基于RC522的射频门禁控制系统

基于RC522的射频门禁控制系统 编 号: 审定成绩: 重庆邮电大学 毕业设计(论文) 设计(论文)题目:基于RC522的射频门禁系统 学 院 名 称 : 通信学院 学 生 姓 名 : 吴泽宇 专 业 : 通信工程 班 级 : 0111013 学 号 : 2010214294 指 导 教 师 : 田增山 答辩组 负责人 : 填表时间: 2014 年 5 月 重庆邮电大学教务处制 摘 要 RFID技术是在雷达技术的应用过程中开发起来的一种自动识别技术。比如目前那些简单的射频技术应用模块就包括读写器和标签，一般读写器和标签是模块应用当中必备的两个关键器件。就像是那些条码读写系统，但是它的工作原理是不同的，条码识别是一般是光学技术而无线电技术是被用在射频技术里面的。 射频识别技术发展很快尤其是在国外，philip、motorola公司还有其他一些做射频的世界著名厂家都有射频技术类产品，不过由于 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 没有统一，众多的产品都是分别应用在各自公司的系统当中而缺乏通用性。在很多西方国家，RFID技术早就被广泛应用于商品生产、贸易自动化、交通运输管理大量应用了射频技术。目前，RFID应用在中国已经迎来了发展的高峰期，RFID技术的应用已经广泛地普及、提高起来。 在RFID系统应用，读卡器模块是最重要一个部分，它的功能是把tag当中的资料读取到微控制器当中去，这个操作需要通过相应的射频电路，来实现检测tag当中资料的目的。本设计的主要方向时设计门禁的读写模块的工作。 智能射频门禁系统功能是将射频辨识与ic卡技术连接起来，在非触式ic卡中使用无线双向通讯，在安防系用当中把人员出入信息、设备登记信息完全记录在案，控制重要场所的出入访问。由于智能门禁具有明显的安全、便捷性，其应用十分广泛，对于实现人员有效管理、提高办公效率具有重大意义。 本文我们采用是飞利浦公司MF rc522射频芯片，来介绍通用射频卡读写模块大致功能的软硬件设计:最初我们介绍RC 522芯片、Mifare1射频卡还有STC89c52单片机的内容，接着给出系统的构成，天线设计在这里不予以描述因为我们使用的是完整的基站芯片模块，然后给出单片机与基站芯片RC 522、液晶显示屏lcd1602的硬件接口和RC 522与天线的硬件接口连接图，最后给出相应的软件控制部分的设计思路和各个模块的程序代码。 【关键词】RFID MF RC522 Mifare1 STC89C52 LCD1602 1 ABSTRACT RFID technology is identification technology used in many filed and which developed well on the basis of the radar research . For example, a simple RFID application system including reader-writer， labels, it works similar to bar code reading and writing system but the operating principle is different, barcode recognition is based on optical technology and RFID is a radio technology. RFID technology developing quickly, especially in other country such as USA, the world’s big manufacturers Philip, MOTOROLA and so on have their RFID products because there is no unified standard, so their products each have their characteristic, sui generis. In abroad, RFID has been used spread out in the fields of business ,industrial automation produce, transportation control management, and many other fields.. Today, a development peak of RFID in China has already set out, the RFID application has been very popular. In the RFID research, the most important part is the card reader module, its function is to read information of a label through radio frequency circuit to the MCU, achieving the goal of detecting the label information. The main