基于RFID的门禁系统设计-毕业论文.docx

本科毕业设计（论文）基于RFID的门禁系统设计 燕 山 大 学2015年 6 月本科毕业设计（论文）基于RFID的门禁系统设计学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 答辩日期： 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：信息科学与工程学院 系级教学单位：电子与通信工程系 学号学生姓名专 业班 级题目题目名称基于RFID的门禁系统设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.文管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容以单片机为核心，基于RFID读写模块，设计门禁系统，该系统能够对RFID卡进行登记，识别，有效期管理，实现门禁控制。基本要求1、独立完成系统软、硬件设计，并搭电路验证。2、实现至少1000个的管理容量。参考资料MCS-51单片机应用设计 张毅刚等编 哈尔滨工业大学出版社 1992.4单片机原理及系统设计 胡汉才编著 清华大学出版社 2002周 次第14周第58周第912周第1316周第1718周应完成的内容收集资料熟悉课题内容设计思路电路设计程序设计程序设计搭电路调试改进程序设计搭电路调试改进论文撰写课题总结答辩指导教师： 职称： 系级教学单位审批： 摘要摘要智能门禁系统在自动化应用中十分普遍，它为人们日常生活提供便利和保障人们的生活安全，随着社会和经济的发展需要，智能识别技术开始运用于许多行业，特别是安全系数特别高的行业（银行、机密机构、门控制行业等），智能门禁系统的便利性和安全性让它越来越受到重视。本文分析了RFID门禁系统的国内外发展现状、未来发展趋势和目前主要存在的问题，提出了基于RFID门禁控制系统的设计方案。先阐述了RFID门禁控制系统的组成、系统的基本工作原理，分析了系统的硬件电路设计、软件设计过程，对硬件子电路的选型设计、子程序设计等作了详细介绍。门禁系统采用STC89C52RC单片机作为控制核心及FM1702SL读卡器控制单元。门禁系统能读写荷兰Philips公司的Mifare非接触式射频卡，读卡距离约10cm。当有卡进入时则读卡内数据后通过单片机处理后程序自动判断是不是合法RFID卡，并且将卡号传送到LCD1602上显示。如果是合法的RFID卡则可以使步进电机转动，达到开门效果。关键词RFID；门禁控制系统；STC89C52RC；FM1702SLI 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractThe intelligent entrance guard system is very common in applications of automation, it provides convenience and guarantee peoples life safety of peoples daily life, along with the development of society and economy, the intelligent recognition technology has been used in many industries, especially the safety coefficient of particularly high industry (bank, gated industry), convenience and security intelligent access control system to make it more it more attention.Analysis of the design of the RFID access control system at home and abroad, the future development trend and main problem, put forward a design scheme of access control system based on RFID. First elaborated the basic principle, system composition of RFID assess control system, analyzes the system hardware circuit design, software design, hardware design, selection of the sub circuit subroutine design in detail.Access control system using STC89C52RC microcontroller as control core and the FM1702SL card control module. Access control system can read and write the Philips of the company in Holland Mifare non-contact RF card, the card reader distance