石家庄铁道大学四方学院毕业设计
第1章 绪 论
1.1 课题研究的目的意义
锁具经过漫长的发展，随着近代电子科学技术的进步，这个有着几千年历史的古董终于驾着新技术的帆船，承载着传统锁具的功用与现代电子的实用而跨入现代人们生活的科学便利化时代。
门锁因制锁技术与应用不同，分为机械锁和电子锁两大类。传统的机械锁以其价格低廉和使用的方便性成为普通大众首选锁具，但是由于传统机械锁是用钥匙开启，所以锁体必须要有锁孔，而自从有锁以来，历代梁上君子都能运用一定的工具和技巧，轻易打开锁具，尤其是当今世界，各种先进的开锁工具层出不穷，开锁技术也更出神入化，传统的机械锁在社会发展过程中已经不能更好的保护使用者的安全了。电子锁在安全技术防范领域具有防盗报警功能，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。在电子锁上，锁的表面一般都是密封的，防暴力破坏的能力强，也防止非法把异物插入锁内导致不同程度的破坏。在锁具的发展过程中电子锁优点显而易见，能很好的补充传统机械锁的不足之处，已经迅速占据锁具市场，进而取代机械锁成为主导门禁产品。
随着我国对外开放的不断深入，高档建筑发展很快，高档锁具市场的前景乐观。我国锁具行业对锁具高新技术的投入正逐年增大，高档锁的市场需求也逐年增加。在安防工程中，门禁系统的锁具产品是关系到整个系统安全性的重要设备，所以锁具产品的优劣也关系了整个安防工程的质量和验收。电子锁正是当下电子产品与家居产品在技术方面结合后产生的一种锁具行业划时代的科技成果。电子门锁是电子元件和机械结构相结合的一种新颖门锁。集合了计算机技术、智能卡技术、精密电磁技术，是当今世界上最先进的门锁之一，在使用的方便性、防非法开启、智能管理等方面是机械锁无法比拟的。
电子门锁的控制部分使用电子电路，执行部分使用电磁铁和锁体，与传统的机械门锁相比，电子门锁在当下优点主要包括：电子门锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，不用金属钥匙，安全可靠，使用方便。当然相比之下其缺点也是显而易见的，缺点主要有以下几个方面：锁定时可能存在被打开，解锁时又可能存在不能被打开，用指纹或脸部扫描等人体器官等技术，严重存在危害使用者人身安全隐患，密码单一，密码钥匙之间可以说无兼容，密码更换复杂，电子产品抗干扰性能差，容易
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受强冷热、强电磁、强静电和湿度等影响。本设计即是设计一种基于射频卡的电子门锁，可很好的满足门锁的安全性和稳定性。
1.2 国内外研究现状
市场上常见的电子门锁主要是磁卡、接触式IC卡、射频卡电子门锁。 磁卡门锁是使用类似于我们银行卡、信用卡一类的卡，在卡上有条黑色的磁带作为储存“电子钥匙”的载体，但由于磁带会在与其他带磁性的物体放在一起时会存在消磁的情况，导致“电子钥匙”消失或减弱而不能正常使用开门，带来极大的不便。
IC卡门锁是使用IC卡作为储存“电子钥匙”的载体，最多用于储值公共电话卡，这个技术对于现在是很成熟的，比磁卡要强，能永久的记录“电子钥匙”，直到芯片损坏为止。由于IC卡是接触式感应，在长期的使用和读取器的摩擦，会出现IC卡金手指损坏，导致不能使用，而且在一般家庭也能难维护，所以一般都不用于家庭，多用于酒店和商务场所。
射频卡门锁按芯片分为：RF57、MIFARE-1、MIFARE-0等射频卡，由于是非接触式，所以一般只要不是把卡折成两半都能永久使用。在射频卡门锁上，锁的表面一般都是密封的，防暴力破坏的能力强，也防止非法把异物插入锁内导致不同程度的破坏。再者，射频卡中有快速防冲突机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以同时处理多张射频卡。这提高了应用的并行性，无形中提高了系统工作速度。
智能卡在电子门锁中的应用也同样经历了三个阶段。综合上述三个门锁的优缺点磁卡门锁的传统市场已逐渐消失，接触式IC卡门锁的使用已经相当普遍，但是与射频卡门锁相比仍有不足，射频卡门锁目前全国的正处在上升期。射频卡读卡方便快捷，锁和卡的使用寿命长，完成“一卡通”系统的配套厂商众多，射频卡锁肯定是电子门锁的主流产品。
1.３ 论文研究内容
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第2章 基于射频卡的电子门锁设计要求及方案
2.1 设计要求
电源模块主要负责将DC12V电源转换成DC5V电源，使单片机、字符液晶LCD1602、继电器以及射频卡模块能够正常工作。
射频卡模块读取射频卡信息，将读取的信息通过串口传送给单片机，单片机读取射频卡的信息并进行校验，校验成功后，使LCD1602字符液晶显示器显示射频卡卡号，并且驱动继电器动作。
要求设计出该系统的硬件电路和软件部分，并做出实物。
2.2 设计方案
设计方案主要包括硬件和软件两部分。其中硬件系统主要由单片机、继电器、射频卡模块、显示几部分组成。系统框图如图2-1所示。
DC12V
射频卡 图2-1 系统框图
射频卡模块 电源模块 单片机 门锁驱动 显示模块 硬件部分：电源电压选择DC12V，电源模块需要将DC12V电源转化成DC5V电源，选用STC12C5204AD型单片机作为主控制芯片，负责与射频模块传输数据，控制门锁控制电路。为了降低成本用继电器代替电控锁来模拟开锁和关锁状态，继电器型号选择DC5V型产品。射频卡模块采用WM-17TD射频模块，在接收模块上连接天线，天线型号采用M1ANT20-2天线板。显示模块采用LCD1602字符液晶显示，主要对射频卡的卡号进行显示，显示门锁状态。
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软件部分：使用Keil C软件编程，实现功能主要分为三部分：显示部分、继电器驱动部分和射频模块。刷卡后，天线把信息传送给射频模块，单片机通过串口对射频模块读取的信息进行校验，校验成功后上传卡号并且对卡进行读写，同时单片机对继电器进行驱动，使继电器进行动作，单片机把上传的卡号通过LCD1602字符液晶显示器进行显示。
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第3章 系统主要元器件介绍
3.1 单片机介绍
系统采用STC12C5204AD系列单片机。单片机内部包含中央处理器(CPU)，程序存储器(Flash)，数据存储器(SRAM)，定时/计数器，UART串口，I/O接口，高速A/D转换，PCA，看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路模块。是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。STC12C5204AD系列单片机几乎包含数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统[1]。
主要特性如下：
(1)增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。 (2)工作电压：5.5V - 3.3V。
(3)工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz。 (4)用户应用程序空间8K字节。 (5)片上集成256字节RAM。
(6)通用I/O口(27/23/15/13/11个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。
(7)ISP(在系统可编程)/IAP9(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器。可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
(8)有EEPROM功能。 (9)看门狗。
(10)内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体20M以下时，复位脚可直接1K电阻到地)。
(11)内置一个掉电检测电路，在P1.2口有一个低压门槛比较器。5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%。
(12)时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：11MHz～15.5MHz。
(13)共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器
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