direction of this design is to design the card reader module and peripheral circuit design for the entrance guard system In this paper, we use the philips company ‘s MF RC522, which is base station chip, to introduce the design of general RF card read/write module: first, introduce RC 522 chip, RF card Mifare1 and STC89c52 SCM features, then introduct the composition of the system and the design method of the antenna, and then gives the hardware interface of microcontroller and the base station chip RC 522, LCD display lcd1602 , finally introduct the control part of the software’s design idea and program code of each module. 【Key words】 RFID MF RC522 Mifare1 Card MCU(STC89C52) 2 LCD1602 目录 工贸企业有限空间作业目录特种设备作业人员作业种类与目录特种设备作业人员目录1类医疗器械目录高值医用耗材参考目录 摘要 ...........................................................- 1 - 第一章 绪论 ...................................................- 5 - 第一节 前言 ...................................................- 5 - 第二节 RFID发展现状 .......................................... - 6 - 一、 国外的发展状况 .........................................- 6 - 二、 国内的发展状况..........................................- 7 - 第三节 论文结构安排 ...........................................- 8 - 第五节 本章小结 ...............................................- 8 - 第二章 系统总述................................................- 9 - 第一节 系统结构组成 ...........................................- 9 - 第二节 系统工作原理 ...........................................- 9 - 第三节 系统信号流图 ...........................................- 9 - 第四节 系统功能需求 ...........................................- 10- 第五节 系统技术需求 ...........................................- 10- 第六节 本章小结................................................- 10- 第三章 射频读卡器硬件设计 .....................................- 11- 第一节 关键器件 ...............................................- 11- 一、控制器STC89c52............................................- 11- 二、基站芯片MFRC522.............................................- 12- 三、液晶显示屏LCD1602...........................................- 13- 四、继电器模块 ...............................................- 15- 五、单片机与MFRC522硬件接口.....................................- 15- 六、矩阵键盘模块................................................- 18- 第二节 本章小结 ...............................................