基于射频识别技术的小区智能门禁控制系统本科论文

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1、 陕西理工学院毕业设计题 目 基于射频识别技术的小区智能门禁控制系统 学生姓名 学号 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子1205 指导教师 _ _ _完成地 物理与电信工程学院实验室 _ 2016 年 6 月 12 日毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 电子1205 学生姓名 一、毕业论文设计题目 基于射频识别技术的小区智能门禁控制系统的设计 二、毕业论文设计工作自 2016 年 1 月 10 日 起至 2016 年 6 月 15 日止三、毕业论文设计进行地点: 陕西理工学院 四、毕业论文设计的内容要求：射频识别技术（Radio Frequency Identi

2、fication：RFID）是一种非接触式的自动识别技术，它通过无线射频识别IC卡内的信息，整个过程无需人工操作和监管。采用 单片机作为控制核心，设计一个基于RFID的小区智能门禁控制系统。由键盘输入模拟读卡器数据，通过输入密码与设定密码对比，可实现对通道进出权限的控制（密码输入进门的控制）；在异常情况下（非法侵入、门超时未关）可实现自动/手动报警。（应包括方案设计、比较与论证、分析与仿真验证、相关设计文件以及心得体会等）。 五、毕业论文设计应收集资料及参考文献： 收集门禁控制系统、单片机编程等方面的专业资料，阅读和学习下列参考文献： 1陈国栋基于射频识别技术的门禁系统研究与设计D.长沙：中南

3、大学.2005.01. 2黄菊生基于智能IC卡的网络门禁系统设计与开发D.长沙：湖南大学.2003.10. 3沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京：北京航空航天大学出版社.2003 4王恒奎等.非接触式智能卡系统及若干关键技术J.电子技术应用.1999.12.36 5黄智伟，陈和采用射频识别技术的门禁系统设计J.电子工程师.2001,21(1).134-136. 6沈树群，沈宁超.射频识别技术及其应用J.国际自动识别技术研讨会论文集.1997.42-52 7李朝清.PC机及单片机数据通信技术M.北京:北京航空航天大学出版社，2000. 六、毕业论文设计的进度安排： 1月10日3月20日

4、：查阅资料，完成外文翻译原文和开题报告。 3月21日4月20日：完成模块设计及仿真并提交中期检查报告。 4月21日5月20日：完成整体设计仿真并联调，准备毕业设计验收。 5月21日6月15日：撰写、修改毕业设计论文，准备并完成答辩。 指导教师签名 系(教研室)主任签名 专业负责人签名 批准日期 基于射频识别技术的小区智能门禁控制系统（陕西理工物理与电信工程学院电子信息工程专业1205班，陕西 汉中 723000）指导教师：【摘要】本文设计了一种采用RFID技术的高安全性的智能门禁系统，是通过RFID认证快速确认人员的真实身份的智能门禁系统。当IC卡进入门禁系统的检测范围时，系统会自动获取身份信

5、息确定该使用者是不是合法用户，并且记录进出人员的信息，对非法闯入者发出报警信号。门禁系统从智能建筑的应用出发，首先介绍了射频识别技术的概念、分类及工作原理，然后介绍了本次使用的射频芯片MFRC522。硬件部分以MFRC522射频识别模块为核心，结合主控模块STC89C52设计系统的外围硬件电路，实现对射频卡的控制与MCU之间的通信。软件部分采用C语言进行系统程序的开发，完成与IC卡之间的通信，实现数据交换功能。【关键词】射频识别 门禁系统 MFRC522 STC89C52District intelligent entrance guard control system based on rf

6、id technology Li Yang(Grade 12,Class 1,Major electronics and information engineering College of physics and Telecommunication Engineering,Shannxi University of Technology,Hanzhong 723003,shannxi)Tutor:Wang TingAbstract:The article designed a use of RFID technology in high-security smart access contr

7、ol system, is the RFID certification quickly confirm that the staff of the true identify of intelligent access control system. When IC card enter the access control system for the detection range, the system will automatically obtain identity information to identify the person using them is not a le

8、gitimate users, and record entry of information, on the illegal intruder alarm signal. On the basis of the development of Entrance Guard System, at first, generally introduces the RFID technology, including its concepts,categories and works. Then it introduces the RF chip MFRC522 used in this system

9、. The hardware part based on the RFID module MFRC522, combined with main control module STC89C52 to design the peripheral hardware circuits,make the communication between the central control machine come true. The software part uses C programming language to design system programming and completed a

10、 read/IC card issuing device and the communication between the data exchange capabilities.Keywords:RFID AccessControlSystem MFRC522 STC89C52目 录1 绪论1 1.1 课题研究的背景及意义1 1.2 门禁系统国内外研究现状1 1.3 射频识别技术简介22 门禁系统总体设计42.1 系统需求分析42.2 系统总体方案设计53 门禁系统的硬件设计73.1 微控制器STC89C52电路73.2 射频读写芯片MFRC522103.3 LCD 12864液晶屏113.

