基于STM8L的门禁信息采集终端机-毕设

北京工业大学毕业设计（论文） 基于STM8L处理器的 智能门禁信息采集终端机的研究 姓   名：    周 尚    学   号：   08521127  专    业： 电子信息工程 指导教师：    王 铁 流  2012 年 5 月 28 日 摘要 传统的基于RS232/RS485的门禁系统具有控制范围小和布线繁琐等局限性，已经不能满足社会的快速发展。本文设计了一种基于GPRS(General Packet Radio Service)网络的智能门禁信息采集终端机，该系统具有监控范围广、无需布线等特点，对于需要远程、大范围的门禁信息采集和监控，例如大型房屋租赁的全城、甚至全国房屋信息管理，具有迫切需求。 本系统以STM8L系列微控制器作为核心，应用RFID(Radio Frequency Identification)读写器对用户刷卡信息进行认证，并通过GPRS模块将数据上传。 本文重点研究了用户信息的采集和数据的传输功能,重点包括RFID读卡芯片和射频卡的功能开发、GPRS模块与单片机的通信控制接口的开发。论述了其实现方法，包括系统设计、硬件电路设计、软件设计及系统测试。 该系统的主要功能是：使用STM8L处理器通过SPI(Serial Peripheral Interface)总线接口与RFID读写器进行通信，当有用户使用射频卡时读写器采集信息，处理器对采集到的信息进行认证，并将用户的信息和门禁系统的状态存储到存储器中。随后STM8L通过通用串口发送AT指令控制SIM900A GPRS模块，将数据以SMS(Short Messaging Service)或TCP/IP的方式发送到用户的监控设备上。 本文最终完成了智能门禁信息采集终端机的设计，实现了数据采集和传输功能，最后给出了实验样机的测试结果。 关键词： 智能门禁、STM8L、RFID、GPRS ABSTRACT The traditional RS232/RS485-based access control system cannot satisfy the rapid development of society, just because of its limited control scale and multifarious circuitry. This paper introduces a design of intelligent access information collection terminal that based on GPRS (General Packet Radio Service).The system has wide monitoring scope and wiring convenience. For those who need a remote, a wide range of access control information collection and monitoring, such as large-scale rental of the whole city, and even the national housing information management, has the urgent needs. This system uses the STM8L family microcontroller as the core, RFID (Radio Frequency Identification) reader to authenticate the user information of card, and upload data through GPRS module. This paper focuses on the user information acquisition and data teansfer function. Highlights include the functional development of the RFID reader chip and RF card, and the development of GPRS module communication with the MCU control interface. And its realization methods are discussed, including the system design, hardware circuit design, and software design and system test. The system’s main functions are: use STM8L processor through the SPI bus interface