- 18- 第四章 射频门禁软件设计 .......................................- 19- 第一节 系统软件总体设计........................................- 19- 一、总体主程序..................................................- 19- 二、总体流程图..................................................- 20- 3 第二节 对Mifare卡的操作流程.....................................- 20- ....................................................- 20- 一、复位请求 二、反碰撞操作..................................................- 21- 第三节 系统读卡程序设计.........................................- 21- 一、RC522初始化程序.............................................- 21- 二、射频卡处理程序..............................................- 21- 第四节 键盘操作子程序...........................................- 22- 第五节 Keilc开发平台............................................- 23- 第六节 本章小结.................................................- 24- 第四章 总结 ....................................................- 24- 第一节 工作总结.................................................- 24- 第二节 致谢.....................................................- 25- 第三节 参考文献.................................................- 26- 附录 ...........................................................- 27- 一、电路设计图 ................................................ - 27- 二、源程序 .................................................... - 66- 4 第一章 绪 论 第一节 前言 自从上个世纪中后期以来，有了科学研继续速深入，智能化的时代的到来，计算机、自动控制和移动通讯技术的发展，已经在深改变人们的日常工作和生活习惯。本文将要讨论射频技术的一种典型应用。 在90年代后期，岛国首次描述了“Ubiquitous网络”意思，即是“the network in anywhere”。这类网络把讯息面向的目标从人扩展到物与物之间，形成所谓的“物联网”，使得通信方式不光是人之间了，还包含了人与物、甚至是物体与物之间。可上网设备更加广泛数量更加巨大，包括冰箱到电视、智能大楼、汽车、手机、甚至眼镜等等，他们就像互联网时代的计算机一样接入到网络中去，形成物与物的通信方式。这种“the network in anywhere”使得我们可以在任何地点接触到网络，通过它来获取丰富的信息资源。这一应用场景反映了人类要他们能够在求未来更加方便快捷地获取信息，并且量上面更加丰富。 而这种网络的实现是需要先进技术作为基础的，之前人们普遍认为射频识别技术便是物联网的技术底子，目前看来，它起码是未来讯息范畴中的关键环节，它是一种利用射频技术来完成的免触辨识的科学，它的特点有允许高速读写、非可视判别、移动通信、多目标识别、长期跟踪定位及治理等等。RFID与互联网、通讯技术等相结合，可以完成全世界规模的物品跟踪与消息同享，促进经济发展、生活质量的提高、增强社会管理、国防安全等。随着关键技术的不断完善，RFID产业将会形成一个高技术产业群，成为我国新的经济增长点。所以，它正在形成在互联网热潮之后的有一个热点，受到各个方面的高度关注的一个新的领域。 我们国家已经发现了这个技术的市场是巨大的同时也具有一定的战略意义，所以决心搞好射频技术，促进它在我国的发展。2006年6月，我国当局发表《射频识别技术战略白皮书》，我国这是第一次针对单种技术发表的 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 。它详细描述了RFID的发展前景与趋向、主要内容和RFID在我国发展的战略部署。当年10月，科技部863将此射频列为十一五重大项目，先进制造技术领域之一。此专项便是关于RFID在我国产业发展中的共性技术和具备发展潜力的前瞻技术、生产化相关的主要技术、实用关键技术、各行业通用或企业RFID技术典型应用和RFID协议研究五大目标开展RFID技术和应用研究，夺取在几年内达到全球先进的水平，创设我国RFID自主创新系统、自主RFID标准和大众使用体系。 