11、4 蜂鸣器电路与LED灯电路144 门禁系统的软件设计154.1 软件设计方法与设计语言选择154.2 Keil C51开发系统154.3 系统软件模块化设计16总结21致谢22参考文献23附录 A 外文翻译24附录 B 硬件电路图31附录 C 源程序32附录 D 硬件实物图611 绪论1.1 课题研究的背景及意义1.1.1 课题研究的背景 当今社会经济与科技飞速发展，信息化、网络化已成为当今时代的突出特征，人们不仅享受着高科技带给他们的极大便利，同时，对于也对科技水平的要求也越来越高。这几年我国经济水平飞速提高，社会财富不断聚集，因此对于建筑的安全防护系统要求也越来越高。传统的门锁系统远不能

12、满足现代社会的需求，智能门禁系统因此也应运而生，它能有效地提高楼宇的安全性，打破了传统的由人来看门的工作方式，它为用户提供了便捷、高效的管理，极大地便利了人们的工作和生活。传统的钥匙容易丢失，而且很容易被复制，一旦钥匙被复制，那么整个门禁系统将完全失去作用。智能门禁系统将射频卡与锁相结合，用智能卡替代传统的钥匙，解决了传统门锁的一些不足之处。门禁系统又称为门禁出入保安自动化管理系统，它以计算机为桥梁，结合小区、宾馆、公司等部门的管理特点，将智能建筑大门以及一些比较重要的房间选择性安装智能门禁系统，能够对出入口进出人员以及他们的进出时间等进行实时控制，继而能实现对出入口的智能化控制。这个平台通过

13、增设其它的部件可以衍生出车辆进出控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制等系统，从而发挥一卡多用的功能，极大简化了管理手段。现阶段，智能门禁系统已经越来越融入到人们的生活中，它在便利性、易于管理性、安全性等方面都有着出色的表现。门禁系统已经不仅仅是传统的门以及钥匙的代替品，而是为了方便人们管理和生活形成的越来越趋于完善的智能系统，它现在而且在将来必定会在人事考勤系统、工作安全性等管理领域中扮演着重要角色。1.1.2 课题研究的意义随着科技的飞速发展，人们获得利益的同时也带来了一些不法分子利用高科技产品实施盗窃犯罪的问题。所以，仅仅依靠传统的门锁、防盗门已经阻止不了罪犯的入侵。于是，门禁系

14、统的研究具有就有了用武之地，它可以有效地成为现代化管理的重要手段。非接触式IC卡作为21世纪具有发展潜力的十大高科技技术之一，为安防领域带来了极大的市场机遇，它将在智能楼宇、身份识别、公共交通等诸多领域发挥重要的作用。此外，根据美国当局的调查结果显示：美国门禁系统设备销售额占到整个公共安全行业市场销售额的57.8%，而其它报警设备销售总额之和却仅仅占39.2%1 王爱英. 智能卡技术-IC卡M. 北京：清华大学出版社, 2000:1-15.。由此可见，研究和开发智能门禁系统的意义非比寻常。1.2 门禁系统国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国外对IC卡的研究和应用较早，并且安全性较高。特别是

15、欧美国家，其门禁系统市场正逐渐进入成熟阶段，涌现了许多知名品牌，例如美国的MOTOROLA和HID、英国的CHUBB、以色列的SERVANT、韩国的SUPERLOCK等。他们的产品技术高、系统稳定、安全性高，占据市场较大份额。而且，国外门禁企业有充足的研发经费支持，产品换代比较快。通常，欧美等国的门禁产品已经经过多次改进，功能强大而且性能好，但是开发成本较高。非接触式IC卡和读卡器的关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲国家中，但真正形成大批量生产的厂家只有美国；德国、英国次之；日本、台湾、新加坡处于同一档次。如今在世界上，非接触式IC卡生产产品的主流是Philips公司的Mifare技术，已经被制

