基于单片机门禁系统的电路设计

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者： 人气： 发表时间：2013年02月08日

    摘要：随着智能化、数字化信息社会的到来，卡是实现智能化管理和自动化管理工作的一种重要手段，而且在当今的社会它已经成为一种不可缺少的工具，如公交卡，食堂的饭卡，小区的门禁卡，这无处不体现出IC 的必要性。课题主要是介绍门禁读卡器的硬件设计的问题，通过对当今社会门禁系统的研究比较，本着通信可靠、实用的原则，设计了一套基于射频卡和单片机的门禁系统。

    IC卡门禁系统是一种利用计算机进行身份验证，实现开/关门、登录用户进出门信息的自动化管理系统。该门禁系统的主要硬设备由一台计算机作为管理计算机（又称主控计算机）和若干台分控计算机（又称子控模块）组成。子控模块负责各受控门的读卡、开门、关门和登录工作。主控计算机负责各门禁子系统的初始化和工作方式的设定（如延迟时间等），以及重新设置系统数据和获取各门禁子系统的登录信息等的管理工作。一个受控门和其对应的一个读卡器，构成一个门禁子系统，用于管理一个门。每个门禁子系统在子控模块的控制下独立工作（即开门、关门、登录信息等）。

    1 系统结构

    为了使整个系统更具有安全性和灵活性，增强系统的适应性，IC卡门禁系统应当设计成一个层次式的分级管理系统。低层管理由子控模块完成，主要负责管理受控门和进出门的登录工作。高层管理由主控计算机完成，主要负责整个系统的控制、协调管理工作。这种分层管理模式，可以减小主控计算机的负荷，减少专用设备数量，降低系统制作成本，同时也提高了系统的效率和可靠性。

    2 各模块电路设计

    本系统主要包括读卡电路，计时显示电路和控制模块等，可以根据实际需要，方便地、灵活地配置系统硬件，系统框图如图1。下面将对系统图各模块的电路图进行设计。

图1 基本模块电路

    2.1 单片机介绍

    在本设计系统中采用89C51 单片机。89C51 是由北京集成电路中心（BIDC）设计，由Atmel 公司生产的八位计算机。它出厂所配晶振频率为11.0592MHz， 每个机器周期为1.085us。89C51 是一种低功耗高性能的含有4K 字节快擦写（Flash）可编程/擦除只读存储器（PEROM）的8 位CMOS 单片机，芯片上的PEROM 允许在线或采用通用的非易失存贮编程器对程序存贮器重复编程。其中央处理器由ALU、专用寄存器组、定时控制部件等组成，具有较强的调用、跳转、判断、丰富的数据传输功能，以及提供存放中间结果、常用参数寄存器等功能。同时它具有5 个中断，包括两个外部中断，两个定时器中断，一个串行口中断。此外由于器件采用了静态设计可提供很宽的操作频率范围，频率可降至0。

    2.2 读卡电路

    MF RC500 是一个单独的读卡器集成电路.它要求在没有外部放大器的情况下工作距离达到100mm。剩下的无源RF 部分的设计很简单明了。首先要确定哪个可行的基本概念最能符合应用的要求。

    1) 直接匹配的天线；用读卡器和天线的最小距离可以建立一个小型的完整终端。可行的应用是一个小型建筑物的访问控制读卡器或者是手持的读卡器。
    2) 500 匹配的天线：可以作为读卡器和天线之间用长距离同轴电缆连接的应用的一个简单的解决方案。连接读卡器匹配电路和天线的同轴电缆最长距离可达10m。

    如图2 所示是根据MF RC500 提供的资料所设计的完整的电路。

图2 读卡电路图

    2.3 时钟电路

    在以单片机为核心构成的装置中，经常需要一个实时的时钟和日历，以便对一些实时发生事件记录时给予时标，实时时钟芯片便可起到这一作用。过去多用并行接口的时钟芯片，近年来串行接口的各种芯片在单片机系统中应用愈来愈多，串行接口的实时时钟芯片也出现了不少，DS1302 是一个综合性能较好且价格便宜的串行接口实时时钟芯片。如图3 所示。

图3 时钟电路图

    DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三条口线：RST ，I/ O 数据线和SCLK 串行时钟。

    2.4 显示电路

    MAX7219 是微处理器和共阴极七段———八位LED 显示、图条/柱图显示或64 点阵显示接口的小型串行输入/输出芯片。片内包括BCD 译码器、多路扫描控制器、字和位驱动器和8×8 静态RAM。外部只需要一个电阻设置所有LED 显示器字段电流。MAX7219 和微处理器只需三根导线连接， 每位显示数字有一个地址由微处理器写入。如图4 所示。

图4 显示电路图

    2.5 通讯电路

    RS-485 采用平衡发送和差分接收方式实现通信： 发送端将串行口的TTL 电平信号转换成差分信号A,B 两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL 电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，RS-485 最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S 的传输速率下，才可以达到最大的通信距离。

图5 通讯电路

    3 总结

    此处只是简单门禁系统的整体的介绍，伴随着科技的发展进步，门禁卡系统将向着高智能，高集成的方向发展，我们需要对系统进一步的完善，降低成本，融合多种技术，如生物特征识别技术、加密技术、多功能模块等，达到多标准并存，高速读写和低能耗的绿色环保要求。《电脑知识与技术》

    作者简介：夏月平（1978－），女，江苏人，南京信息职业技术学院教师，硕士

    参考文献：
    [1] 陆永宁.IC 卡应用系统[M].南京:东南大学出版社,2000.
    [2] 李朝青.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,1999.

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