of about 10cm. When the card entered will read the card data after processing though the MCU program to automatically determine is not legitimate RFID card, and the card number is transmitted to the LCD 1602 display. If it is a legitimate RFID card can make stepper motor rotation, to achieve the door effect.KeywordsRFID；access control system；STC89C52RC；FM1702SLI 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景及意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义11.2 门禁系统的国内外研究状况及发展趋势21.2.1 门禁系统国外研究状况21.2.2 门禁系统国内研究状况21.2.3 门禁系统的发展趋势21.3 RFID门禁系统的优越性31.4本文主要研究内容与论文结构41.4.1 研究的主要内容41.4.2 本论文结构4第2章 RFID门禁系统理论基础52.1 射频识别技术52.2 射频识别技术原理52.3 射频识别系统的结构62.4 门禁系统设计的基本原则72.5 本论文拟解决的关键问题与解决方法82.5.1 拟解决的关键问题82.5.2 解决方法82.6 本章小结9第3章 门禁系统的硬件电路设计103.1门禁系统工作原理和电路设计主框图103.2 FM1702SL读卡器113.2.1 SPI总线协议123.3 Mifare射频卡介绍133.4 串行EEPROM存储电路143.4.1 EEPROM存储器接口163.4.2 I2C总线协议163.5 时钟芯片173.6 步进电机电路183.7 红外传感器193.8 硬件实物展示203.9 本章小结21第4章 门禁系统的软件设计224.1 门禁系统软件设计模块框图224.2 门禁系统主程序介绍234.3 读卡过程及程序设计流程图244.3.1 寻卡254.3.2 防冲突254.3.3 选择卡片254.3.4 验证254.3.5 读取卡号264.3.6 卡挂起264.4 其他程序设计流程图264.4.1 LCD1602显示程序设计264.4.2 按键控制程序设计274.4.3 定时器模块程序设计294.4.4 存储程序设计304.4.5 开门模块程序设计314.5 程序编译与调试324.5.1 建立项目工程324.5.2 程序编译调试334.6 本章小结33结论34参考文献35致谢37附录138附录244附录349附录456V第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景及意义1.1.1 课题研究的背景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、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。同时，经济水平的高速发展让人们越来越关心建筑内部的安全性。为了适应信息时代的需要，保证建筑内部的安全性，满足用户当时的各种需求，门禁系统应运而生。门禁系统集电脑技术、电子技术、机械技术、磁电技术和射频识别技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能，以智能卡来控制门锁的开启，开创了门禁管理的新概念，它不仅给管理者提供了更安全、更快捷、更自动化的管理模式，而且也给使用者带来了极大的方便。本文研究的基于射频识别技术的门禁系统就是这样的一种系统1。1.1.2 课题研究的意义当今科技飞速发展，给人们带来利益的同时，也带来了不法份子利用高科技进行盗窃、抢劫和犯罪等问题。怎样才能使人们的安全防范措施跟上科技的发展、有效的阻止这些犯罪行为呢？仅依靠普通的防盗门、门锁和监控是不够的。原始的安防措施就是把门锁上，由人巡逻保证安全，随着科技的进步，智能化的门禁系统已成为现代化管理的重要手段。智能门禁系统是智能建筑楼宇自动化系统中的安全系统，作为一种新型现代化安全管理系统，门禁系统把自动识别技术和现代安全管理措施结合起来。在社会财富不断增长的今天，建筑物内的主要管理区、出入口、贵重物品的库房、设备控制中心、电梯口等重要部门的通道口都需要加强安全防护措施，这就需要开发出与之相对应的智能门禁系统，识别出入口人员的身份，对出入口进行控制。本课题提出了基于射频识别的门禁控制系统，具体分析和研究了其中的一个重要部分“门禁控制系统”。门禁控制系统作为居民人身和财产安全的重要措施，其研究结果具有深远的现实意义2。1.2 门禁系统的国内外研究状况及发展趋势1.2.1 门禁系统国外研究状况欧美门禁系统市场开始进入成熟阶段，其产业分工明确，如美国的HID公司、Hl-dala公司、德国的Destele公司。生产控制器的公司只研究生产控制器和软件程序。由于市场的不断成熟发展，人们在感受到门禁系统带来的便利性和使用性后，可以自行购买零部件组装而成一套完整的门禁系统。