16、定为国际ISO/IEC14443 Type A标准。欧洲一些IC卡及读卡器制造商大都以Mifare技术为标准发展自己的IC卡事业2 Charly Jason MF RC500 Highly Integrated ISO14443A Reader IC Design DataSheetJ. Philips Semiconductor, 2002.。1.2.2 国内研究现状国内从事门禁系统研究和生产的主要有华润达实、门吉利等公司。但是，门禁系统不论在技术上，还是在市场等各个方面都远远落后于国外。大部分厂家对于门禁系统的设计和制造往往都是在国外已有的系统基础上进行改造。门禁系统在中国的发展已有十几年

17、了，随着国内科技的进步，以及对国外门禁系统的研究，国内的各个门禁品牌也都相对成熟起来。但是，怎样提高门禁系统的稳定性与安全性，怎样将监控、报警系统与门禁系统完美结合，这逐渐成为人们关注的又一问题。目前门禁系统产品的优势体现在：（1） 成本低国内门禁产品的价格比国外门禁产品低很多。国内产品大都是模仿国外设计而生产的，所以设计费用投入相对较少，而且国内产品大多采用低端元器件和低端生产工艺，投入研发资金少，软件甚至不用专门研发。还有国内员工工资比国外低，国内售后的维修迅速且成本低。（2） 本土优势本地企业对本地用户的实际使用需求了解，对本国的市场发展和动向掌握更明确，对售后服务的需求更加了解。（3）

18、 产品服务完善本地企业可以根据客户实际情况随时和客户协商产品要求，比如，可以按照客户的临时要求迅速改变策略以满足用户的需求，现实中很多企业将消费等很多应用迅速集成到一张门禁卡上，一般成为“一卡通”，很多企业都实现了按需求定制功能3 朱晓林. 基于射频识别的嵌入式门禁系统设计D. 河北：河北工业大学硕士论文，2012.12.。1.3 射频识别技术简介1.3.1 射频识别技术射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术作为快速、准确的采集信息和处理信息的技术，被世界列为21世纪十大重要的科技之一，在生产和物流等领域有着广阔的应用前景。它逐渐成为企业提高电子

19、商务和物流的管理水平、实现管理信息化和提高企业竞争力的不可或缺的工具和手段。它是利用电磁感应或者微波进行非接触双向通信，通过电磁场实现非接触信息的传递，根据传递的信息，达到交换数据和识别目的的技术4 陈锦. 基于射频识别技术的门禁系统研究D. 武汉：武汉理工大学，2010.4。1.3.2 射频识别技术的原理射频识别技术的基本工作原理是：IC卡进入到读写器的磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借得到的感应电流所获得的能量而发送出存储在芯片中的信息，应答器读取信息并解码后，送至CPU进行有关数据处理。 图 1.1 射频识别系统原理图完整的射频识别系统是由读写器、应答器及应用软件系统三个部份所组成，

20、其工作原理是读写器发射特定频率的无线电波能量，利用驱动电路将内部的数据传送出去，此时读写器便能接收解读数据，然后送给应用程序做相应的处理。从阅读器和应答器的通讯以及能量感应方式来看大致上可以分为：感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的射频识别大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。1.3.3 射频识别技术的分类 射频识别系统的分类主要有以下几种：（1） 根据射频卡的有无电池，可以分为有源系统和无源系统。有源系统中的IC卡内装有电池，具有较远的读写距离，电池的容量决定使用的寿命。而无源系统中的IC卡内没有电池，一般识别距离比较短，但是相对有源系统寿命较长，对工作环境要求也不高。（2） 按工

21、作方式的不同可以分为主动式和被动式。主动式系统主要应用于有障碍物的应用中，距离很远；被动式系统主要应用于门禁或交通应用中。（3）根据系统采用的频率不同可以分成高频系统和低频系统。高频系统的工作频率一般大于400Mhz，典型的工作频段有：915Mhz、5800Mhz等。高频系统的基本特点是读写器及电子标签的成本较高、感应距离较远、标签内保存的数据量较大、外形一般为卡片状。低频系统的工作频率一般小于30Mhz，典型的工作频率有：125Khz、13.56Mhz等。低频系统的基本特点是成本较低、感应范围较小、电子标签内存储的数据量较少，尤其无源情况，与读卡器距离约为10cm时才可感应。电子标签外形多样

