卡器，电控锁，构成基本的门禁控制单元设备。控制器是门禁系统
! O  ~. @  |" g; [的核心,由一台微处理机相应的外围电路组成。如果将读卡器比做系统的眼睛,将电控锁比
做系统的手,那么控制器就是系统的大脑。
1 n# ?0 y" h$ S: R9 m' d1.1.2 门禁系统功能
! }) |( _6 r1 H* A& T限制人员的进出区域,拒绝不速之客,保护公共财产不受非法侵犯.如果请求进入的人员
5 e2 L7 `+ X/ K1 |9 n! s' p身份合法即经过控制中心授权,电锁将打开否则电锁不会开启并报警。
. i1 P$ [3 f1 V6 H1.1.3 门禁系统的发展过程
出入口门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础
8 g2 F& ~! S# W2 @# x# K+ D& p上发展而来的。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， 人们总能用通过各种手段把它打开。在出入人很多的通道（像办公室， 酒店客房）
钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。为了解决这些问题，
5 \. s7 F9 s  d; i0 j4 T就出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通
% X7 \6 j' ]2 \7 _' V道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身
的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率
高，安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，安全系数很低。同时这个
时期的产品由于大多采用读卡部分（密码输入）与控制部分合在一起安装在门外，很容易
, w2 g3 M) x2 E' D被人在室外打开锁。这个时期的门禁系统还停留在早期不成熟阶段，因此当时的门禁系统
  B. b+ J6 x: l9 |! N2 Y通常被人称为电子锁，应用也不广泛。
最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进
+ o" J/ E9 p. p) S, E入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系
+ ^: O/ f; s+ D, ]/ G# a统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各
  Z/ n( H2 w7 [9 c4 F, k有特长，门禁系统的应用领域也越来越广。
( v2 m8 J1 J! @+ z& o1 g1.1.4 门禁系统的优越性
, g! V6 ?( v) l7 S) s/ Z' m/ q; h, x（1）使用寿命长。射频卡和读卡器与其它门禁方式相比大大延长了使用寿命
5 Z0 S* T0 b9 C8 d: H（2）使用方便。射频卡使用不需要调整方向和位置。在黑暗中也可以很方便的进行开
锁。
（3）安全可靠。每张卡都是唯一的不可更改的编号。卡和读卡器均不可复制，且防
7 A1 i* l0 k$ W4 \水、防磁，抗干扰。当卡片不慎丢失，只需在系统软件上删除卡片，以使得系统更加安全
可靠。
4 z7 c9 r. [2 z. K) r2 j1.1.5 门禁系统的国内外现状
门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展的,国外门禁系统的知名品牌有美国
的休斯（ HID ）、西屋(WSE) 、洛泰克（ NTK ）,以色列的DDS 英国的集宝等品牌。国内从
事门禁系统有捷顺、北京青云等公司。目前,国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应
门禁系统和生物识别门禁系统。在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。
随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟,指纹自
动识别系统的体积不断缩小,其价格也将不断降低低。
生物特征识别技术将会更加注重安全性、便携型、精确性、鲁棒性和可用性。核心算
法研究方面,在指纹识别技术研究继续深入的同时,面像、虹膜识别技术也将会加速发展,新
- Q$ O2 E# [( u/ x5 q式的识别技术,如静脉识别等,也会不断产生。
1 |* P  S2 e% g9 q$ m3 a1.2 课题背景及意义
! c% x1 C; h1 w3 D7 ?门禁系统，又称为出入口控制系统，在科学技术飞速发展的今天，已成为一套功能齐
全、现代化的的管理系统。它对出入门和通道的管理已经不是单单对门锁及钥匙的管理。
它不只是管理人员的进出，而且还有效是内部进行有序化管理。门禁系统能够时刻自动记
% f% M  U7 g* C: @& \% n录人员的出入情况，限制内部人员的出入时间，出入区域，礼貌地拒绝不速之客。同时也
+ n: P! s4 X2 v) @+ S将有效保护财产不受非法侵犯。
在注重美观的现代都市里，门禁系统提升了公司的风格和气度，给顾客建立起了信心
$ j4 r. k2 p' @7 s$ H5 f, [% |的保障。可以想象，在追求智能化办公的今天，如果能用手中的卡片轻轻一晃，大门就应
声而开，那将是一种多么美妙的感受。另外，在越来越注重商业情报和安全的现代社会，
0 v& v4 R  ?* m" Q传统的个人身份鉴别手段己不能满足现代社会经济活动和社会安全防范的需要。要消除人
为不安全因素，只有不易被他人代替、仿制、甚至本人也无法转让的身份识别凭证才更加
; k9 [2 d* `. b% k6 u. w可靠。因此，从造价性、成熟性、易用性、安全性等方面综合比较， IC 卡门禁技术正在以
惊人的速度迅猛发展。这正是我们研究IC 门禁管理系统的意义所在。
& A( v& J/ d' }+ ~* M第二章系统结构与设计原则
2.1 门禁读卡器
门禁系统的关键部件是读卡器，他是有控制单片机及外围扩展器件、读卡模块、射频
天线、电源接口、串行通信接口等几部分组成，接上+5V 电源就可以读卡，接上串行口可
! y7 S9 |- H! e. J以与PC机通信。
5 Y1 F6 [( }# w4 b读卡器在门禁系统中是主要的工作机，它是射频卡与PC机和开关门设备之间的桥梁，
其数量较多，根据需要安装在方便的地方。他可以联网工作，通过RS-232 串行口与PC机
相连。读卡器是主动操作的，只有非接触式IC 卡进入读卡器天线射频能量范围，读卡器