从目前门禁系统的发展趋势和运用前景来看，磁卡和接触式门禁系统开始逐渐退出市场，非接触式门禁系统以它优越的性能和运用领域开始主导门禁系统市场。RFID卡在国外很早就得到重视并且开始大量的投入研究，特别是在美国和欧洲，但在近几年才开始RFID卡方面的研究使用。RFID卡、读卡器设计和生产关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲国家中，单只有美国能实现大批次的设计生产。当今世界上RFID卡主流产品是飞利浦（Philips）公司的Mifare技术，己经被制定为国际标准ISO/IEC14443 Type A标准。欧洲及其他发展中国家的一些RFID卡、读卡器制造商都以Mifare技术为标准进行设计生产3。1.2.2 门禁系统国内研究状况我国本土厂商（如爱迪尔、华本、芯微）等已经成功研发了指纹识别芯片，国内对门禁系统的研究已经从认识研究阶段发展到自主研究阶段，而在系统的结构方面，国内的门禁系统的核心就是控制器，门控器大多由国外企业开发研制，但国内大部分厂家对门禁系统的研究仍然处于仿制阶段，没有对门禁系统核心技术惊醒自主研究开发4。1.2.3 门禁系统的发展趋势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，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有特长，门禁系统的应用领域也越来越广5。1.3 RFID门禁系统的优越性(1)使用寿命长 RFID卡和读卡器无需机械接触即可工作，从而避免了因机械磨损而导致的故障，大大延长了使用寿命。(2)使用方便 RFID卡使用非常简单，不需固定方向和位置，决不会有黑暗中找不到锁孔的烦恼。(3)安全可靠 每张卡在出厂时都写有唯一的不可更改的编号，卡和读卡器均不可复制，且防水、防磁，抗干扰。当卡片不慎丢失，不需再劳神费力换锁，只需在控制器或系统软件将卡片删除便可万无一失，确保系统的安全性和可靠性。(4)一卡多用 机械锁每门至少必须配一把钥匙，而RFID卡可以一张卡开多个门，只要随身带一张卡，便可通行任意通道，再也不用带很多沉甸甸的钥匙6。1.4本文主要研究内容与论文结构1.4.1 研究的主要内容本文针对国内目前的市场需求情况，通过51单片机实现了一套基于RFID的门禁系统。论文在探讨了基于射频识别技术的门禁系统的发展现状和技术基础上，设计了门禁系统的硬件设计和软件设计，给出了以51单片机和RFID读卡器为核心的门禁系统设计方案，包括设计主程序流程图和模块子程序，并进行实际电路调试。1.4.2 本论文结构第一章：绪论。简要论述了课题的背景及意义、探讨目前国内外研究现状以及发展趋势和论文结构等。第二章：RFID门禁系统理论基础。主要概述了射频识别技术，说明了它的工作原理以及典型结构，介绍了门禁系统设计的基本原则，并且提出了论文拟解决的关键问题和解决方法。第三章：门禁系统硬件电路设计。主要讲述门禁系统基本工作原理和设计框图及外围模块电路的设计以及展示了门禁系统的硬件实物。第四章：门禁系统软件设计。主要讲述软件设计框图、主程序设计流程和各个子程序模块的设计，并且对程序的编译与调试做出了简要的说明。67 第2章 RFID门禁系统理论基础 第2章 RFID门禁系统理论基础2.1 射频识别技术射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是从八十年代逐渐走向成熟的一种自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别是无线电识别的简称，它源于无线电通信技术，综合了现代计算机智能控制、智能识别等高新技术，顺应了电子商务、交通运输、物流管理的发展需要。是当前最受人们关注的技术之一。射频识别技术具有非接触、自动完成识别过程、不易损坏、可识别高速运动物体、数据存储量大等优点，极大地加速了有关信息的收集和处理，在近年来获得了极为迅速的发展7。2.2 射频识别技术原理通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成的，如图2-1所示： 图2-1 射频识别系统原理图其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路芯片及其外接天线组成，其中RFID卡芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。RFID 应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理，所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线。一方面，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式8。2.3 射频识别系统的结构射频识别系统的典型结构如图2-2所示：主要是由两部份组成：读写器和射频卡。图2-2 RFID系统典型结构读写器同RFID卡之间通过无线方式通讯，因此它们都有无线收发模块及天线（或感应线圈）。RFID卡中有存储器，内存容量为几个比特到几十千比特。可以存储永久性数据和非永久性数据。永久性数据可以是RFID卡序列号，它是用来作为RFID卡的唯一身份标识，不能更改；非永久性数据写在EEPROM等可重写的存储器内，用以存储用户数据。