5 随着经济不断发展，社会的发展，人们越来越多地享受着科技带来的好处，对于交通、无线、身份识别、安保体系等人们开始使用IC智能卡，银行系统应用得也比较广泛。各种“一卡通”给我们生活带来了质量上的提高。免触ic是近来发展起来的技术，无源和免接触的困难由此获得了解决，是个关键性的成就。高度的安保、使用上面的简单化使其在各个领域应用广泛，不过到目前为止，这项技术依然需要进一步的发展。此项技术发展空间还是很大的。其中，读卡器是系统中最为重要的一个部分。 第二节 RFID技术的发展现状 一、 国外的发展状况 在当今世界，免触IC卡的主流是飞利浦MIFARE技术，该技术在90年代初发明 的，90年代中期年推向全球市场。95年第一个使用Mifare卡技术的系统应用于法国、英国、加拿大等国的公交车系统当中。这年10月首次应用于停车场收费系统。此后，philips公司不断优化Mifare结构平台。如今，已经拥有很多系列的ic卡集成电路。目前，它的Mifare在非接触ic卡方面占有80%的市场份额，是非接触ic的工业标准。现在已经广泛应用于各个行业，比如公共交通，电子车票，付费电话，门禁，人事管理等等。 目前我国引进，便是飞利浦的Mifare和Atmel的Temic卡。 MIFARE是智能卡，内置的中央微处理器，并下令在保密性，身份验证逻辑，算术和其他微控制运作方面有序执行。。Mifare卡读写器也是使用飞利浦公司生产的读写模块。随着技术的进步，目前使用的读写芯片是MF RC522.本文就是用这个芯片来设计开发门禁系统的。 二、 国内的发展状况 由于中国在射频技术是相对较晚，在这个领域的技术落后于其他有些国家，特别是芯片设计相对落后，很多企业都认识不到射频技术的各个关键点，硬件设施的缺失也是发展缓慢的一个原因。 也因为如此，我国射频技术的发展空间比较大，前景广阔，在93年来，我国开 6 始实施金卡工程 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，努力开发射频技术。当前，我国在这方面取得良好的发展: 这个技术应用到了学生、军官、身份证件上面 。生分证是我国射频应用最大的一个项目，它由清华同方提供的解决方案，使用非接触式IC卡thr10xx，THR10XX是射频技术的全套方案，已经在公交、身份检测上面得到普遍的利用。 另外还有上海华虹电子研制的SHC1105，和复旦微电子设计的FM17XX系列，前者用于ISO/IEC15693协议在物流、 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 等领域使用。ISO14443标准的系列，各自用在13.56MHZ频率下的TapeA、TapeB、15693三种免触协议同时支持Mifare和SH标准算法加密，可以兼容飞利浦公司的RC522等读写，适用于各种计费系统。以下罗列几种广泛应用的领域。 ?安防 门禁系统可运用射频卡。一张卡可以有多种用途。比如，可以用来做各种通行证、工作证、饭卡等等或者是护照等，目的就是识别身份便于管理、节约成本、提高工作效率、安全保护。只需一台读写器，人员佩戴射频卡，就能实现这个系统的运作。 另外，公司可以给所有的财产贴上对应的射频卡，将射频卡贴在物品上面，比如办公室的计算机、打印机、实验用品。可以实现自动跟踪管理这些财产，比如某件物品离开公司会有相应的扫描纪录，或者直接报警方式限制物品的离开。还有汽车防盗的应用当中，司机佩戴的射频卡在被车内读写器读写完成之后，引擎才可以启动。 ?运输 射频技术在高速公路收费系统里面的应用，是此项技术最好的实现之一。当前，速公路的发展很快，不过收费问题一直存在，比如收费等待时间长造成道路拥堵，收费员贪污受贿等等。射频可以实现自动计费，而且在车辆通过时候自动扫描，节约大量等待时间。 ?仓储管理 用于智能仓库管理的RFID系统，可以有效地解决货物的相关流程管理信息的问题，不仅增加了货物装卸速度，而且所有的信息监控货物可以得到实时管理。库房大门上面通常贴上射频卡，叉车上有读写器和天线那些设备，将条码贴在每个货物上面，仓库的中央计算机里有货物全部信息，货物的相关信息可以再计算机上找得到。当物品取出，由一识别器读取并示知中心它被放在哪些个拖车上。如此，管理中心能够及时地了解到已经出产了多少产物和发送了多少产物。 ?产品防伪 假造现象是在全球使人头疼的事情，将射频辨别技术应用在这方面有它本身固有的优势。防伪技术自身必须成本低，且难于假造出来。这样使得有低廉的卡片成 7 本，而芯片一般难于伪造，使假造者更难弄弄虚作假。卡面内部自带内存，能够储存、改写与产品相关的参数，利于经销人员使用;小巧的体积、产品封装很方便。像生产电脑、生产激光打印机、电视等利用此项技术可以大大提高效率。 第三节 论文结构安排 本文介绍飞利浦公司MF RC522为基站芯片，以Mifare射频IC卡为读写对象，以STC89c52单片机为微控制器的设计方案。本文大致安排如下: 第一章:介绍射频技术背景和意义，说明射频卡技术和Mifare射频卡，介绍国外国内的射频应用与研究情况。 第二章:介绍读写器的硬件模块，介绍组成原理，对于其中主要器件MAX232\RC522\STC89C52做简单阐述，还有各种接口的设计。 