22、：卡状、环状、笔状，不适合高速运动的物体5 王栋. 基于RFID技术的邮政速递业自动识别信息系统研究与实现D.山东：中国海洋大学，2007.。 （4）按射频卡读写方式的不同可以分成可读写卡、一次写入多次读出卡和只读卡。读写卡和只读卡相比，写入数据所花费的时间远大于读取数据所花费的时间，而且成本较高。只读卡存有一个唯一的号码，只可读取，不能修改。尽管安全性较高，但是用途十分有限。2 门禁系统总体方案设计2.1 系统需求分析 在选择硬件方面，主要由非接触式IC卡、读卡模块、控制模块组成。在软件方面主要实现三者间的通信以及读卡器和计算机之间的通信功能，并将RSA算法应用于读卡器读写卡片，通过RSA数

23、字签名技术实现数据传输的安全性。2.1.1 非接触式IC卡的选择 1、非接触式IC的简介非接触式IC卡又称射频卡，由感应天线和IC芯片组成，并将它们封装在一个标准的卡片内。射频卡是最近几年发展起来世界上的一项新技术，它成功的将IC卡技术和射频识别技术结合起来，克服了不接触和无源这一难题，是电子器件领域的一个重大的突破。IC卡片在一定的距离范围内接近读写器的表面，通过读写器发出的无线电波的碰撞与反碰撞来完成数据的读写操作。2、 非接触式IC卡的分类及选择非接触式IC卡又可分为：（1）射频加密卡（RF ID）又称为ID卡，通过无线电波可以完成射频卡的信息存取。主机和射频之间没有机械接触点，比如HI

24、D，INDARA，TI，EM等。大多数学校使用的饭卡（厚度比较大的），门禁卡，属于ID卡。（2）射频储存卡（RF IC）又称为非接触IC卡，也是通过无线电来存取信息。射频储存卡利用的存储卡的特点，并在存储卡基础上增加了射频收发电路，例如MIFARE ONE。城市早期使用的公交卡，学校使用的饭卡、热水卡，属于射频存储卡。（3）射频CPU卡（RF CPU）又称为有源卡，它是利用了CPU卡的特性，增加了射频收发电路。射频CPU卡的所采用的集成电路中有微处理器（CPU）、存储单元（ROM、RAM、FLASH、EEPROM）以及自己的操作系统。金融IC卡，大城市公交卡，以及极少数学校用的饭卡，属于射频C

25、PU卡。在门禁系统的设计基础上，本文将RSA算法应用于门禁系统用户的加密。智能IC卡需要将用户信息通过RSA算法进行加密，这就要求IC卡有实时动态随机生成大素数以及随时改变加密密钥的功能，所以必须选择使用射频CPU卡。2.1.2 射频读写芯片的选择射频模块极其重要，是读写器系统不可或缺的模块之一。在门禁系统中，射频模块和智能IC卡进行信息交互时，根据射频卡的不同类型射频读写模块采用的芯片也不同。由于Philips公司在智能卡行业的主导地位，射频读卡模块也采用Philips公司生产频率为13.56Mhz的射频处理基站芯片开发。表 2.1 非接触式IC读写芯片的选型型号最大工作距离（mm）主机接口

26、ISO14443 AISO14443 BISO15693Mifare协议市场平均价格（元）MFRC5001008位并行YY15MFRC5301008位并行SPIYY30MFRC5311008位并行SPIYYY30CLRC6321008位并行SPIYYYY40MFRC52280SPI、I2C、RS232YY10MFRC52380SPI、I2C、RS232YYY22SLRC4001008位并行Y23 根据表2.1所示，射频读卡芯片符合性能要求且价格适中的就是MFRC522射频读卡芯片，因此本文选择使用MFRC522射频读卡芯片。2.1.3 控制器的选择控制器的选择从无操作系统角度主要分为单片机和A

27、RM两种类型。可以搭载操作系统的ARM处理器在功能上毋庸置疑比较强大，但由于ARM处理器开发板比较昂贵，而单片机的调试仿真工具非常便宜且普遍，从成本方面考虑，本文选择采用单片机作为控制器。STC89C52作为学生比较熟悉的芯片，该单片机的内部ROM为8KB，相比STC89C51多了4KB。又因为它的内部RAM（256B）也比STC89C51单片机（128B）多了128B，这样就尽可能不会引起存储空间不足，不必进行存储器的扩展，大大简化了设计工作，而且也减少了因扩展内存的成本价格；另一方面，STC89C52单片机拥有8个中断源，3个定时/计数器，满足使用需求，因此我选择较为熟悉且简单的STC89

