基于單片機門禁系統(tǒng)的電路設(shè)計
文章出處：http://m.coolbang.cn 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2013年02月08日
摘要：隨著智能化、數(shù)字化信息社會的到來，卡是實現(xiàn)智能化管理和自動化管理工作的一種重要手段，而且在當今的社會它已經(jīng)成為一種不可缺少的工具，如公交卡，食堂的飯卡，小區(qū)的門禁卡，這無處不體現(xiàn)出IC 的必要性。課題主要是介紹門禁讀卡器的硬件設(shè)計的問題，通過對當今社會門禁系統(tǒng)的研究比較，本著通信可靠、實用的原則，設(shè)計了一套基于射頻卡和單片機的門禁系統(tǒng)。
IC卡門禁系統(tǒng)是一種利用計算機進行身份驗證，實現(xiàn)開/關(guān)門、登錄用戶進出門信息的自動化管理系統(tǒng)。該門禁系統(tǒng)的主要硬設(shè)備由一臺計算機作為管理計算機（又稱主控計算機）和若干臺分控計算機（又稱子控模塊）組成。子控模塊負責各受控門的讀卡、開門、關(guān)門和登錄工作。主控計算機負責各門禁子系統(tǒng)的初始化和工作方式的設(shè)定（如延遲時間等），以及重新設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)和獲取各門禁子系統(tǒng)的登錄信息等的管理工作。一個受控門和其對應(yīng)的一個讀卡器，構(gòu)成一個門禁子系統(tǒng)，用于管理一個門。每個門禁子系統(tǒng)在子控模塊的控制下獨立工作（即開門、關(guān)門、登錄信息等）。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了使整個系統(tǒng)更具有安全性和靈活性，增強系統(tǒng)的適應(yīng)性，IC卡門禁系統(tǒng)應(yīng)當設(shè)計成一個層次式的分級管理系統(tǒng)。低層管理由子控模塊完成，主要負責管理受控門和進出門的登錄工作。高層管理由主控計算機完成，主要負責整個系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)管理工作。這種分層管理模式，可以減小主控計算機的負荷，減少專用設(shè)備數(shù)量，降低系統(tǒng)制作成本，同時也提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。
2 各模塊電路設(shè)計
本系統(tǒng)主要包括讀卡電路，計時顯示電路和控制模塊等，可以根據(jù)實際需要，方便地、靈活地配置系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)框圖如圖1。下面將對系統(tǒng)圖各模塊的電路圖進行設(shè)計。
圖1 基本模塊電路
2.1 單片機介紹
在本設(shè)計系統(tǒng)中采用89C51 單片機。89C51 是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計，由Atmel 公司生產(chǎn)的八位計算機。它出廠所配晶振頻率為11.0592MHz， 每個機器周期為1.085us。89C51 是一種低功耗高性能的含有4K 字節(jié)快擦寫（Flash）可編程/擦除只讀存儲器（PEROM）的8 位CMOS 單片機，芯片上的PEROM 允許在線或采用通用的非易失存貯編程器對程序存貯器重復(fù)編程。其中央處理器由ALU、專用寄存器組、定時控制部件等組成，具有較強的調(diào)用、跳轉(zhuǎn)、判斷、豐富的數(shù)據(jù)傳輸功能，以及提供存放中間結(jié)果、常用參數(shù)寄存器等功能。同時它具有5 個中斷，包括兩個外部中斷，兩個定時器中斷，一個串行口中斷。此外由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至0。
2.2 讀卡電路
MF RC500 是一個單獨的讀卡器集成電路.它要求在沒有外部放大器的情況下工作距離達到100mm。剩下的無源RF 部分的設(shè)計很簡單明了。首先要確定哪個可行的基本概念最能符合應(yīng)用的要求。
1) 直接匹配的天線；用讀卡器和天線的最小距離可以建立一個小型的完整終端?？尚械膽?yīng)用是一個小型建筑物的訪問控制讀卡器或者是手持的讀卡器。
2) 500 匹配的天線：可以作為讀卡器和天線之間用長距離同軸電纜連接的應(yīng)用的一個簡單的解決方案。連接讀卡器匹配電路和天線的同軸電纜最長距離可達10m。
如圖2 所示是根據(jù)MF RC500 提供的資料所設(shè)計的完整的電路。
圖2 讀卡電路圖
2.3 時鐘電路
在以單片機為核心構(gòu)成的裝置中，經(jīng)常需要一個實時的時鐘和日歷，以便對一些實時發(fā)生事件記錄時給予時標，實時時鐘芯片便可起到這一作用。過去多用并行接口的時鐘芯片，近年來串行接口的各種芯片在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用愈來愈多，串行接口的實時時鐘芯片也出現(xiàn)了不少，DS1302 是一個綜合性能較好且價格便宜的串行接口實時時鐘芯片。如圖3 所示。
圖3 時鐘電路圖
DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三條口線：RST ，I/ O 數(shù)據(jù)線和SCLK 串行時鐘。
2.4 顯示電路
MAX7219 是微處理器和共陰極七段———八位LED 顯示、圖條/柱圖顯示或64 點陣顯示接口的小型串行輸入/輸出芯片。片內(nèi)包括BCD 譯碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動器和8×8 靜態(tài)RAM。外部只需要一個電阻設(shè)置所有LED 顯示器字段電流。MAX7219 和微處理器只需三根導(dǎo)線連接， 每位顯示數(shù)字有一個地址由微處理器寫入。如圖4 所示。
圖4 顯示電路圖
2.5 通訊電路
RS-485 采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信： 發(fā)送端將串行口的TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A,B 兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL 電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，RS-485 最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S 的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離。
圖5 通訊電路
3 總結(jié)
此處只是簡單門禁系統(tǒng)的整體的介紹，伴隨著科技的發(fā)展進步，門禁卡系統(tǒng)將向著高智能，高集成的方向發(fā)展，我們需要對系統(tǒng)進一步的完善，降低成本，融合多種技術(shù)，如生物特征識別技術(shù)、加密技術(shù)、多功能模塊等，達到多標準并存，高速讀寫和低能耗的綠色環(huán)保要求?！峨娔X知識與技術(shù)》
作者簡介：夏月平（1978－），女，江蘇人，南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士
參考文獻：
[1] 陸永寧.IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2000.
[2] 李朝青.PC 機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.
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