第三章:介绍读写器软件设计，介绍对Mifare卡的运作程序、程序设计和程序图，最终进行硬件调试。 最后是论文总结。 第四节 本章小结 本章首先从远射频技术的研究背景和意义等方面对题目进行了透彻的分析，阐明了射频技术应用在人们未来生活中的重要性。接着在一些有关安防、运输、仓库管理、产品防伪等射频技术应用的领域列举并比较，确定了本文将采取 51单片机、RC522芯来设计门禁实现，结尾对本文的研究实质和组织安排进行了介绍。 8 第二章 系统总述 第一节 系统结构组成 有STC89C52、RC522、232通信模块系统。系统的工作方式先是由单片机控制RC522驱动天线对卡片进行读写操作。然后根据得到的数据来对其他的器件进行响应操作。最后与PC之间进行通信，并把数据传送给上位机，不过本文的项目实现不用PC机直接用继电器来表示响应的结果，继电器的开关代表门禁系统的打开与关闭。 第二节 系统工作原理 读写器工作时，与Mifare卡专用的读卡芯片(MF RC522)连接的天线一直不间断产生确定频率的电磁波(13.56MHZ)，拿识别卡进入扫描区域的时候，该卡具有一个固有频率与读写器发出的频率一样的LC串联谐振电路，这样在电磁波的驱动下，LC谐振电路共振，使电容充电有了电荷，可以储存能量。一单项导电的电子泵接在另一端上面，电容内电荷被送到另一个电容存储，能量得到转移。当电容器充电至2V时，卡片其余的电路工作电压就会由此电容就作为电源提供，将卡内数据发送，或者保存接收到的数据。 第三节 系统信号流图 9 EEPROM用来存储配置、通信纪录和卡的数据，另外有看门狗电路用来避免死机，lcd、beep及keys来实现人与机器的接口。由PC机用软件实现对读写控制器的管理、设置、数据传递，和考勤记录，生成报表等功能。 第四节 系统功能需求 整体上解决学校宿舍进出人员登记信息不齐全，提高效率，加强人员出入管理体制问题。 射频卡只能使用在归属的那栋宿舍的门禁系统上面; 学生可以通过刷卡或者输入学号进行开锁; 学号可以修改为自定义的密码; 忘记密码可以初始化自己密码为学号; 12点以后门禁锁死; 宿管阿姨处有门禁控制开关; (由于条件限制，实际设计的是简化的门禁系统，实现主要的功能) 第五节 系统技术需求 1、读卡频率:13.56MHz 2、速率:9600bps , 115200bps 3、射频识别距离不超过10cm; 4、完成整个操作时间不大于0.5秒; 5、卡片上的数据分区管理，实现一卡多用; 6、读写器在多卡进入读写范围的情况下，对上面信息一一处理，抗干扰性高; 7、存储空间为1k; 8、操作温度:-20~70?; 第六节 本章小结 本章首先对系统总体进行了概括性描述，将系统从硬件实现上分为主控芯片、射频模块、显示模块。从功能逻辑上分为刷卡模式和键盘输入模式，接着对其分别进行了详细阐述。本章还对设计整体进行了原理性的说明介绍。 10 第三章 射频卡读写器硬件设计 第一节 关键器件 1.主控芯片 STC89C52 应用最广的8位单片机之一就是STC公司的89c52，低功耗、高性能，8K在系统可编程Flash存储器完全可以满足工控的需求。它使用51内核，但是在这基础上做了很多的改进与传统51单片机有所区别，有一些传统51没有的功能。具有灵活的8位CPU和可编程Flash，让STC89C52成为繁多嵌入式系统超级有效的解决方案。 这种单片机具有如下特点: 拥有8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，另外内置4KB EEPROM，MAX810的复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断构造，全双工串行口。此外它可降至0Hz 静态逻辑操控，可以2种软件可选择节电模式。空闲条件下，CPU 不工作，但是允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护模式下，保留RAM内容，停止振荡器，停止单片机一切操控，直到下一个中断或硬件复位截止。工作频率最高为35MHz，6T/12T可选。[1] 此为STC89c52最小系统: 11 具体参数为: 8051内核机，6 或者12 时钟/机器周期能够按需求选择，指令代码兼容传1. 加强型 统8051内核机器.[2] 2. 运作电压:5V,3V/3V,2V。 z相当于这个，现场工作频率最高3.操作频率范畴:0,40MHz，普通8051的0,80MH 时48MHz。 4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512 字节RAM 6. 32个通用的输入输出口 ，把其复位后是准双向口/弱上拉的P0、1、2、3 ， P0 口为漏极开路输出接口，总线扩展用就不用加上拉电阻，作为输入输出口时，需要另外的上拉电阻。 7. ISP和IAP功能不用编程器和仿真器，可通过串口直接下载用户所需程序要的，几秒便可完成一片，效率极高。 8. 具有EEPROM功能 9. 共3个16位定时器或者计数器 T0、1、2 10.外部一共分为4路中断，电压的降下沿中断或低电平触发电路，Power Down的模式下可被外部中断低电平触发中断方式叫醒。 