to communicate with the RFID reader；Gather information when a user uses the RF card. P、the processor for authentication of the information collected and save the user information and access control system state. Subsequently STM8L processor controls the SIM900A GPRS module by AT commands, and send data by SMS (Short Messaging Service) or TCP/IP to the user’s monitoring equipment. The article completes the design of intelligent access information collection terminal with data acquisition and transmission functions. Finally, the test results of the experimental prototype are also showed. Key words：Intelligent door monitor, STM8L, RFID, GPRS 目录 1 绪论    1 1.1 课题背景    1 1.1.1 网络型智能门禁系统    1 1.1.2 STM8L简介    1 1.2 本文的研究内容及方法    3 1.2.1 本文研究内容    3 1.2.2 本文研究方法    3 2 系统设计与硬件电路实现    4 2.1 系统设计    4 2.1.1 系统设计要求    4 2.1.2 系统组成    4 2.2 单片机系统模块设计    5 2.2.1单片机电路设计    5 2.3 GPRS数据传输模块设计    7 2.3.1 SIM900A模块介绍    7 2.3.2 数据传输的电路设计    9 2.4 RFID数据采集模块设计    11 2.4.1 MFRC522介绍    11 2.4.2 数据采集的电路设计    12 2.5 辅助部分模块设计    13 2.5.1 存储器电路设计    13 2.5.2 执行机构驱动电路设计    13 2.5.3 时钟显示电路设计    13 3 系统软件设计    15 3.1 系统主程序设计    15 3.2 数据传输部分程序设计    16 3.3 数据采集部分程序设计    18 4 系统测试    21 4.1 测试对象    21 4.2 测试环境搭建    21 4.3 测试内容    21 4.4 测试 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计     22 4.5 测试结果    23 结论    24 致谢    24 主要参考文献    24 附录    24 1 绪论 1.1 课题背景 1.1.1 网络型智能门禁系统 门禁管理系统一般分为独立型和联网型，联网型门禁管理系统通讯方式常见有RS-232、RS-485、CAN 和TCP/IP，采用TCP/IP 通讯方式的联网型门禁系统简称为TCP/IP 网络型门禁系统。 随着信息时代的发展，网络已经普及到我们的生活中。传统基于RS232/485的智能门禁系统具有控制范围小和布线繁琐等局限性，已经不能完全满足社会的需求。联网型智能门禁系统具有更广阔的应用前景，它具有布线安装方便、监控范围广等特点，可以应用于需布线简单、远距离实时监控等条件中。应用GPRS网络更是一种在全球移动通信信号能够覆盖的地方都可以被监控的智能门禁系统，更可以满足没有有线上网条件的地域。对于需要远程、大范围的门禁信息采集和监控，例如大型房屋租赁的全城、甚至全国房屋信息管理，具有迫切需求。 1.1.2 STM8L简介 STM8L是意法半导体（ST）推出了公司首个基于STM8内核的超低功耗8位微控制器系列产品。该系列微控制器采用了意法半导体独有的超低泄漏电流工艺，以推出了4个系列产品。STM8L101系列是STM8L超低功耗8位微控制器的入门级产品。该系列产品优化了成本结构，具有很高的集成度，采用超小封装。STM8L151是一个多功能8位微控制器解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，片上集成了更大的闪存和SRAM以及更多外设，支持外部晶振/时钟和更多的模拟功能，提供一个实时时钟和增强型复位功能，整合了真正的读写同步的EEPROM、DMA、快速模数转换器和数模转换器。