小区智能门禁系统设计方案毕业论文.pdf
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1、摘要在当今社 会,随 着 科 学技术的 不断进 步和革 新,特 别是物 联 网 技术、自 动控制技术、单片 机技术的 不断发展,我们的 生 活中越 来越 多地应用 了这 些技术。在以前,我们生 活小区主要 依靠 人力进 行 开门 和关门 的 操作,进 门 核对身 份,出门 核对身 份,非 常浪费 人力物 力财 力,并且非 常不方便,很多时候因为人的 误 认 产生 误 会。后来,我们 出现 了 IC卡、ID卡,但是很多门 禁 系 统 的 设 计 都 是针 对IC卡、ID 卡的 不同编 号进 行 识 别,但是往往是采 用 模拟电 路 和数字电 路 的 方式 去实现,整个系 统 的 体积 非 常大,
2、使用 起 来也很不方便。对此,我利用 现 代的 单片 机技术设 计 了一种 基于CC2530单片 机的 RFID门 禁 系 统,这 样的 门 禁 系 统 能 够很好地识 别IC卡、ID卡,并且 能 够设 置 每张卡的 权限、有效时间 等 很多的 内置 信息。CC2530是一 种 新型的32位单片 机,运 算 速 度快、功耗 低,非 常适 合应用 在这 一 类 门 禁 系 统 中。关键 词:RFID,门 禁 系 统,CC2530,嵌入式This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more informat
3、ion目录摘要.1第 一章 绪 论.11.1设 计 背 景.11.2 设 计 研 究.11.3 设 计 目 标.2第 二章 系 统 整体方案及器件选 型.32.1系 统 控制核心芯 片 选 型.32.2 RFID模块选 型.42.3 LCD显示 模块的 选 型.5第 三章 系 统 硬 件的 设 计.63.1系 统 电 路 的 设 计.63.2 串口电 路 设 计.73.3 MFRC522电 路 图的 设 计.9第 四章 软 件程 序的 设 计.104.1编 译 环 境的 介绍.104.2 主程 序流程 设 计.164.3 MFRC522子程 序的 设 计.174.4上位机的 通 信.21第 五
4、章 系 统 综 合调 试.315.1硬 件电 路 调 试.315.2软 件电 路 调 试.311This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information总结.32致 谢.33参考 文献.34This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information第一章绪论1.1设计背景设计背景门 禁 系 统 是一种 现 代化楼宇、小区自 动化安防 系 统,一种 新型的 高 科 技的 现 代
5、化安防 系 统,这 种 门 禁 系 统 需 要 单片 机技术、电 力电 子 技术、计 算 机技术的 融 合,还 需 要 显示 屏技术、远 程 通 信技术等。在当代,自 动化、智能 化的 技术不断发展,门 禁(自 动门 控)系 统 的 开发飞 速 发展,现 在已经 进 入了非 常成熟 的 的 阶 段,现 在很多智 能 化的 门 禁 系 统 都 集 成了卡号识 别技术和空 白 卡设 置,现 在市场上的 智能 门 禁 系 统 主要 有三类:刷卡门 禁 系 统、密码 式门 禁 系 统、生 物(人 脸、瞳 孔)识 别。随 着 单片 机技术和计 算 机技术的 迅 速 发展,目 前的 门 禁 系 统 设 计
6、 也越 来越 合理,越 来越 可靠,非 常适 合应用 在安防 系 统 中。在各个子门 禁 和总机的 通 信中,以前往往都 采 用 了 RS485的 方式 去进 行 通 信,但是现 在无线 通 信,网 络 通 信更加方便、更加稳 定,因 此我的 通 信方式就更多地采 用2.4G、Wifi信号去进 行 通 信,这 样技 术虽 然高,但是可以很好地提高 稳 定性,而 且可以减少布线,提高 安 全性。1.2设计研究设计研究当今科 技飞 速 发展,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。门 禁 系 统 是智能 建筑 楼宇自 动化系 统 中的 安 全
7、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This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information 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、等 重 要 部 门 的 通 道 口都 需 要 加强安全防 护措施,这 就需 要 开发出与之对应 的 智能 门 禁 系 统,识 别出入口人员的 身 份,进 行 记 录。本设 计 提出了 基于射频
8、 识 别的 门 禁 控制系 统,具体分析和研 究 其中的 一个重 要 部 分。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。对于硬 件,我首 先通 过 查阅 资 料、书籍、相 关的 性能 参数表 选 取 了需 要 的 器件和模块,如:RFID模块、单片 机、显示 屏模块、无线 通 信模块等;利用Altium Designer进 行 电 路 原理 图的 设 计;在各个子模 块设 计 好以后,将各个子模块进 行 连 接;最后使用Altium Designer 中的 编 译 功能 检查原理 图中的 设 计 是否出现 错 误,如果出现 错