28、C52芯片。2.2 系统总体方案设计2.2.1 方案选择方案选择主要有联网型和不联网型。 联网型：结构图如图所示刷卡机N刷卡机刷卡机管理机计算机 图 2.1 联网型结构图 联网型门禁系统的优点： （1）实时联网 （2）刷卡成功后立即把卡信息传输到电脑上； （3）便于查询并能生成报表。 联网型门禁系统的缺点： （1）计算机要求24小时开机； （2）计算机或管理机万一有故障系统瘫痪； （3）有问题影响面大。不联网型门禁系统的优点：独立的刷卡机就能自己工作，不需要很多布线，操作方便。不联网型门禁系统的缺点：不便于查询。根据以上分析的结果，由于不联网型设计简单，制作实物方便，易操作，本文选择了不联网型

29、。2.2.2 总体方案设计基于射频识别的智能门禁系统具有高安全性和高智能性。它不需要他人的干涉就可以自动、快速的执行CPU对用户身份的识别，并执行相应的开门、报警操作。本设计采用STC89C52作为主控芯片，而用MFRC522读卡器模块来读取射频卡的信息。当有IC卡进入到读卡器读卡的范围内时，经过碰撞与反碰撞后就会读取到相应卡的序列号，然后单片机根据得到的卡序列号做出其它的操作。若卡号正确则允许进入，若卡号不存在则显示该卡为非法卡，不允许进入。还可以通过输入密码的方式进入。本设计中对门禁系统起着重要作用的存储器采用AT24C02芯片，具有掉电也可以存储卡号的优点，从而保证了系统的安全性。人机交

30、互部分采用了LCD12864液晶屏显示以及矩阵键盘操作。通过矩阵键盘，可以用按键切换到注册卡的模式，当有卡进入到读卡器读卡的范围内时，CPU就会读取到相应卡的序列号信息，并根据得到卡的序列号，将其存储到AT24C02的芯片中去。还可以通过按键切换到删除模式，当有卡进入到读卡器读卡的范围内时就会读取到相应卡的序列号，并将对应存储在AT24C02的芯片中的该卡卡号删除。此外，驱动开锁电路用继电器驱动的发光二极管表示，而报警器使用蜂鸣器表示。采用STC89C52自带定时器控制时间，当LED灯亮超过8秒时，蜂鸣器报警，实现门超时未关报警。将连接P3.1口的导线接地，当因破门而入而导致导线断开，P3.1

31、口由低电平转为高电平，进而蜂鸣器进行报警操作，实现破门而入报警功能。 系统总体结构图见图2.2。处理器STC89C52MFRC522天线矩阵键盘破门报警复位电路12864液晶EEPROMLED灯继电器蜂鸣器图 2.2 系统总体结构图3 门禁系统的硬件设计 本此硬件电路采用STC89C52单片机为控制核心，由MFRC522模块读出射频卡信息，通过CPU在LCD12864上显示，通过按键完成密码验证和修改密码的功能。3.1 微控制器STC89C52电路3.1.1 STC89C52简介STC89C52是80C51产品指令和引脚完全兼容的51单片机产品。由于传统的8051系列单片机只有128或256个

32、字节RAM可用，对于工程量比较大的程序设计而言，内存往往会不够用。而STC89C52系列单片机扩展了256个字节的RAM，由于这一特性，52单片机在应用中渐渐取代传统51单片机，而被广泛应用。STC89C52单片机还拥有两个16位定时器/计数器和全双工UART串行通道、32个双向数据I/O口线、支持在线SPI编程、8K字节在线可编程的Flash存储器7 TAKE ZAWA,OSAMU. Solution to the illegal access in RFID. National Institute of Information and Communications TechnologyC.

33、2005:268-302.。3.1.2 STC89C52主要特性（1） 与MCS-51兼容（2） 寿命：1000次擦/写（3） 据保留时间：10年（4） 全静态工作：0Hz-24Hz（5） 512字节内部RAM（6） 32双向数据I/O线（7） 两个16位定时器/计数器（8） 5个中断源（9） 可编程串行通道（10） 芯片内自带振荡器和时钟电路3.1.3 STC89C52管脚说明图 3.1 STC89C52管脚图 VCC：电源电压。 GND：接地。P0口：P0口是8位双向I/O口，由于内部不提供上拉电阻，所以连接电路时需外接上拉电阻。P0口缓冲器能接受输出8TTL门电流。 P1口：P1口是8位

34、双向I/O口，内部提供上拉电阻。由于内部上拉的缘故，P1口管脚写入“1”后，其管脚电平被上拉电阻拉高，此时管脚用作输入。P1口被上拉电阻下拉为低电平时，此时管脚作为将输出电流端口用。 P2口：P2口是8位双向I/O口，内部提供上拉电阻。当P2口被写入“1”时，其管脚电平被上拉电阻拉高。P2口被上拉电阻下拉为低电平时，此时管脚作为将输出电流端口用。在FLASH编程和校验时，P2口用来接收高八位地址和控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口缓冲器可接收输出4个TTL门电流。对P3口管脚写入“1”时，其管脚电平被上拉电阻拉高，此时可以作为输入口使用。P3口也作为STC