STM8L152 在STM8L151基础上增加一个段式LCD控制器，而STM8L16X系列是在STM8L15X系列基础上添加了AES硬件加速器。 This series of micro controller used unique low leakage current technology and launched four series products. STM8L101 series is entry-level product of STM8L low power consumption micro controller. This series product  using super small package, optimizes the cost structure, and has the very high level of integration. STM8L15X系列的主要特性： （1） 工作条件： 工作电源电压范围1.8 V至3.6 V（断电时，最低1.65 V）；温度范围： - 40℃至85 可高达25℃ （2） 低功耗的特点： 共有5种低功耗模式：等待模式；低功耗运行模式（5.1 μA）；低功耗等待模式（3 μA）；活跃暂停模式（1.3 μA 实时时钟工作）；暂停模式（350 nA） 运行模式动态功耗低至150μA/MHz；每个I/O口超低漏电流为 50 nA；从暂停模式唤醒时间为 4.7 μs （3） 先进的STM8内核： 采用哈佛架构和三级流水线；最高频率为16MHz，16 MIPS；多达40个外部中断源 （4） 复位和电源管理： 低功耗，5种可选阈值的安全欠压复位；超低功耗的POR / PDR；可编程电压监测器（PVD） （5） 时钟管理： 1至16 MHz的外部高速晶体振荡器 （HSE）；32.768kHz的外部低速晶体振荡器（LSE）；内部16 MHz的工业校准RC振荡器（HSI）；内部38 kHz的低功耗RC振荡器（LSI）；时钟安全系统 （6） 低功耗RTC： 带闹铃中断的BCD日历；自动唤醒暂停模式的周期性中断 （7） 4X28的液晶驱动器 （8） 存储器： 高达64 KB的闪存程序存储器和1KB的EEPROM数据存储器（带ECC，RWW）；灵活的读取和写入保护模式；高达2 KB的RAM （9） DMA： 4个通道;支持的外设：ADC、DAC、SPI、I2C、USART和定时器；1个通道内存到内存 （10） 12位DAC输出缓冲器 （11） 12位ADC 高达1 Msps 共25个通道： 具有内部温度传感器及参考电压通道 （12） 2个超低功耗比较器： 一个固定阀值；一个轨到轨；自动唤醒功能 （13） 定时器： 两个16位定时器，2个通道（用于IC，输出捕获，PWM），正交编码器；一个3通道的16位高级控制定时器，支持电机控制；7位预分频器的8位定时器；2个看门狗：1个窗口看门狗，1个独立看门狗；1，2或4 kHz的蜂鸣计时器 （14） 通讯接口： 同步串行接口（SPI）；快速I2C 400 kHz 支持SMBus和PMBus；USART（ISO 7816接口和IrDA） （15） 多达41个I/O口，所有中断向量映射 （16） 开发支持： 快速片上编程和非侵入SWIM调试；使用USART的引导程序 STM8L系列微控制器因其超低功耗的特点主要应用于医疗仪器、仪表仪器、通信设备、报警系统、便携设备和电能及电量设备等领域。 1.2 本文的研究内容及方法 1.2.1 本文研究内容 本课题是对一种基于STM8L微控制器的通过GPRS模块传输数据的智能门禁信息采集终端机的研究。具体研究内容如下： 1、应用STM8L15X微控制器作为系统的核心控制器，实现信息采集和传输等内容。 2、应用GPRS模块的TCP/IP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 栈连接以太网实现数据的传输。包括硬件的设计及实现等内容。 3、通过非接触式射频读写器实现信息的采集。 4、最终制作出终端机的样机并进行测试。 1.2.2 本文研究方法 1、所采用的开发板： ST公司推出的一款针对超低功耗STM8L系列设计的STM8L-DISCOVERY开发板。该开发板采用STM8L152C6T6作为核心MCU，并外扩有LCD显示、IDD电路检测等外设。开发板还集成了ST-LINK仿真下载器，板上的ST-LINK可通过选择模式来切换，把这个套件作为一个独立的ST-LINK使用（使用SWIM接口调试和编程）。 图 1.1 STM8L-DISCOVERY开发板 2、所采用的软件开发环境： IAR FOR STM8 1.301 ST Visual Develop 4.3.0 Cosmic CxSTM8 4.2.4 2 系统设计与硬件电路实现 2.1 系统设计 2.1.1 系统设计要求 本课题的设计要求是实现基于STM8L的智能门禁信息采集终端机。