9、误,则 对相 应的 部 分进 行 改正。1.3设计目标设计目标本设 计 的RFID系 统 主要 用 于小区、楼宇系 统 等,主要 可以实现 如下功能:1.CC2530单片 机能 够准确 地读 取IC卡的 序列号,并显示 在LCD 显木屏上;2.CC2530单片 机能 够往空 白IC卡上进 行 写操作;3.CC2530单片 机可以对IC卡设 置:有效时间、权限 等 信息;4.能 够识 别不同IC卡并且执行 对应的 操作。This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information第二章系统
10、整体方案及器件选型2.1系统控制核心芯片选型系统控制核心芯片选型CC2530是一个真 正的 片 上系 统,支持专有的802.15.4市场以及 ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准。它能 够以非 常低的 总材 料成本建立 强大的 网 络 节 点。CC2530结 合了领 先的RF收发器的 优 良 性能,系 统 内可编 程 闪 存。CC2530提供了一个两线 的 调 试 接口,允许 对片 上闪 存进 行 编 程,还 提供了访 问 存储器和寄存器内容的 功能,以及调 试 功能。正适 用 于远 程 控制、小区门 禁,楼宇自 动化;本设 计 采 用 德州仪器公司生 产的 以8051
11、为核心的CC2530作为整个控制系 统 的 核心。CC2530具有42个引脚,还 有3组IO 口,每组8个引脚,共24个空 闲 引脚,具有多种 外设 总线UC、CAN、SPI等,每一种 都 是工业现 场控制中重 要 而 且常用 的 总线。它是一款16位单片 机,并 且具有32MHz的 运 行 主频,换句话 说,就是相 当于旧式单片 机运 算 速 度的16到20倍。This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information 图2.1 CC2530F103VET6模块实物 图2.2 RFI
12、D模块选型模块选型RFID射频 识 别是一种 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。RFID技 术可识 别高 速 运 动物 体并可同时识 别多个标签,操作快捷方便。其技 术优点在于快速 扫描、体积 小型化、可重 复使用、穿 透 性和无屏障 阅 读、数据的 记 忆容量 大、安全性等。模块采 用 的 是恩智浦公司生 产的 MFRC522芯 片 针 对“三表”应用 推出的 一款低电 压、低功耗、低成本、体积 小的 非 接触 式读 写芯 片 进 行RFID模块的 设 计,MFRC522支持 USART、SPK II
13、C总线 进 行 和单片 机进 行 通 信,这 有着 非 常广泛的 应用 价值,因为这 样这 样的RFID模块能 和不同的 单片 机总线 进 行 通 信。MFRC522模块支持3.3V进 行 工作,这 样可以很好地和CC2530 进 行 电 压匹配。This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information图2.2 MFRC522模块实物 图2.3 LCD显示模块的选型显示模块的选型显示 部 分采 用2.4寸TFT液晶显示 屏ILI9320进 行 数据的 显示。这 种 显示 方式是非 常
14、经 济而 且方便的,ILI9320显示 屏可以显示 的 数 据量 非 常多,而 且它可以显示 英 文、数字、中文甚 至 图案,非 常贴 近 本设 计。而 且ILI9320功耗 非 常低,待机的 情况下基本不会消耗 系 统 的 电 能。其主芯 片 采 用ILI9320其中优点在于320X240的 分辨 率、16位 色(6万5千色)显示 支持、自 带触 摸屏、可以用 来作为控制输 入、通 用 的 接口和相 对的 稳 定性。综 合成本、性能、稳 定性等 条件,进 行 卡号、权限、居民信息等 的 显示。This document is produced by trial version of Prin
15、t2Flash.Visit for more information第三章系统硬件的设计3.1系统电路的设计系统电路的设计每一款单片 机都 需 要 有一定的 外围电 路 才能 正常地工作、下载 程 序、进 行 控制子模块,因此,设 计 出一个稳 定的、简 约 的 单片 机核心 电 路 非 常重 要。它们都 基本包括:电 源供电、晶振电 路、复位电 路。CC2530的 时钟 电 路 比较 于其他单片 机更为复杂,因为CC2530 内部 需 要 两种 时钟 信号,一种 是系 统 主时钟,另一种 是CC2530系 统 中的RTC计 时时钟。图3.1 CC2530外部 晶振电 路 图6This doc
16、ument is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information图3.2 CC2530外部RTC晶振电 路 图对于CC2530的 主时钟,需 要 外接32MHz的 晶振,然后CC2530内部 的PLL倍频 锁 相 环 会将频 率 稳 定到8MHz供其他外设 使用;对于RTC时钟 的 外部 信号则采 用32.768KHZ的 晶振。具体电 路 图如图3.1所示。图3.1 CC2530复位电 路 图对于复位电 路,则和其他单片 机的 复位电 路 的 设 计 类 似。3.2串口电路设计串口电路设计本设 计 需 要
17、实时地将整个系 统 信息传送 到电 脑 端 上,但是单片 机是的RS232信号,必须 通 过 芯 片MAX232才能 将信号转 换为能 识 别的TTL信号。参考 的 是芯 片MAX232的 官方电 路 图,如图3.2所示。7This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more informationcUT-5V INPUT Q3土 16剧HMWVOLTAGE DOUBLED+HWT0-10VD2-VOL 1 AGE INVERTEF11UCM0SIFPU1S1110TTUCMQSOUTPUTS图3.2