35、89C52的第二功能使用8 李大东.时钟控制信号源的设计J.东南传播，2010，4:34-36.。具体功能如表3.1所示：表 3.1 P3口功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（计时器0）P3.5T1（计时器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入，高电平有效。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号端，低电平有效。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。PORG为编程脉冲的输入端。当ALE/PROG接上低电平的时候，单片

36、机对外部存储器进行数据读取时，用来锁住地址线的低位地址。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，在此期间数据输入都存入外部程序存储器，不管内部程序存储器是否有空间存储数据。XTAL1：外部时钟工作电路的输入。XTAL2：外部时钟工作电路的输出。3.1.4 STC89C52最小系统电路单片机最小系统是指单片机可以正常工作所采用的最少的元件组成的的系统。对本文所采用的STC89C52单片机来说，最小系统包括：单片机、复位电路和晶振电路。下

37、面给出STC89C52单片机的最小系统电路图：图 3.2 STC89C52最小系统电路图 （1）复位电路：单片机复位电路其实就相当于电脑的重启。当电脑在使用过程中出现死机状态时，按下重启键后，电脑内部的程序就立即从头开始执行，单片机也是同样的效果。当单片机系统在运行时受到外界干扰或内部程序错乱而出错时，按下复位按键，内部的程序就会立刻从头开始执行。单片机复位电路如图3.2所示。 复位电路的工作原理非常简单，52系列单片机要想复位，只需要在其第9个引脚外接一个持续2us的高电平就可以实现。在系统上电时，系统启动的时候复位一次。当复位键按下的时候，系统会再次复位。在运行的系统中，可以控制其复位，依

38、靠的是按键的断开和闭合。在硬件电路中，电容的大小选择10uF，电阻选择10k。根据公式，可以计算得到电容充电到电源电压的0.7倍。由于单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍，经计算即为3.5V，故需要的时间是10K*10UF=0.1S。换句话说，在单片机启动的0.1S内，电容两端的电压由0V变为3.5V，相对增加。这个时候，10K电阻两端的电压为从5V变为1.5V，相对减少。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V变为1.5V。由于51单片机工作电压为5V，又小于1.5V的电压信号为低电平信号，大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以，在开机0.1S内，RST引脚接收到的高电平信号时间

39、为0.1S左右，单片机系统自动复位。 在系统工作时，单片机启动0.1S后，电容两端的电压持续充电到5V。这时，10K电阻两端的电压相当于0V，RST引脚处于低电平，所以系统正常工作。当按键被按下的时候，由于电容两端产生一个回路，所以电容遭到短路，电容开始释放先前存储的电量。随着时间的推移，电容电压在0.1S这个极短的时间内，从5V逐渐释放为1.5V。根据串联电路的原理，电压为各处元件之和。所以此时的10K电阻两端的电压变为为3.5V，或许更大。所以RST引脚又变为高电平，单片机系统进行自动复位。（2）晶振电路：晶振在电气上可以等效为一个电容和一个电阻并联，再串联一个电容的二端口网络，它是晶体振

40、荡器的简称。从电工学角度来说，这个二端口网络有两个谐振点，其中较高的频率是并联谐振，较低的频率是串联谐振。这两个频率的距离相当的接近，是因为晶体自身的特性所导致的。在这个频率范围内，晶振等效为一个电感，因此只要晶振的两端并联上合适的电容，它就可以组成并联谐振电路。晶振振荡电路大多数是在一个反相放大器的两端接入晶振，再接入两个相同电容在晶振两端。这两个电容另一端接地，电容串联的容量值等于负载电容的值。如图3.2所示：晶振是用来给单片机提供工作的信号脉冲，这个信号脉冲就是单片机的工作速度。比如 24M晶振，单片机工作速度就是每秒24M。当然，单片机的工作频率是有范围的，不能太大，一般24M就不上去

41、了，不然不稳定。时钟电路用于产生MCS-52单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在其控制下，严格地按时序指令工作。MCS-52单片机内部有一个由高增益的反向放大器，它是用来构成振荡器的，方法是：将该高增益反向放大器的输入端（XTAL1）和输出端（XTAL2）跨接晶振后并连微调电容，然后接地，从而构成一个稳定的自激振荡电路，用于提供时钟信号。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会对振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性产生影响。晶体的振荡器选择频率为12MHz的晶振。3.2 射频读写芯片MFRC5223.2.1 MFRC522简介射频读写芯片MFRC522，它是由NX

