基于51單片機(jī)的IC卡門禁控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

唐凱

【摘要】隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，門禁控制系統(tǒng)在安全技術(shù)防范領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。其軟件系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計起著重要的作用。

1、前言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，門禁控制系統(tǒng)在安全技術(shù)防范領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色，這是建立在先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)各非接觸的射頻識別技術(shù)之上，通過持有非接觸式IC卡來對人的進(jìn)出實(shí)施放行，拒絕和記錄等操作的智能化控制系統(tǒng)。非接觸式IC卡的核心技術(shù)為射頻識別，其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可全天候，無接觸地完成自動識別功能。

本系統(tǒng)以89C51系列單片機(jī)STC89C52為控制核心，利用非接觸式射頻卡模塊讀取用戶手中的IC卡信息，識別成功后與系統(tǒng)存儲的IC卡庫數(shù)據(jù)進(jìn)行比對校驗(yàn)，如果IC卡數(shù)據(jù)庫中有IC卡則證明IC卡合法，單片機(jī)通過控制繼電器控制電子鎖門禁開啟和關(guān)閉。同時采用鍵盤作為IC卡錄入和刪除，LCD1602液晶作為人機(jī)交互顯示，讓系統(tǒng)具備更大的實(shí)用價值。

2、系統(tǒng)總程序設(shè)計

系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行初始化，完成液晶、鍵盤等初始化任務(wù)。然后進(jìn)入死循環(huán)，單片機(jī)控制IC卡模塊時時掃描判斷是否有IC靠近，當(dāng)靠近時，啟動IC卡讀取程序，識別IC卡卡片信息后，與AT24C02芯片內(nèi)存儲的IC卡數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行比對，如果校驗(yàn)成功則控制門禁開，反之則不開門禁。整個過程LCD1602液晶顯示操作過程及數(shù)據(jù)信息。

3、IC卡讀寫子程序設(shè)計

3.1 Mifare射頻卡技術(shù)參數(shù)

（1）容量為8K位（bits）1K字節(jié)（bytes）EEPROM

（2）分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié)，以塊為存取單位

（3）每個扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制

（4）每張卡有唯一序列號，為32位

（5）具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作

（6）無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路

（7）數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次

（8）工作溫度：-20℃～50℃（濕度為90%）

（9）工作頻率：13.56MHZ

（10）通信速率：106 KBPS

（11）讀寫距離：10 cm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）

3.2 IC卡讀寫卡的過程一般包含如下幾個步驟：

（1）復(fù)位應(yīng)答（Answer to request）

射頻卡的通訊協(xié)議和通訊波特率是定義好的，當(dāng)有卡片進(jìn)入讀寫器的操作范圍時，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊，從而確定該卡是否為M1射頻卡，即驗(yàn)證卡片的卡型。

（2）防沖突機(jī)制（Anticollision Loop）

當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫器操作范圍時，防沖突機(jī)制會從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。

（3）選擇卡片（Select Tag）

選擇被選中的卡的序列號，并同時返回卡的容量代碼。

（4）三次互相確認(rèn)（3 Pass Authentication）

選定要處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號，并對該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)，在三次相互認(rèn)證之后就可以通過加密流進(jìn)行通訊。（在選擇另一扇區(qū)時，則必須進(jìn)行另一扇區(qū)密碼校驗(yàn)。）

IC卡讀寫流程圖如圖所示

3.3 IC卡讀寫操作流程圖

4.按鍵程序的設(shè)計

按鍵作為人機(jī)交互的方式，在該設(shè)計中起著至關(guān)重要的作用。實(shí)現(xiàn)IC卡的錄入與刪除。當(dāng)讀卡模塊檢測到該IC卡時，如果該IC卡沒有被錄入，當(dāng)有鍵按下時，則該卡被記錄，擁有進(jìn)出該門禁的權(quán)限；如果該IC卡被錄入了，當(dāng)有鍵按下時，則該卡被刪除，被取消進(jìn)出權(quán)限。

圖4.3 鍵盤子程序流程圖

本系統(tǒng)用到了5個按鍵，它們的功能分別是：調(diào)節(jié)時間的時鐘加、時鐘減、分鐘加、分鐘減和添加/刪除用用戶卡。它們采用的是獨(dú)立按鍵的連接方式，一端連接地，一端連在單片機(jī)的P1.0到P1.4口上。它們的程序?qū)崿F(xiàn)是：首先給P1.0到P1.4口高電平，然后掃描這些I/O口上是否有電平變化，當(dāng)它們有變化是說明有鍵被按下，最后根據(jù)是哪個I/O口的電平變化了判斷是哪個鍵被按下。它的程序流程圖如圖4.3所示

5. LCD1602液晶顯示子程序

1602液晶是字符型液晶，它的內(nèi)部自帶字符庫，它可以寫兩行的字符，同時每行可以顯示16個字符。在這里要顯示的是實(shí)時時間，IC的編號和權(quán)限以及一些提示信息。

LCD1602的操作步驟：初始化；寫命令（RS=L）設(shè)置顯示坐標(biāo)；寫數(shù)據(jù)（RS=H）。根據(jù)其操作步驟設(shè)計LCD1602液晶顯示程序流程圖如圖4.4。

從此流程圖我們得出：LCD液晶顯示屏在寫顯示程序的時候，我們要先寫命令，再設(shè)定字符顯示和漢字的位置，最后寫數(shù)據(jù)，在每寫一次命令或數(shù)據(jù)都需要判斷液晶是否忙。打開液晶顯示屏進(jìn)入初始化狀態(tài)，開始寫命令，首先判斷LCD是否忙，如果是P0.7=0，那么進(jìn)入下一步寫命令，如果不是P0.7=0，返回LCD是否忙。

6 電子鎖門禁開關(guān)子程序設(shè)計

本系統(tǒng)的電子鎖門禁開關(guān)，單片機(jī)只需要輸出高低電平即可。當(dāng)輸出高電平時門禁關(guān)、低電平門禁開。程序流程如圖4.5所示。

7 報警子程序設(shè)計

本系統(tǒng)的報警提示是通過蜂鳴器和LED來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)中用的是無源蜂鳴器。無涯蜂鳴器要給脈沖信號才能實(shí)現(xiàn)鳴叫，在程序的設(shè)計中，通過定時器產(chǎn)生脈沖信號來控制蜂鳴器報警。根據(jù)報警電路原理，當(dāng)讀卡模塊檢測到有非法卡進(jìn)入，單片機(jī)輸出一個報警信號，開啟定時器產(chǎn)生脈沖信號給蜂鳴器報警。

報警子程序的流程圖如圖4.6所示。

8小結(jié)

在進(jìn)行程序設(shè)計的時候，各個模塊的子程序是比較好書寫的，但是各個模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，什么時候該模塊工作，調(diào)用該模塊的函數(shù)，需要對系統(tǒng)有一個總的了解和把握，這是軟件設(shè)計中的最大的一個問題。