RFID卡可以根据读写器发出的指令对这些数据进行相应的实时读写操作。控制模块完成接收、译码及执行读写器的命令，控制读写数据，负责数据安全等功能。RFID卡分无源卡和有源卡两种，有源卡内置天线和电池，而无源卡只有内置天线没有电池，其能量由读写器提供，由于无源卡无需电池因此其尺寸较小且使用寿命长，应用越来越广泛。读写器内的控制模块往往具有很强的处理功能，除了完成控制射频卡工作的任务，还要实现相互认证、数据加解密、数据纠错、出错报警及与计算机通信等功能。计算机的功能是向读写器发送指令，并与读写器之间进行数据交换9。2.4 门禁系统设计的基本原则 门禁系统作为一项先进的高科技技术防范手段，在经济发达国家的智能大厦及酒店、银行、医疗监护、监狱等得到了广泛应用，特别是由于系统本身具有隐蔽性、及时性等特点，其应用领域越来越广泛。门禁系统既要处于技术的尖端，具有智能性、高可靠性、实时性，又要能符合实际需要。因此，系统的设计应遵循下列原则：(1)实用性 门禁系统的内容应符合实际需要，不能华而不实。如果片面追求系统的超前性，势必造成投资过大，离实际需要偏离太远。因此，系统的实用性是首先应遵循的第一原则。(2)实时性 如果门禁系统中任何一个关键系统出现差错或停机将直接影响到整个系统的运作情况。因此，门禁系统各子系统应尽可能属于不停机系统，以保证工作正常运行。(3)完整性 一个完整的门禁系统是建筑整体形象的重要标志。功能完善，设备齐全，管理方便是设计应考虑的一个因素。(4)系统的安全性 门禁系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的安全标准，并可在非理想环境下有效工作另外，系统安全性还应体现在信息传输及使用过程中，不易被劫获和窃取等方面。(5)可扩展性 门禁系统的技术不断向前发展，用户需求也在发生变化因此门禁系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要，亦即：可灵活增减或更新各个子系统，满足不同时期的需要，保持长时间领先地位，成为智能建筑的典范。系统设计时，对需要实现的功能进行了合理配置，并且这种配置是可以改变的，设置甚至在工程完成后，这种配置的改变也是可能的和方便的。系统软件根据需求进行相应的升级和完善。(6)易维护性 门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。系统的运转真正做到开电即可工作，插上就能运行的程度。从计算机的配置到系统的配置，都充分仔细地考虑了系统可靠性"在做到系统故障率最低的同时，也要考虑到即使因为意想不到的原因而发生问题时，保证数据的方便保存和快速恢复，并且保证紧急时能迅速地打开通道。整个系统的维护是在线式的，不会因为部分设备的维护，而停止所有设备的正常运作。(7)稳定性 门禁系统和我们的生活和工作联系非常紧密，门禁系统的职能是保护人身和财产的安全，一旦系统开始工作就要求连续不间断的运行，所以稳定性对于门禁系统来说就显得非常重要10。2.5 本论文拟解决的关键问题与解决方法本文研究RFID的门禁系统设计，用51单片机实现模拟汽车进入小区刷卡开门，当RFID为合法卡时可以开门进入，否则无法进入，并且有期限管理。2.5.1 拟解决的关键问题 1)怎样刷卡，采集卡号；2)怎样判断RFID卡是否合法，能够开门；3)怎样控制卡号是否到期；4)怎样控制门的开关。2.5.2 解决方法 1)用STC89C52RC单片机控制FM1702Sl高频读卡器实现刷卡，读取卡号，卡号及看门状态会用LCD1602液晶显示屏显示；2)采用实现将RFID卡号保存到存储器EEPROM中的方法来进行注册，刷卡时查询存储器的卡号是否存在，若存在则合法开门；3)采用定时器DS1302进行时间设定，时间到期后需重新注册；4)采用单片机控制步进电机模拟开门，当卡号合法时步进电机转动开门，此外还需要红外传感器判断刷卡者是否通过，若通过则关门，步进电机反转。2.6 本章小结本章主要说明了基于RFID门禁系统设计的理论知识，首先概述了射频识别技术，说明了它的工作原理并介绍了RFID系统典型结构，此外还介绍了门禁系统设计的基本原则，包括：实用性、实时性、完整性、安全性、可扩展性、易维护性、稳定性，最后并提出了论文拟解决的关键问题且给出了解决方法。第3章 门禁系统的硬件电路设计 第3章 门禁系统的硬件电路设计3.1门禁系统工作原理和电路设计主框图51单片机刷卡模块RFID卡键盘输入电源供电晶振、复位电路步进电机红外传感器存储器LCD1602时钟芯片此次设计的门禁系统主要有读卡模块、单片机控制模块、步进电机电路、红外传感器模块、存储模块、定时器、蜂鸣器提示电路、显示电路。其中高频读卡器模块FM1702Sl能读写荷兰Philips公司的Mifare非接触式RFID卡，读卡距离约10cm。控制模块采用STC89C52RC单片机，它具有8K可编程Flash存储器。单片机与读卡器通信是采用SPI通信。其硬件主框图如图所示：图3-1 门禁系统硬件主框图3.2 FM1702SL读卡器图3-2 FM1702Sl读卡器实物图FM1702SL是复旦微电子股份有限公司设计的，基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用0.6微米CMOS EEPROM工艺，支持ISO14443 typeA协议，支持MIFARE标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持SPI接口，数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。