42、P半导体公司生产。MFRC522芯片应用于1356 MHz的非接触式射频读写芯，它具有功耗低、封装小和集成度高等特点。MFRC522读写芯片采用比较先进的调制和解调技术，完全支持1356 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式，而且也支持ISO/IEC1443A的多层应用协议。芯片内部的发送器可以驱动读写器天线与ISO/IEC14443A型卡和应答机之间的通信，而接收器提供非常有效的调制和解调电路，主要用于处理ISO/IEC14443A兼容的应答器信号。MFRC522在系统的应用过程如下：MFRC522与单片机STC89C52之间采用SPI接口进行数据交换，通过单片机发送过来的控制命令实现IS

43、O/IEC14443协议的所有操作。起初，STC89C52单片机将对MFRC522芯片进行复位操作，然后开启天线，设置初始化寄存器值；之后，MRFC522开始进入命令接收状态，STC89C52开始按照ISO/IEC14443协议的流程发送寻卡、防冲撞、选卡、密钥校验和读写卡操作的命令，完成对射频卡的数据读写操作。3.2.2 MFRC522特性（1）高集成度的调制解调电路（2）支持MIFARE和ISO/IEC14443 TYPE A 通信协议（3）支持多种工作频率在13.56MHz的射频卡的信息读写（4）支持在线SPI编程（5）双向数据传输的速率高达424kbit/s（6）64字节的发送和接收缓

44、冲区（7）灵活的中断模式（8）可编程定时器（9）内部振荡器，晶振频率为27.12MHz（10）采用相互独立的多组电源供电，提高工作的稳定性及安全性（11）采用发送器掉电、硬件掉电和软件掉电3种节电模式9 丁俊东. 基于ZigBee技术的不停车收费车载设备的设计D. 南京：南京理工大学，2009.3.2.3 MFRC522 管脚图图 3.3 MFRC522引脚图3.3 LCD12864液晶屏3.3.1 LCD12864简介LCD12864自带中文字库，它是一种具有2 线/3 线串行、4 位/8 位并行的多种接口方式，显示分辨率为12864。LCD12864 内置8192 个汉字和128 个ASC

45、II 字符集。用户可以利用该模块简单、方便的操作指令以及灵活的接口方式实现全中文人机交互图形界面，并且可以显示84 行的1616 点阵的汉字。选择LCD12864液晶同同类型的图形点阵类液晶相比，不论显示程序还是硬件电路的结构都要简单的多，并且LCD12864的价格也低于其它相同点阵的图形液晶10 赵定远. 点阵图形液晶模块接口设计J. 现代电子技术, 2008,4：38-40.。3.3.2 LCD12864基本特性（1）低电源电压（2）显示分辨率:12864点（3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)（4）内置128个168点阵字符（5）2MHZ时钟频率（6） 显示方式

46、：STN、半透、正显（7） 驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8） 视角方向：6点（9） 背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10（10） 通讯方式：串行、并口可选11 钱莹晶. 基于MAX262的程控滤波器的设计J.怀化学院学报, 2008,6:24-27.3.3.3 LCD12864引脚说明表 3.2 12864引脚功能管脚号管脚名称方向管脚功能描述1VSS-电源地2VCC-电源正3VO-LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；6E(SCLK)H/L并行的使能信号；7DB0H/L数据08

47、DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并串行选择口16NC-空脚17RESETH/L复位端，低电平有效18NC-空脚19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端（-0V）LCD连接电路中，两侧1、2和20、19脚分别接地和+5V。V0引脚为驱动电压输入端口，与一个滑动变阻器连接，这样便可以通过调整滑变进而改变V0端输入电压，最终实现对LCD液晶屏对比度的调整，它决定了LCD能否正常显示数据及显示的效果。3.3.4 LCD12864与89C52连接电路图图 3.