该系统使用STM8L微控制器通过SPI总线接口与RFID读写器进行通信，当有用户刷卡时读卡器采集到用户信息，通过控制器对采集到的信息进行认证，判断用户权限，并将用户的信息和门禁系统的状态存储到存储器中。同时，STM8L微控制器通过通用串口控制GSM/GPRS模块。微控制器通过串口发送 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的AT指令控制GSM/GPRS模块通过TCP/IP协议连接公网IP地址及端口号。然后将存储在存储器中的信息读出，通过GSM/GPRS模块以SMS形式传输到监管人员的手机上，或者通过TCP/IP协议将信息传送到已建立服务器的PC机上。 2.1.2 系统组成 为了实现设计要求，该系统硬件部分主要由两大部分组成：GSM/GPRS模块数据传输和RFID读写器数据采集，而STM8L是作为控制整个系统的核心微控制器。同时还包括辅助部分：驱动门禁系统解锁的执行机构、EEPROM存储部分、时钟显示部分和电源供电部分等。本系统的具体软硬件实现会在后面章节具体说明。系统整体概况如图2.1所示。 图 2.1 系统总体框图 2.2 单片机系统模块设计 2.2.1单片机电路设计 为了满足系统需求，单片机要具有足够的外设和运算能力。本系统需要核心控制器具有两个通用同步异步收发器（简称通用串口）作为与数据采集模块和数据传输模块间进行通信的接口，同时需要有足够多的通用I/O口控制辅助单元。所以选择STM8L系列中的STM8L151C8作为该系统的核心控制器。 其主要特点： （1）工作电压1.8V-3.6V （2）最高主频为16MHz （3）64K FLASH （4）2K RAM （5）1K EEPROM （6）3个16位通用定时器；1个16位高级定时器；1个8位通用定时器；RTC定时器；看门狗定时器等 （7）3个通用串口（USART） （8）1个I2C接口 （9）2个SPI接口 （10）25个ADC输入通道；2个12位DAC；2个比较器 （11）41个通用I/O口 （12）采用LQFP48(7X7)封装 本系统使用外部16MHz晶振作为单片机的系统基准时钟源，该单片机采用非侵入SWIM进行调试。为了方便开机设置时间，本系统还留有两个按键以使用。单片机最小系统如图2.2所示。同时为了方便单片机与外部PC机或其他控制器进行通信调试，该单片机系统还外扩了RS-232和RS-485通信接口电路，分别使用的是MAX3232和SP3485电平转换芯片。该电路也引出了许多I/O口，方便以后扩展使用，电路如图2.3所示。 图 2.2 单片机最小系统图 图 2.3 RS-232和RS-485通信接口电路图 该系统供电电压为3.3V,采用TPS79333电源转换芯片，持续输出电流最大能达到200mA，供电电路如图2.4所示。 图 2.4 系统电源供电电路图 2.3 GPRS数据传输模块设计 本系统采用SIMCOM公司的SIM900A GSM/GPRS模块作为数据传输部分的核心器件。它可以通过发送SMS短信或者通过内嵌的TCP/IP协议连接固定的IP地址和端口号实现数据的传输。 2.3.1 SIM900A模块介绍 SIM900A是SIMCOM公司专为中国市场设计的双频GSM/GPRS模块，采用工业标准接口，完全采用SMT封装形式。 其主要特性： （1）基本情况： 双频 900/ 1800 MHz GPRS multi-slot class 10/8 GPRS mobile station class B 满足GSM 2/2+ 标准： – Class 4 （2 W @900 MHz） – Class 1 （1 W @ 1800MHz） 尺寸： 24*24*3mm 重量： 3.4g 通过AT命令控制 （GSM 07.07 ,07.05 and SIMCOM 增强AT命令集） SIM应用工具包 供应电压范围： 3.2V-4.8V 低功耗：1mA（睡眠模式） 工作温度范围： -40°C to +85 °C （2）传真 Group 3, class 1 （3）数据传输 GPRS class 10：最大85.6 kbps （下行速率）；支持PBCCH；Coding schemes CS 1, 2, 3, 4；CSD达14.4 kbps；USSD；非透传；PPP-stack （4）短信 点对点MO and MT；短信广播；文本和PDU模式 （5）软件特性 0710 MUX 协议；嵌入型TCP/UDP协议 ；FTP/HTTP （6）语音 Tricodec – 半速率（HR） – 全速率（FR） – 增强型全速率（EFR） 支持回声抑制算法 AMR – 半速率（HR） – 全速率（FR） （7）接口 支持SIM卡3V / 1.8V接口；模拟音频接口；支持RTC；SPI接口；串行接口；天线焊盘；I2C；GPIO；PWM；ADC （8）兼容性 AT cellular command interface 该模块采用SMT封装形式，其引脚图如图2.5所示 图 2.5 SIM900A引脚图（顶视图） 2.3.2 数据传输的电路设计 该数据传输电路是将采集到的数据通过SIM900A GSM/GPRS模块传输到用户手机或PC机上。 