RF-IC卡门禁系统设计

郭同辉，朱兆优

（东华理工大学 电子工程系，江西 抚州 344000）

门禁安全管理系统是一种新型智能化的安全管理系统。它集微机自动识别技术和现代安全措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术等诸多方面。它是解决重要部门出入口便捷控制和实现安全管理的有效措施，适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、办公大楼、智能化小区、工厂军械库、机要室等。文章主要阐述了非接触式IC卡门禁系统的硬件和软件设计。

1 系统设计方案

本次设计的非接触式IC卡门禁系统，主要由读卡器、控制器、存储器、时钟模块、通信模块、识别卡和计算机组成。整个系统可以分为两大部分：下位机部分和上位机部分。在下位机的模块设计中，主要使用到7个I/O口。主控器选用STC12C5402单片机，其特点如下：① 增强型8051CPU，1时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；②工作频率范围：0-35 MHz；③ISP/IAP，无需专用编程器；④EEPROM 功能；⑤内部集成MAX810专用复位电路；⑥时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器，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；⑦共6个16位定时器/计数器，两个专用16位定时器T0和T1；⑧ A/D转换,10位精度ADC，共8路；⑨通用全双工异步串行口(UART)；⑩SPI同步通信口，主模式/从模式。其系统框图如图1 所示。

图1 系统框图

2 系统模块设计

这部分主要包括读卡模块、时钟模块、通信模块和密码锁电路驱动模块等五大模块。

（1）读卡模块。此模块主要是完成卡号的读取并临时存入STC12C5402的RAM中。在选择晶振和电容的过程中，我们必须注意到STC12C5402提供的几种用户可选择振荡器的选择。STC12C5402允许根据需要从高精度至最低成本范围内选择。支持的基本振荡器类型包括低频、中频、高频外接晶振或陶瓷振荡器，也可以输入外部时钟信号。本系统选择外接晶振片内振荡器，根据外接晶振的条件：振荡器必须设置为低频晶振、中频晶振或高频晶振模式之一；为限制晶振驱动电平可串联电阻，对于低频晶振尤其重要；对于不同的振荡频率，最佳电容值不同。所以本系统选择高频振荡器，且电容都选择33pF。选择高频振荡器还因为此系统在读卡过程中要求相当精确。在读卡编程过程中，我们必需要对定时的时间精确计算，否则读不到精确的卡号。系统可以使用ID4001读卡模块，它的每个脉冲之间的延时时间是2.6ms，选用STC12C5402芯片的P1.2和P1.3脚作为读卡信息的两跟数据输入线，两引脚被使用的也是STC12C5402芯片的最基本的I/O功能。读卡模块硬件图如图2 所示。

图2 读卡模块硬件电路图

（2）时钟模块。该模块采用PCF8583日历时钟芯片为系统提供精确的时钟。PCF8583采用32.768kHz的时钟方式，通过片内寄存器来设置控制计时计数器，时钟走时精度可以达到微秒级。在PCF8583芯片使用前，首先要初始化日历时钟芯片PCF8583的时钟方式，通过单片机对其设置初始时间，最后将刷卡时的准确时间存储到存储模块中。在PCF8583日历时钟芯片上，本系统使用了微调电容C5，目的是为了可以在小范围内调节时间的准确性。如图3 所示为时钟模块硬件电路图。

图3 时钟模块硬件电路图

（3）通信模块。此模块完成单片机与PC机的通信，主要由芯片MAX232和10μF的电解电容组成。将MAX232的R2.OUT（R1.OUT）接单片机的 RXD 引脚 T2.IN(T1.IN)接 TXD引脚，当PC机有数据要发送给单片机时，电平转换芯片MAX232将PC机发送的信号转换成与单片机接口相匹配的电平，单片机上的跳变检测器以波特率16倍的速率采样RXD引脚上的电平。当采样检测器采样到RXD引脚上有1到0的负跳变时，单片机将进入串行口中断程序，不断地接收来自PC机的数据，并将其存入存储器中，当数据接收完毕，单片机中断返回。图4 为通信模块硬件电路图。

（4）密码锁电路驱动模块。本系统的密码锁驱动电路模块主要由继电器JZC、密码锁和驱动芯片（74LS244）来组成。在设计电路当中使用继电器的目的是为了使微弱的电信号产生较强的驱动电流，以至能驱动密码锁，产生自动的效果。因为我们知道，要使锁牢固，以至于不一推就开，因此锁的旋钮要有一定的力量，这不是一个微弱电信号能驱动的，必须放大这个电信号，由此选择了继电器。在密码锁驱动电路模块的设计中，使用了驱动芯片（74LS244）作为继电器的驱动，进而通过继电器的通断来控制密码锁的打开与闭合。选择P3.3脚作为输出驱动信号的引脚，其电路原理图如图5 所示。

图4 通信模块硬件电路图

图5 密码锁驱动模块硬件电路

3 系统软件介绍

本部分设计程序统一用VB6.0进行编程，将下位机与PC机进行串行通信，按照双方制定的协议实现串行通信，并将通信所获取到的数据存入到指定的数据库中，用户可以利用数据控件对其进行访问，并使PC机能够对下位机中有关模块进行操作。

4 结语

基于STC12C5402单片机作为主控器的非接触式IC卡门禁系统具有智能化、操作使用简单维护方便等优点。随着智能楼宇建筑的加快，及各个行业管理的规范化，门禁系统能给学校、公司、机关、社区等各种需要一定程度管理的场所带来极大的便利以及在很大程度上提高了其在安全管理方面的层次，所以它具有较好的发展前景。

[1]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991.

[2]陈大人.射频识别（RFID）技术[M].北京：电子工业出版社，2001.

[3]刘乐善.微型计算机接口技术及应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2000.