陕西理工学院毕业设计

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HID，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CPU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）

MFRC500 MFRC530 MFRC531 CLRC632 MFRC522 MFRC523 SLRC400

100 100 100 100 80 80 100

8位并行 8位并行SPI 8位并行SPI 8位并行SPI SPI、I2C、RS232 SPI、I2C、RS232

8位并行 主机接口

ISO14443 ISO14443 ISO15693 Mifare协议

A Y Y Y Y Y Y

B Y Y Y

Y Y

Y Y Y Y Y Y

市场平均价格（元）

15 30 30 40 10 22 23

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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ARM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STC89C52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 计算机 管理机 刷卡机 刷卡机 刷卡机N 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。 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

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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。

天线 MFRC522 矩阵键盘

处理器 EEPROM 12864液晶 STC89C52

复位电路 继电器 LED灯 破门报警 蜂鸣器

图 2.2 系统总体结构图

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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

[6]

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。

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

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