SIM900A采用单电源供电，电压范围从3.2V到4.8V，推荐电压为4V。该模块在开机注册网络时发射的突发会导致电压跌落，这时的电流峰值最高会达到2A。因此，电源的供流能力不能低于2A。为了防止开机时电压突降后低于工作电压从而导致模块自动关机，本系统在靠近模块的地方使用了2个容值相差100倍左右的旁路电容。系统选用MIC29302作为给SIM900A供电的电源转换芯片，输出4V电压最大输出电流为3A，能够满足SIM900A的需求。SIM900A内置RTC功能，同时具有RTC供电引脚。为了能在模块关机情况下确保RTC正常运转，本系统选用3V纽扣电池CR1220作为给RTC时钟供电的电池。数据传输部分供电电路如图2.6所示。 图 2.6 数据传输部分供电电路图 STM8L151C8单片机是通过USART通用串口与SIM900A进行通信的。为了方便调试该模块，该模块除了与STM8L单片机的通用串口连接，还将SIM900A的USART接口外接MAX3232转换为RS232电平连接9针串口母座，这是为了方便与PC机连接进行调试。所以SIM900A模块可以选择通过PCB板上的STM8L单片机控制，或与板外单片机/PC机通过9针串口连接接受控制，该模式的转换由两个短接帽JP2选择。同时SIM900A模块还引出两根线连接插针，为了方便与单片机的两个I/O口连接，一条是单片机控制SIM900A模块开关机的PWRKEY，另一条是SIM900A模块是否接收到短信或其他数据的反馈线。SIM900A还连接SIM卡插座 ，本系统选择6引脚SIM卡插座。同时还有模块的按键复位电路、网络连接指示灯电路和模块状态指示灯电路等。数据传输系统电路如图2.7所示。 图 2.7 数据传输系统电路图 2.4 RFID数据采集模块设计 2.4.1 MFRC522介绍 MFRC522是恩智浦（NXP）公司生产的一款高度集成的非接触式读写器芯片。此模块利用调制和解调的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。 其特性： （1） 高度集成的模拟电路，解调和译码响应。 （2） 缓冲的输出驱动器与天线的连接使用最少的外围元件。 （3） 支持ISO 14443A/MIFARE 。 （4） 读写器模式中与ISO 14443A/MIFARE的通信距离高达50mm，取决于天线的长度和调谐。 （5） 读写器模式下支持MIFARE Classic加密。 （6） 支持 ISO 14443 212kbit/s 和424kbit/s 的更高传输速率的通信。 （7） 传输频率是13.56MHz。 （8） 支持的主机接口 -10Mbit/s的SPI接口 -I2C接口，快速模式的速率为400kbit/s -串行UART,传输速率高达1228.8kbit/s，取决于RS232接口，电压电平取决于提供的管脚电压 （9） 64字节的发送和接受FIFO缓冲区。 （10） 灵活的中断模式。 （11） 低功耗的硬件复位功能。 （12） 软件掉电模式。 （13） 可编程定时器。 （14） 内部振荡器，连接27.12MHz的晶体。 （15） 3.3V 的电源电压。 （16） CRC协议处理器。 （17） 自由编程的I/O管脚。 （18） 内部自测试。 该芯片的简化功能框图如图2.8所示。 图 2.8 MFRC522简化框图 2.4.2 数据采集的电路设计 数据采集部分是当用户刷卡时，将用户的信息通过RFID读写器采集到微控制器中。 本文选择的RFID读写器选用MFRC522模块，该模块与微控制器通信方式有三种，分别是SPI、I2C或串行USART模式。为了实现高速的信息采集，本文选择SPI方式与微控制器进行通信。该模块引出的接口由NSS、SCK、MOSI、MISO、RST、VCC和GND组成，应用时直接与微控制器连接即可。该模块电路如图2.9所示。 图 2.9 MFRC522读写模块电路图 2.5 辅助部分模块设计 2.5.1 存储器电路设计 该系统采用EEPROM存储器，芯片选用为AT24C128。AT24C128是一个128K位串行CMOS EEPROM,内部含有16384个字节。该器件通过I2C总线接口进行操作，供电电压为2.7V-5.5V。该存储器为存储采集到的数据所用，电路图如2.10所示。 图 2.10 存储器电路图 2.5.2 执行机构驱动电路设计 这里指的执行机构驱动电路就是驱动开关门锁的驱动电路。本电路是一个需要控制大电流器件的模拟电路，为了防止器件的通断影响单片机的正常工作，本电路采用了光耦作为隔离器件并使用MOS放大电流驱动大功率器件。