18、MAX官方推荐 典型应用 电 路 图根据实际 应用 的 的 场合,将CC2530的P0.3引脚 与MAX232的第10引脚 连 接,将CC2530的P0.2引脚 与MAX232的 第9引脚 连 接。在我的 设 计 中,实际 的 电 路 图如图3.3所示。图3.3 MAX232与CC2530连 接电 路 图Z-KXD3TXD5-GXD8This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information3.3 MFRC522电路图的设计电路图的设计根据我搜索 的 资 料射频 器件MFRC522设
19、计 的 电 路 原理 图,能 够 更好地和单片 机进 行 连 接和程 序的 编 写。图3.4则是MFRC522的 电 路 原理 图。图3.4 MFRC522模块电 路 图在我的 设 计 中,我采 用 单电 源对MFRC522进 行 供电,并且 CC2530作为主机,MFRC522作为从机,MFRC522外围参考 电 路 图 如图3.4所示。在参考 电 路 中可以看 出,主要 的 设 计 在于IIC通 信总 线 的 设 计,由 于属于低速 率nc通 信所以我给IIC CLK和IIC DATA 两根通 信线 进 行 上拉,具体做法是接10K电 阻 与电 源线 相 连。9This document
20、is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information第四章软件程序的设计4.1编译环境的介绍编译环境的介绍在单片 机电 子设 计 的 过 程 中,除 了硬 件设 计 完整、可靠 以外,同 样需 要 软 件逻 辑 清晰、结 构易懂的 设 计。我编 写的C语 言 程 序是不 能 够被 单片 机直 接读 懂的,因此我需 要 进 行 编 译 成机器码 让 单片 机读 懂,则是通 过 计 算 机进 行 机器编 译。随 着 计 算 机技术的 迅 速 发展,所 谓 的 机器编 译 就是通 过 编 译 工具将用 户写的C程
21、 序翻 译 成机器语 言。其中,IAR软 件就是目 前单片 机开发最流行 的 编 译 开发环 境,通过 一个集 成度非 常高 的 软 件将这 些部 件集 合在一起 使用。图4.1 IAR编 译 软 件图对CC2530进 行 延时设 置,调 节 硬 件带宽和选 择信道 对射频 初始化,同时对CC2530的 振荡 器进 行 设 置,使模块接收读 写数据;#include ioCC2530.h10This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information#deflne LED1 PIO#de
22、fine LED2 Pl 1#deflne LED3 Pl_4#deflne LED4 PO_1static unsigned char buf128;static unsigned char len=0;unsigned char i;*延时函数*void Delay(int n)inti,j=O;fbr(i=1;i=1000;i+)for(j=l;j=n;j+)asm(NOP);asm(NOP);asm(NOP);*射频 初始化程 序*11This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more inf
23、ormationvoid rf_init()FRMCTRLO|=(0 x20|0 x40);硬 件 CRC 以及 AUTO ACK 使能TXFILTCFG=0 x09;获 得合适 的 带宽AGCCTRL1=0 x15;调 整 AGC 目 标值FSCAL1=0 x00;获 得最佳的 EVMRFIRQMO|=(16);/RXPKTDONE 中断位使能IEN2|=(10);/RF 中断使能EA=;开中断FREQCTRL=0 x0b;信道 选 择,选 择11信道SHORTADDR0=0 x05;目 标地址过 滤期间 使用 的 短 地址SHORT ADDR1=0 x00;PAN IDO=0 x22;/目
24、 标地址过 滤期间 使用 的PANIDPAN ID1=0 x00;RFST=Oxed;清除RXFIFO缓 冲区并复位解 调 器RFST=0 xe3;FRMFILT0&=(10);/禁 止帧过 滤*函*void main(void)P1SEL&=(10);/Pl 为普通 I/O 口This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more informationP1DIR|=0 xl3;/P1.0 Pl.l 设 置 为输 出PODIR|=0 x02;LED1=O;LED2=0;LED3=0;LED4=0;EA=
25、0;关闭 总中断SLEEPCMD&=0 x04;/设 置 时钟 频 率 为32Mwhile(!(SLEEPSTA&0 x40);等 待时钟 稳 定CLKCONCMD&=-0 x47;SLEEPCMD|=0 x04;rfjnit();初始化 RFEA=1;中断使能while(l);/发送 或等 待接收中断*接收中 断处理*#pragma vector=RF VECTOR_interrupt void rjisr(void)IEN2&=0X01;关中断if(RFIRQF0&(16)接收帧结 束13This document is produced by trial version of Print
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