该芯片的三路电源都可适用于低电压。可兼容Philips的RC500、RC530、RC531及RC632等读卡机芯片。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就可以工作，支持6种微处理器接口，数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。适用于各类计费系统的读卡器的应用。尤其FM17XXL系列芯片，其三路电源的最低工作电压均可达2.9V，这一特性优于其他公司的同类产品11。图3-2为FM1702SL读卡器实物图。本文中FM1702Sl读卡器主要是通过SPI总线协议，下面主要对它进行介绍。3.2.1 SPI总线协议 SPI（ Serial Peripheral Interface串行外设接口）总线系统是一个同步串行外设接口。它允许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通讯，交换信息。外围接口器件包括简单的TTL移位寄存器（用作并行输入或输出）、A/D或D/A转换器、实时时钟（RTO）、存储器以及LCD和LED显示驱动器等。SPI系统可与各个厂家生产的多种标准SPI外围器件直接接口，它使用四条线：串行时钟（SCK），主设备输入/从设备输出数据线（MISO），主设备输出/从设备输入数据线（MOSI）和低电平有效的从设备选通线。由于SPI系统总线只需34根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O器件，而并行总线扩展方法需8根数据线、816位地址线、23位控制线，因而SPI总线的使用可以简化电路设计，提高设计的可靠性12。接收寄存器A移位寄存器A发送寄存器A接收缓冲器B移位寄存器B发送缓冲器B88内部数据总线内部数据总线MISOMOSI主机从机SCK图3-3 SPI工作原理图SPI工作原理示意图见图3-3。电路包括3个主要部分：移位寄存器、发送缓冲器和接收缓冲器。其中，发送缓冲区与数据总线相连，可以由用户程序写入欲发送的数据，然后自动向移位寄存器装载数据；接收缓冲器也与数据总线相连，可以由用户程序读取接收到的数据。移位寄存器负责收发数据，他有移入和移出两个端口，分别与收和发两条通信线路连接，与通信对端单片机的移位寄存器，恰好构成一个“环形”结构。SPI接口工作可分为半双工通信和全双工通信两种操作过程。下面以全双工通讯为例说明SPI工作的操作过程。首先主机把欲发送给从机的数据写入发送缓冲器A，随即该数据被自动装入移位寄存器A；同时从机把欲发送给主机的数据写入发送缓冲器B随即该数据被自动装入移位寄存器B。然后主机启动发送过程，送出时钟脉冲信号，寄存器A中的数据经过MOSI线一位一位地移入寄存器B；同时，寄存器B中的数据经过MISO线一位一位的移入寄存器A。其次在8个时钟脉冲过后，时钟停顿，寄存器A中的8位数据全部移入寄存器B，随即又被自动装入接收缓冲器B，并且将从机接收缓冲器B满标志位置1。同理，寄存器B中的8位数据全部移入寄存器A，随即又被自动装入接收缓冲器A，并且将主机接收缓冲器A满标志位置1。最后主机CPU 检测到接收缓冲器A满标志位后，就可以读取接收缓冲器A；同样从机CPU检测到接收缓冲器B满标志位后，就可以读取接收缓冲器B。完成一个字节的互换通信过程。3.3 Mifare射频卡介绍本文中采用的RFID卡为Mifare卡，其核心是Philips公司的Mifare1IC S50系列微芯片。卡片上无源，工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线电载波信号祸合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上IC工作。工作频率13.56MHZ。Mifare的主要指标1)容量为8K位EEPROM2)分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位3)每个扇区有独立的一组密码及访问控制4)每张卡有唯一序列号，为32位5)具有防冲突机制，支持多卡操作6)无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路7)数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次8)工作频率:13.56MHZ9)通信速率:106KBPS10)读写距离:10mm以内（与读写器有关）首先卡与读写器的通讯为：(1)复位应答 Mifare卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。(2)防冲突机制 当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。(3)选择卡片 选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。