驱动电路如图2.11所示。 图 2.11 执行机构驱动电路图 2.5.3 时钟显示电路设计 为了在开机上电后能够方便的设置时间，本文还设计了LCD时钟显示电路。该电路采用HT1621芯片作为LCD驱动芯片。该芯片的工作电压为2.4V-5.2V,是一款32×4、内存映像和多功能的LCD驱动芯片，适用于多种LCD场合。本文中使用HT1621驱动的是一款20个引脚的段码式LCD液晶屏。时钟显示电路如图2.12所示。 图 2.12 时钟显示电路图 3 系统软件设计 3.1 系统主程序设计 该系统的功能是当有用户刷卡时读取卡中的信息，如果用户具有进入的权限，执行机构将解锁门禁 。同时，用户的信息将被保存在存储器中，通过GSM/GPRS模块以短息或通过TCP/IP协议将信息发送到监控设备中。 终端机开机上电后首先要进行初始化。其中包括I/O口、I2C、USART、RTC等控制器的外设。然后对存储器、GSM/GPRS模块和RFID读写器、时间设置等4部分进行初始化。其流程如图3.1所示 图 3.1 系统初始化流程图 系统初始化结束后，设置微控制器为1秒唤醒一次的模式，随后进入活跃暂停模式。在该模式中只有外部低速时钟和RTC运行，CPU和其余外设都进入关闭状态，从而达到最低功耗的状态。当1秒钟到达后系统被唤醒，RFID读写器进行寻卡处理，如果没有卡接近RFID读写器，系统将重新设置成1秒唤醒模式并进入低功耗状态；如果此时有用户持卡接近读写器，用户卡中的信息将被RFID读写器读出。读取信息后传给STM8L处理器，判断该用户是否具有开锁权限，如果用户具有权限则控制执行机构解锁。然后将用户信息存入存储器中，并通过GSM/GPRS模块将信息发送到监控设备上。发送结束后再次设置系统为1秒唤醒模式并进入低功耗状态。其流程如图3.2所示。 图 3.2 主程序流程图 3.2 数据传输部分程序设计 SIM900A模块是数据传输部分的重要组成部分，微控制器是通过AT指令集对SIM900A进行设置和操作的。AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的，一套专为GSM设计的指令集。该指令集是由主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制的一整套AT指令。AT指令在此基础上演化并被加入GSM07．05标准以及现在的GSM07．07标准。现在已经是一套完全标准化和比较健全的标准了。表3.1列出了本系统主要的AT指令。 表3.1 该系统主要的AT指令 指令 功能 AT+CSCLK 配置慢时钟 AT+CCLK 设置时钟 AT+CREG 网络注册信息 ATH 挂机控制 AT+CMGF 选择短消息格式 AT+CMGS 发送短消息 AT+CMGR 读取短消息 AT+CMGD 删除短消息 AT+CIPSTATUS 查询当前连接状态 AT+CIPCLOSE 关闭TCP或UDP连接 AT+CIPSTART 建立TCP连接或注册UDP端口号 AT+CIPSEND 发送数据     系统上电后，进行GSM/GPRS模块的初始化，首先要控制SIM900A模块开机。开机后STM8L微控制器要通过USART发送“AT<回车>”与SIM900A模块进行波特率同步，完成后将发送指令查询并等待SIM卡注册成功。注册成功后设置SIM900A为允许进入SLEEP模式。随后，设置传输数据的模式（短信模式或TCP协议模式）。 （1）短信模式：首先要设置为发送Text模式和接收短信的号码。随后等待需要上传数据时，将存在存储器中的数据读出并编辑成短信发送到指定号码上。 （2）TCP协议模式：首先要发送AT指令通过TCP协议连接监控终端的IP地址和端口号。随后就同短信模式一样等待需上传数据时，从存储器读出数据并发送给监控终端。 在允许进入SLEEP模式下，如果超过5S通用串口没有数据传输并且没有中断产生（来电，来短信等），模块就会进入SLEEP模式，功耗低并且模块仍能接收来自网络的呼叫和信息，不会影响数据的发送和接收。 GSM/GPRS模块初始化流程如图3.3所示。 图 3.3 GSM/GPRS模块初始化流程图 当信息采集部分采集到用户信息后，会将用户信息存在一个结构体中，这些信息包括用户姓名、ID号、联系方式以及用户是否具有进入权限。当数据传输部分需要发送信息时，将该结构体中的信息存储到一个存放发送内容的字符数组中。同时获取RTC的时间存入该数组，从而组成一个完整的发送信息字符串。随后通过GSM/GPRS模块发送出去。 3.3 数据采集部分程序设计 在数据采集部分我们使用的是恩智浦公司的MFRC522芯片，其支持ISO 14443A/MIFARE标准。本文中使用的IC卡片是Philips 开发的无线智能卡芯片 Mifare MF1 IC S50，该卡片工作频率为13.56MHz,通信速率为106KBPS，每张卡有唯一的序列号，数据可以保存10年，可改写10万次,容量为8K位EEPROM。