/ ~" @: W- W2 q& a# s# |; `) m便通过射频信号与智能卡通信，在联网的情况下，读卡器能将采集的数据直接传给PC 管
理机。这些IC 卡统一由PC机进行管理。
2.2 非接触式IC 卡
射频卡即为非接触式IC 卡，是90 年代初发展起来的新技术.射频卡由存储单元、控制
/ \9 g% I) v6 g- P; J芯片、感应天线组成，并且完全密封在一个无密封部分的标准PVC 卡片中。射频卡本身
( m: [7 W/ {1 |2 b! Q+ q, d是无源体,当读写器对射频卡进行读写操作时,读写器发出的射频信号分为两部分：一部分
是电源信号,该信号由卡接收后,与其本身的LC 产生谐振,在一瞬间产生能量来供给芯片工
& s- S- ~7 w( f% H4 N作,另一部分则通过解调控制芯片完成密码验证、数据的读取、修改、存储等，并返回给读
5 j2 m8 V) k# r, S" D- @写器。射频卡成功地将IC 卡机数和射频识别技术结合起来,解决了免接触和无源的难题。
射频卡不需要供电电源,它与读写器间无机械接触,有效的避免了接触故障；表面无裸露芯
7 E; z; W* M& T  Z% _% G. T  W) d7 s8 {片的设计,也不易弯曲损坏、产生静电击穿和防水等问题：射频卡没有正反面之分，而且射
频卡具有使用方便、可靠性高、操作速度快等特点，由射频卡所形成的读写系统,无论是软
件控制，还是硬件结构的操作过程都比接触式卡更加方便。同时借助于先进的管理软件和
$ S9 i; ?; A; I: [网络支持可在很多领域得到应用。
2.3 智能门禁系统的设计原则
" ^& q( e* Q& \/ Q8 e# Q! `" E% G智能门禁系在经发达国家以及部分发展中国家的智能大厦及银行、监狱、酒店等已经
6 `, c/ l% `- E6 R得到了广泛应用。由于该系统及时性、隐蔽性的特点,其应用领域越来越广泛。
（1）实用性智能门禁系统不能只追求于自身的超前性，也要与实际内容相符。不
) u% X( z# R% a4 }1 m" F% R然造成巨大损失，而无用武之地。因此,系统的实用性是首要原则。
* R! H! L. c+ s6 k（2）实时性智能门禁系统每个系统一定要正常工作，并且与实际内容相符。
% w( Z' q- ]  @1 r7 s（3）系统的安全性智能门禁系统中的所有设备及配件不仅性能安全可靠，而且还
应符合国际安全标准,并可在理想环境下有效工作另外,系统安全性还应不易被劫获和窃取
; V" [! _. l3 O5 m5 V" Y% ^' [等方面。
, s: M# m2 h( ~2 F& X$ i2.4 毕业设计要求
（ 1）读卡功能
& Q/ m0 A$ t( P6 `1 r; A（2）添加管理卡功能
) `9 ?1 B) e1 F$ [! ?（3）增加、删除用户卡功能
- A& d6 A$ W, P! J（4）更改管理卡
( X7 Y& |. }/ m9 u4 o（5）清除所有用户卡
4 i) s3 z0 j4 j6 X) f! l（6）键盘控制管理卡操作
* B5 \6 _6 ]$ c# V* x（7）蜂鸣器实现刷卡、按键提示
(8) 128 6×4 点阵液晶显示屏晶显示 IC 卡序列号
* O- J7 T  W1 v; \2.5 门禁系统模块
8 \7 v. \. j4 X6 u' F# {该系统是以STC89C51 单片机为基础，由电源模块、复位模块、读卡器模块、继电器
模块、和显示模块组成。
: g5 U2 u. Z9 H# E3 g0 X图2-1 系统总体框图
# Y0 ?9 j# G9 L; R+ m; d& j第三章系统硬件电路设计
3.1 各模块选用的硬件介绍
读卡器主要由读卡模块、单片机控制模块、继电器模块、报警模块组成等组成。使用
FM1702sl 读卡器进行读写非接触式射频卡，采用具有8K 可编程Flash 功能的STC89C52
% d+ i- o6 l1 a& n0 K: T" X单片机作为控制模块，并且单片机与与FM1702sl 之间使用SPI 进行通信的。
; y$ m: B/ w) v' Z/ I3.1.1 STC89C52 单片机介绍
控制的核心选用STC89C52。其主要性能如下：主要性能
: }: h. L* p' h. b% i与MCS-51单片机产品兼容
8K 字节在系统可编程Flash 存储器
, _+ O7 o) ~/ z- j" l6 F8 L; w, @100000 次擦写周期
  h' ~+ Y, B" @! d全静态操作： 0Hz～33Hz
# I2 }" T, r( l5 U7 p' ^! v三级加密程序存储器
32 个可编程IO 口线
三个16 位定时器计数器
. m/ h/ `  m& v9 [八个中断源
全双工UART串行通道
低功耗空闲和掉电模式
" ]% u: l; }( q. ?掉电后中断可唤醒
看门狗定时器
1 U. v3 j  d5 I/ a3 b& J双数据指针
掉电标识符
（1）功能特性描述
) r' \  b* P' S" M- I+ f3 r! u; ~STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器， 具有8K 在系统可编程 Flash 存
储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚
完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，
( E  c) H' J1 E6 v) g3 m拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash ，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系
" G" F( ]. ]7 a- T. K- a. ]统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节Flash ， 256
字节RAM，32 位 IO 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器计数器，一
% P& l. O1 G* s* E* j个6 向量 2 级中断结构， 全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz
静态逻辑操作，支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU停止工作，允许RAM、
定时器计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，
单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

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