(4)三次互相确认 选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）其次系统的工作方式为：STC89C52RC控制FM1702SL，驱动天线对Mifare卡进行读写操作；然后根据所得的数据对其他器件进行操作，如当刷卡成功时要把卡号存到存储器EEPROM，以便判断卡号是否合法刷卡开门。整个系统由5V电源供电。最后它的工作原理为：系统数据存储在无源Mifare中。读写器的主要任务是传输能量给Mifare卡，并建立与之的通信。单片机控制FM1702SL，读取RFID中的卡号，单片机再控制存储器EEPROM将其接收到的卡号保存，这就是注册模式。在正常情况下读卡器一只检测是否刷卡，并判断RFID卡是否合法，已注册的卡则可以开门，式步进电机转动13。3.4 串行EEPROM存储电路基于RFID的门禁系统要求实现RFID卡的登记（注册），单片机通过读卡模块FM1702Sl可以读出RFID卡中卡号，要想实现RFID卡的注册，只要把读出的卡号保存起来，下次再刷卡时则与保存起来的卡号对比，如果相同则说明是已注册过的RFID卡，即注册过的卡具有合法性可以开门。因此要把卡号存入存储器EEPROM中，实现对于RFID卡的登记。存储器有并行存储器和串行存储器之分，其中并行存储器存储容量较大，数据传送速度快、效率高，但芯片体积大、而且长时间的工作会造成大量打发热，管脚多、需要占用CPU大量的I/O口，外部扩展复杂。然而串行存储器体积小，与CPU接口简单，一般只要占用CPU的2至3个I/O端口。在由上比较，此次设计中我们选用串行存储器。在此设计中选用AT24C02，它与更高容量的存储器兼容，出现问题时易于更换。AT24C02由SCL、SDA引脚进行串行通信的读写存储器。AT24C02与单片机的接口电路如图所示：图3-4 AT24C02与单片机连接电路AT24C02与单片机连接的线是：1)SCL接单片机的P2.1，同步时钟输入。2)SDA接单片机的P2.0，串行数据输入/输出。3)WE接地，写保护脚，WE=0芯片允许读写操作。4)E0，E1，E2接地，芯片地址引脚，都要接固定电平。3.4.1 EEPROM存储器接口 存储器AT24C02为8引脚DIP封装，管脚的含义：1)E0到E2是地址输入线，为硬连线，通过这个地址单片机最多可寻址8个AT24C02，8个芯片都有固定的地址，分别对应E0，El，E2为000到111，我们用E0E1E2=000。2)SDA是双向串行数据/地址脚，用于数据的发送和接收，SDA是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（Wire-OR）。3)SCL是串行时钟输入线，用于产生串行数据发送或接收的时钟。4)WE是写保护线，接到VCC为存储器写保护，接地为允许读写操作。3.4.2 I2C总线协议 I2C（Intel-Integrated Circuit）总线是荷兰Philips公司于八十年代初推出的一种芯片间串行总线扩展技术。它用两根线（数据线SDA、时钟线SCL）可以完成总线上主机与器件的全双工同步数据传送。每一个时钟脉冲传输一位数据，在标准模式下可达100kbit/s，高速模式下可达400kbit/s。1)SDA和SCL两线都是高电平定义为总线空闲状态。2)只有在总线空闲时才允许启动数据传送。3)在数据传送过程中，SCL为高，SDA状态必须保持稳定：SCL为低才允许SDA状态变化。4)SCL为高时SDA的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号。SCL保持高电平期间，SDA出现由高到低的跳变作为I2C总线的起始信号，出现山低到高的跳变作为I2C总线的停止信号。起停信号由主器件发出。5)串行数据首先传送最高位，每传送一个字节后必须跟一个应答位。低电平为应答信号，高电平为非应答信号。6)接收器输出应答信号时，发送器必须释放数据线（SDA为高）芯片接收到停止信号后置于低功耗的备用方式（StandbyMode），起始/停止时序见图3-5所示14。图3-5 数据传输起始/停止时序3.5 时钟芯片此次门禁系统设计要求能够实现期限管理，即对于RFID卡实现期限管理，本已注册过的RFID卡在一段时间之后会无法开门，它的合法性受到时间的限制。因此要想实现此功能需加入时钟芯片达到计时效果，门禁系统开机后，时钟芯片便会计时，可以在程序中设定时间当时钟芯片到达指定时间后，便会使存储器清空，清除注册过的卡号，从而达到RFID卡的期限管理效果。图3-6 时钟芯片与单片机连接电路本次实际中所用到的时钟芯片是DS1302，DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片DS1302，它拥有31个字节的静态RAM和实时时间，通过简单的串行接口连接可以与单片机进行实时时钟通信。提供秒、分、时日、日期、月及年份信息，每月的天数和闰年的天数都会系统自动调整计算。时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式。DS1302时钟芯片与单片机之间的信息传递通过简单地同步串行的方式进行通信，仅需用到 RES 复位、 I/O 数据线、SCLK串行时钟。时钟的读/写数据以一个字节或多个个字节、最高可达到满状态的31字节的字符组方式通信。其与单片机的连接方式如图3-6所示：DS1302的引脚图及外围的电