该卡片的存储器结构为1024x8位的EEPROM，存储器被分成16个扇区，每个扇区中有4个块，每块有16字节。每个扇区的最后一个块存储着密码A（6个字节）、存储控制（4个字节）、密码B(6个字节)，其余三个块是一般的数据块（0区的第一个块为厂商代码信息，不可改写）。该卡的存储结构如表3.2所示。 表3.2 Mifare MF1 IC S50存储结构 扇区 块 描述 15 63 第15区尾块 62 数据块 61 数据块 60 数据块 14 59 第14区尾块 58 数据块 57 数据块 56 数据块 …… 本文使用该卡存储用户的基本信息和权限等级，用户信息包括姓名、ID号和联系方式，将这些用户信息和权限等级分别存储到不同的数据块中。数据分配如表3.3所示。 表3.3 IC卡信息分布表 存储位置 内容 字节数 块1 姓名拼音 16 块2 ID号 8 块4 联系方式 11 块5 权限等级 1       对于数据采集部分来说，系统上电后STM8L单片机会通过SPI接口对MFRC522读写模块进行初始化。然后处于系统等待被唤醒的状态。当系统被唤醒后，读卡器进入工作状态并开启天线。随后，读写模块会进行寻卡，当寻到卡后进行防冲撞处理，处理通过后会进行选卡，如果选卡成功将会把IC卡中分别预先存在块1、2、4、5中的数据读出，并存进一个结构体中等待处理，同时关闭天线进入低功耗状态。同样，如果途中哪一过程未成功则都会关闭天线进入低功耗的状态等待下1秒被唤醒。数据采集部分流程如图3.4所示。 图 3.4 数据采集部分流程图 4 系统测试 4.1 测试对象 测试对象为智能门禁信息采集终端机系统。系统包括信息采集部分、数据传输部分等。 4.2 测试环境搭建 1、硬件环境：硬件环境如图4.1所示，整个环境包括智能门禁信息采集终端机系统板1块、Mifare标准 MF1 IC S50卡两张、PC机一台、2800mAh 1.2V充电电池4节、手机SIM卡两张、手机一部、3位半MASTECH/MS8215多功能数字万用表一台。 2、软件环境： SocketTool v2.5。 3、开发环境：IAR FOR STM8 1.301。 图 4.1 测试环境 4.3 测试内容 测试内容主要是对数据采集和传输功能的测试，测试分为两个不同的传输方式。一种是通过短信息的方式发送到手机上，另一种是通过TCP/IP协议发送到用于监控的PC机上。还对整个系统进入待机状态的功耗进行了测试。 1、通过短信息方式： 分别使用两张已存入不同信息的IC卡靠近终端机的RFID读写器,通过GSM/GPRS模块编辑短信并发送到指定手机，看手机是否能正确的收到卡中正确的用户信息和刷卡时间。 2、通过TCP/IP方式： 通过GSM/GPRS模块与已在PC机上创建的公网IP地址的端口连接，分别使用两张已存入不同信息的IC卡靠近终端机的RFID读写器，终端机通过TCP/IP将数据传输到PC机上，看PC机是否能够收到正确的用户信息和刷卡时间。 3、待机功耗测试 使用数字万用表测量系统功耗。 4.4 测试流程 1、短信息方式： （1）将一张手机SIM卡装入终端机，并在代码中设置发送对象手机号码为另一张手机卡号码。 （2）为终端机系统上电，并等待SIM卡注册上GSM网络。 （3）将一张已存好数据的IC卡靠近RFID读写器。因系统为1秒寻找一次卡片，所以要等待1秒左右后移开IC卡。 （4）查看手机是否收到终端机发来的用户信息的短信。 2、TCP/IP方式： （1）将一张手机SIM卡装入终端机，在连接了互联网并具有公网IP地址的PC机上打开SocketTool v2.5软件，并建立TCP服务器监听一个端口号。 （2）将公网IP地址和被监听的端口号写入代码中并下载到系统中，随后上电等待SIM卡注册上GSM网络，并查看PC机上已建立的服务器是否已有客户连接到被监听的端口上。 （3）将一张已存好数据的IC卡靠近RFID读写器。因系统为1秒寻找一次卡片，所以要等待1秒左右后移开IC卡。随后测试两张卡重叠靠近读写器的情况。 （4）查看PC机软件监听的端口是否收到终端机发来的用户信息。 3、待机功耗测试 将万用表调至量程为mA的电流档，并串入电池与系统板间。随后系统会上电，观察万用表的值并做 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 。随后分别断开RFID读写器模块和液晶显示部分的供电，分别测量其电流并做记录。 4.5 测试结果 预先存在两张卡中的数据如表4.1所示。 表 4.1 卡中的用户信息 内容 第一张卡 第二张卡   Name ZhouShang XiaMing   ID 08521127 08111111   Phone 137******** 132********   Authority YES NO         通过短信方式发送到手机上的用户信息如图4.2所示。 