基于射频识别技术的门禁系统设计
3.3 读卡器选择 ............................................................................................................... 22 第4章 门禁系统软件设计 .................................................................................................... 24
4.1系统总体程序流程设计 ............................................................................................ 24 4.2 射频控制模块 ........................................................................................................... 24 4.4 通讯模块 ................................................................................................................... 27 4.5显示模块 .................................................................................................................... 31 4.6上位机设计 ................................................................................................................ 32
4.6.1 上位机程序流程图 ........................................................................................ 32 4.6.2用户登录界面设计 ......................................................................................... 33 4.6.3门禁系统界面设计 ......................................................................................... 35
第5章系统调试及结果分析 .................................................................................................. 37
5.1 系统调试 ................................................................................................................... 37 5.2 结论分析 ................................................................................................................... 37 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 38 附录 部分电路原理图及PCB图 .......................................................................................... 39 致 谢 .................................................................................................................................. 41
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黄河水院自动化工程系毕业论文
引言
随着我国社会主义市场经济的深入发展和未来知识经济时代的临近，门禁系统作为一项安防措施，将会形成更大规模的产业。这方面的社会需求已在逐步升温。作为政府职能的重要组成部分，保障公民生命财产安全和社会的安定，实施综合安全服务工程将会像环保工程、生态农业工程一样，受到社会的关注和公众的欢迎。
出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。
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基于射频识别技术的门禁系统设计
第1章 门禁系统总体设计方案
1.1 门禁系统总体系统设计
基于MF RC500射频识别门禁系统是以射频识别读写器为核心，系统的总体结构见图，门锁继电器以及其他一些辅助器件而组成的系统。系统的工作原理是先由微处理器ATmega16控制射频识别读写器读取非接触式IC卡的信号，接着，ATmega16根据所得数据输出四个开关量信号（门阀继电器有两个，分别控制进出），经放大后分别用于控制门锁继电器和读取门磁信号，并且整个系统与上位PC机之间进行通讯，获得指令以及传输系统状态等，最后，对系统的辅助设备，如液晶屏、E2PROM等进行操作。
进/出门磁信号两路按钮信号4位开关锁触点量输入锁驱动4位开关量输出 通讯灯工作灯PC机RS-485总线接口E2PROM处理器AT89C52看门狗MF RC500时钟液晶屏天线
图3.1 系统的总体结构图
1.2 门禁系统硬件设计
系统硬件设计主要由ATmega16主控芯片和非接触式IC卡模块构成。硬件电路由八部分构成：微控制器ATmega16、读卡器模块非接触式IC卡、LCD1602显示、串口通信MAX232、按键电路、AT24C04存储、报警电路、门控电路。微控制器ATmega16负责非接触式IC卡的初始化，上位机通过串口向非接触式IC卡发送命令，非接触式IC卡根据上位机发送的命令做相应的操作，然后将得到的信息传送给微控制器ATmega16，然后微控制器控制其它模块完成显示、报警、判断和门控操作。上位机与下位机之间的连接主要是通过串口进行通信，采用MAX232芯片并将芯片的输入和输出管脚连接到ATmega16的I/O口，在MAX232的引脚上连接10μF的电解电容用来滤波。读卡器模块非接触式IC
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卡与微控制器ATmega16之间的通信是通过I2C总线进行的，由于ATmega16单片机本身并没有I2C总线，所以将非接触式IC卡模块的串行时钟线与数据线接到ATmega16的两个I/O口，然后通过模拟I2C时序来完成ATmega16与非接触式IC卡之间的通信，为了防止出现三态，在非接触式IC卡的串行时钟线和数据线上分别上拉10k电阻。而非接触式IC卡与RFID卡之间的数据通信主要是通过天线进行的。AT24C04与ATmega16之间的通信也是通过模拟I2C时序进行，同时为了防止出现三态，在时钟线与数据线上分别连接5.1 k的上拉电阻。LCD1602与ATmega16之间的通信是通过将LCD1602的3条控制线和8条数据线与ATmega16的I/O口相连。对于按键电路的设计是将3*4按键直接连接到ATmega16的7位I/O口，采用线反转法通过查询方式进行工作。
1.3门禁系统软件设计
软件主要实现数据的采集，数据的分析，模块之间的通信，以及相应的数据处理。 数据采集：非接触式IC卡通过天线读取RFID卡的数据，然后将数据传送出去。 数据分析：ATmega16接收到数据后，将数据传送给AT24C04或上位机，AT24C04或上位机对数据进行分析，从而判断数据的有效性。
模块之间的通信：ATmega16与AT24C04之间的通信都是通过模拟I2C总线进行的， I2C总线的高效性、高实用性、高可靠性数据传输增强了系统的实时性和可靠性。 数据处理：针对数据的采集和分析的结果做出相应的处理，例如显示、报警、门控等。
第2章 门禁系统主要硬件电路设计
2.1 门禁主控器
门禁系统的主控设备采用ATmega16单片机。AVR系列单片机是ATMEL公司开发的新一代单片机，在设计上打破常规，采用了全新的概念，突出的优点是高性能、低功耗的 8 位AVR 微处理器，并且具有先进的RISC 结构，方便设计者使用。一般而言ATmega16在1 MHz, 3V, 25°C 时的功耗正常模式时的工作电流为 1.1mA ，空闲模式时的工作电流为 0.35mA，掉电模式时的工作电流 < 1 μA。此外，该系列单片机拥有各种流行接口，方便与目前许多种类的外围设备连接通信，操作方便快捷，非常适合于低功耗、混合信号处理的产品与应用。ATmega16的硬件设计特点如下：
(1)CPU设计
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ATmega16单片机的CPU采用8位的RISC结构。拥有32个8位通用工作寄存器，其中X、Y、Z 特殊寄存器可以用作3 个16 位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，实现高效的地址运算。
(2)内部存储器分为程序存储器(FLASH)和数据存储器(RAM)
ATmega16具有丰富的内部存储单元，包括16K字节的程序存储器FLASH，512 字节EPROM和1K字节SRAM。
(3)输入/输出(I/O)口
ATmega16单片机32 个通用I/O 口线，作为通用数字I/O 使用时，所有AVR I/O 端口都具有真正的读- 修改- 写功能。这意味着用SBI 或CBI 指令改变某些管脚的方向( 或者是端口电平、禁止/ 使能上拉电阻) 时不会无意地改变其他管脚的方向( 或者是端口电平、禁止/ 使能上拉电阻)。有些引脚还具有特殊功能，包括可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口。
(4)定时／计数器
ATmega16系列单片机有2个两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器
(5)指令系统
ATmega16系列单片机具有先进的RISC 结构，131条指令，并且大多数指令执行时间为单个时钟周期
(6)睡眠模式
空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 模式以及扩展的Standby模式
综上所述，ATmega16单片机是一款功能强大、集成资源丰富的智能型微控制器。 利用其上述特性，结合本系统的设计需求，主控设备需要实现以下的操作： （1）控制无线传输平台的传输过程，包括发送、接收模块的配置与控制. （2）控制电子锁的开启 （3）LCD输出显示的驱动程序 （4）报警模块的驱动程序
针对以上需实现的功能，ATmega16单片机预留相应的资源与之对应。PB端口与无线传输系统的RF模块相连接，PC端口与LCD显示模块相连接，PD口与读卡模块相连接，PA口用于电子锁和报警模块相连接。ATmega16单片机的引脚图如图2.1所示。
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