48、6 LCD12864与89C52连接电路图3.4 蜂鸣器电路与LED灯电路3.4.1 蜂鸣器电路设计一般来说，声音的频谱范围为几十到几千赫兹。如果能利用这一特性，通过程序控制单片机的某个端口线的“高低”电平，则在该端口线上就可以产生一定频率的矩形波。接上喇叭后，就可以发出一定频率的声音信号。如果再利用延时程序来控制“高低”电平的持续时间，这样就可以改变输出的频率，使喇叭发出不同的声音。本次使用的蜂鸣器的型号为GPC1407YB，电压为325Vp-p，灵敏度为min 75 dB。它可以在5V工作电压下工作，IO口输出后外接一个1K的电阻，再连接到PNP型三极管的基极。蜂鸣器负极接地，三极管集电极

49、接蜂鸣器的正极。如图3.7所示：图 3.7 蜂鸣器电路图3.4.2 LED灯电路设计 本文用LED灯的亮灭来当做门是否关闭，灯亮表示门开，灯灭表示门关。电路图如下所示：图 3.8 继电器控制LED灯电路图P3.6口连接LED灯，通过程序控制高低电平，进而继电器工作，实现LED灯的亮灭。继电器是一种具有输入回路和输出回路的电子控制器件，通常应用于自动控制电路中。它实际上是一种“自动开关”，用较小的电流去控制较大电流。在线圈引出脚两端加上电压或电流时，线圈的激磁电流就会产生磁通，磁通通过磁路后在工作气隙产生电磁吸力。激磁电流上升到特定值时，电磁吸力矩就会克服动簧的反力矩，然后衔铁转动，从而推动片推

50、动动簧，最终实现触点闭合，此时LED亮起；当激磁电流减小到特定值时，电磁吸力矩小于动簧反力矩之后，衔铁回到初始状态，接触点不接触，LED灯熄灭。4 门禁系统的软件设计4.1 软件设计方法与设计语言选择软件设计方法主要有三种：（1） 模块化程序设计，其中心思想是要把一个复杂的应用程序按其整体功能划分为各个相对独立的程序模块，各模块可以单独设计、编程与调试，然后再组成在一起联调，最终成为一个功能完整的程序。（2） 自顶向下逐步求精的程序设计，要求从系统级的主程序开始，先解决全局问题，然后层层细化逐步求精，最终完成一个复杂的程序设计。（3） 结构化程序设计，它是一种比较理想的程序设计方法。结构化程序

51、设计编程过程中对程序进行适当限制，这样之后便可使程序上下文与执行流程保持一致。由于本次系统被分为几个模块，因此本文使用模块化程序设计方法。单片机控制软件通常都采用汇编语言或C语言来实现。汇编语言作为面向底层的低级语言，程序执行速度最快，代码所占空间小，比较适用于驱动程序、小容量的程序或是要求执行速度快的程序中。而C语言由于其程序库支持丰富、移植性高、结构化好等优点而获得广泛应用12 潘海军. 基于射频识别技术的门禁系统的设计D. 长沙：湖南大学，2007.8.附 录 A 外文翻译TheAccesscontrolsystemAccesscontrolsystemiswidelyusedinrec

52、entyearsanditisoneofthehigh-techandsafetyequipment,hasbecomeoneoftheintelligentsignsofmodernarchitecture.Accesscontrol,theexportandtheentrancecontrolsystem,istocontroltheexportandentrancechannelsystem.Accesscontrolsystemisdevelopedonthebasisofthetraditionallocks(EntranceGuard/AccessControlinEnglish)

53、.Accesscontrolis,inreality,aneverydayphenomenon.Alockonacardoorisessentiallyaformofaccesscontrol.APINonanATMsystematabankisanothermeansofaccesscontrol.Bouncersstandinginfrontofanightclubisperhapsamoreprimitivemodeofaccesscontrol(giventheevidentlackofinformationtechnologyinvolved).Thepossessionofacce

54、sscontrolisofprimeimportancewhenpersonsseektosecureimportant,confidential,orsensitiveinformationandequipment.Itemcontrolorelectronickeymanagementisanareawithin(andpossiblyintegratedwith)anaccesscontrolsystemwhichconcernsthemanagingofpossessionandlocationofsmallassetsorphysical(mechanical)keys.Physic

55、alaccessbyapersonmaybealloweddependingonpayment,authorization,etc.Alsotheremaybeone-waytrafficofpeople.Thesecanbeenforcedbypersonnelsuchasaborderguard,adoorman,aticketchecker,etc.,orwithadevicesuchasaturnstile.Theremaybefencestoavoidcircumventingthisaccesscontrol.Analternativeofaccesscontrolinthestrictsense(physicallycontrollingaccessitself)isasystemofcheckingauthorizedpresence,seee.g.Ticketcontroller(transportation).Avariantisexitcontrol,e.g.ofashop(checkout)oracountry.Inphysicalsecurity,thetermaccesscontrolreferstothepracticeofrestric