图 4.2 手机接到终端机发来的短信 通过TCP/IP方式发送到PC机上的用户信息如图4.3所示。 图 4.3 终端机发送到PC机上的数据 当用户持两张重叠的IC卡接近读写器时，读卡器不会读出任何一张卡的信息或混乱的信息，这证明了防冲撞的实现。 功耗测试结果： 系统刚上电后,GSM/GPRS模块进入网络注册阶段，流过整个系统电流约为200 mA；射频卡接近读写器时系统耗电约为35 mA；当系统进入低功耗等待状态时耗电约为3.1 mA。断开RFID读写器模块和液晶显示部分，测得GSM/GPRS在低功耗睡眠状态耗电约为1 mA、RFID读写器模块低功耗状态下耗电约为几十μA、液晶显示部分约为0.5 mA、2个LED灯耗电约为1 mA、微控制器约为0.5 mA。系统使用4.8V电池供电，所以在低功耗状态下系统功耗约为15 mW。系统进入低功耗状态下，功耗测试如图4.4所示。 图 4.4 系统功耗测试图 结论 本课题完成了基于STM8L处理器的智能门禁信息采集终端机软硬件设计及调试，最终实现和用户信息的采集和传输。本课题主要完成了以下工作： 1、对智能门禁信息采集终端机进行了研究，确定了系统整体方案。 2、采用SIM900A作为系统的GSM/GPRS传输模块，设计并调试了SIM900A的接口电路，使系统实现了数据的传输。 3、采用MFRC522模块作为数据采集的核心器件，调试了模块的接口电路，实现了用户信息的采集。 4、设计了LCD显示电路，方便了系统上电后实时时间的校准。 5、设计了以AT24C256为存储器的电路，并实现了采集数据的存储。 6、采用STM8L151C8作为系统的核心控制器，编写了系统总体程序，实现了对其他模块的控制与数据的处理，并对整个系统的功耗进行了测量。 7、完成了智能门禁信息采集终端机样机系统的设计与调试，实现了用户信息的正确采集并通过短信息和TCP/IP两种方式的数据发送。 在模块的开发和完善方面还有很多工作要做，以下几个方面的工作是接下来继续要完成的： 1、完成短信和GPRS数据接收的解析，实现终端机可以接收并处理手机或PC机发来的命令，从而增强终端机的交互性，使终端机具有无线查询、设置等功能。 2、进一步优化系统整体的功耗，以增加系统待机时间，增强系统稳定性。 致谢 首先要衷心感谢我的导师王铁流教授，在课题研究和论文撰写的整个过程中，导师都严格要求，悉心教导。导师严谨的治学态度和严格的学习要求以及平易近人的学者风范都给我留下了深刻的印象。在此向王铁流教授致以崇高的敬意和衷心的感谢。 同时，我要感谢知行楼611的师兄师姐们在这半年中给予我的关心、鼓励及帮助，你们的建议令我受益匪浅。 此外，我还要感谢实验学院各位老师，是您们带我走进了这个专业的世界，那些谆谆教诲将成为我不断学习的动力。 最后，感谢陪我一起度过四年大学生活的同学们，感谢你们这四年来对我的支持和鼓励。 主要参考文献 [1] 潘志栋. RFID门禁机的软硬件低功耗协同设计. 太原理工大学硕士毕业论文.2006 [2] 魏振钢，宋庆国，张建军，张子振. 基于以太网的分布式智能门禁系统. 计算机工程与设计.2007.2 [3] 杨莉，郑传涛，宋占伟，于枫. 基于RS485总线和RFID的智能门禁系统实现. 青岛科技大学学报.2007.10 [4] 陈琦，丁天怀，李成，王鹏. 基于GPRS/GSM的低功耗无线远程测控终端设计. 清华大学学报（自然科学版）.2009 [5] 瞿小玲，王洁. RFID在智能门禁系统中的应用. 黑龙江科技信息.2011 [6] 来国军，徐平. 基于以太网技术的门禁控制系统. 装备指挥技术学院学报.2003 [7] 周润景，张丽敏，王伟. Altium Designer原理图与PCB设计. 电子工业出版社.2009 [8] 李珩. Altium Designer 6 电路设计实例与技巧. 国防工业出版社.2008 [9]  STMicroelectronics , RM0031 STM8L15X Reference Manual. 2011 [10]  STMicroelectronics , AN3029 Application Note . 2011 [11]  SIMCOM , SIM900A Hardware Interface Description V1.03. 2010 [12]  SIMCOM , SIM900A AT Commands Set V1.03. 2010 [13]  NXP , MFRC522 Datasheet ,2007 [14]  PHILIPS ，Mifare MF1 IC S50 Functional Specification ,1998 [15]  ATMEL , AT24C128/AT24C256 Datasheet ,2002 附录 系统整体电路图：