11. 通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件完成多个UART。 12. 限制使用温度范畴:-40,+85?/0,75?两个档次。 2.基站芯片MF RC522 MFRC522属于高集成读写卡芯片中的一个，基本上是用在13.56MHz免触式通讯当中。是NXP公司对“三表”使用推出的一款低电压、低成本、小体积的免触读写卡芯片， 12 在智能仪表和便携式手持配置研发中属于较好的一种方案。 MFRC522模块可以使用调制和解调技术，都是比较先进的技术，在13.56MHz 下全部类别的被动免触通讯形式和规则都集成在里面了。支持iso1443a的多层复合的应用。它里面的发送器这块可以驱动卡片与天线的通讯，不需要其余的电路。一个高效的解调解码电路在接收器部分工作，来计算应答器的信号。数字部分计算iso1443a帧和错误监测信息(奇偶 &CRC)。另外，它还可以高速地进行CRYPTO1保密算法，以此来考证MIFARE产品的各种功能。MFRC522传输室双向地模式，最高的速率能够达到424千比特每秒。MIFARE更高速的免触通讯也可以用它来实现。 作为一个高度集成的13.56MHz读卡芯片的家庭成员，MF RC522有许多相似之处与MFRC500和MF RC530相比，同时也具备诸多特点和差异。串行通信是它与主机间的通讯选用方式，且可根据各不相同的用户需求，选择串行外围设备接口、I2C 或串行通用异步接收发送方式(类似RS232)形式，有利于减节约布线，减缩PCB板面积，降低产品成本。 3. 液晶显示屏 LCD1062 Lcd1602为液晶显示屏，也叫做字符液晶，最简单的液晶显示屏也是应用数量最大的显示屏，它是黑白屏显示模式，这个模块上面用点阵的形式来显示各种字母、数字以及各种符号。由模式5X7或者5X11的阵列组成，字符由这种阵列组成，还有行间隔，用来把各个字符隔开，这样，它是不适用于显示图形界面的。 这种液晶显示屏的名字格式意思是指十六字符宽、两字符高的模式。市场上销售的比较多的大都是hd44780，与前者有着相同的操作原理，这样的话这类器件写的程序可以移植到很多类似的产品上面去，只需要适当的修改即可使用而不需从头写起。 13 1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚:GND为电源地 第2脚:VCC接5V电源正极 第3脚:V0是调节端，用来调节对比度，接+的时候最弱，接—的时候最高(太高时会发生一些错误现象，所以在对比度上面的调节需要用一个10k的电位器)。第4脚:RS为寄存器选择， 选取的时候电平为高，数据寄存器被选取、选择指令寄存器的时候为低电平状态。第5脚:w/r为读写信号线，进行操作的时候需要置为电平高，电平(0)时进行写操作。第6脚:使能端在上面的表示符号是e,读取消息需要电平高，实行指令的时候需要负跳变时。 第7到14:D0,D7是8位的双向数据通道。第15,16脚:用来作为背灯电源或者空着。15脚背光正极，16脚是背光负极。 表.寄存器选择功能描述 RS R/W 操作 0 0 指令寄存器(IR)写 0 1 忙标志和地址计数器读出 1 0 数据寄存器(DR)写入 1 1 数据寄存器读出 4.继电器模块 14 继电器应用也很广泛，这里用来代表门禁开关，是拥有阻隔操作功能的元件，普遍应用于各种控制系统里面比如是:遥控、遥测、电力电子设备，极为简单但是是最为重要的器件之一。 电磁继电器一般有铁芯、线圈、触电簧片等组成。如果一定的电压被加在线圈的两头的话，当电流通过线圈中就会引起电磁效应，接下来衔铁克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，因此，这样可以带动它的两点吸合。线圈断电之后，电磁感应消失，吸引力就会消失，衔铁返回，两点放开。如此，这两个步骤:吸合释放，这个过程实了在电流的导通和截止。这两个继电器上面的触点，可以用这样的方法来加以区分:没有电流通过的时候，处于断开的触点为“常开”触点，接通的静触点称为“常闭“触点。继电器一般有低压控制电路和高压工作电路这两股电路。 这里主要用继电器来模拟门禁系统中的开关。 5.单片机与MF RC522接口 直接使用RC522集成模块来连接单片机接口，用排插来连接RC 522 与单片机，目的是为了方便射频模块的移植和通用性。 通信方式选用的是SPI串口通信模式， SPI接口使我们经常可以看到的一种接口名词，它的全称是串行外围接口,英文名是"Serial Peripheral Interface"，是摩托罗拉第一个在它的名为MC68HCXX处理器上定义的通信协议。在EEPROM、FLASH等芯片上面有，还有AD转换器、数字信号处理与解码器之间都会用到。 同步串行数据运用SPI接口，这是一般的数据传输运用模式，它是在CPU和外围器件之间进行的，器件一般为低速器件，工作过程中，移位脉冲有主器件产生，按位传输的数据，高位排在前面，通讯模式为全双工，速度一般为几兆每秒，速度比i2c总 15 线模式下要快。 (1)MOSI – 主器件数据输出，从器件数据输入 (2)MISO – 主器件数据输入，从器件数据输出 (3)SCLK –时钟信号 (4)NSS – 从设备使能信号 点对点通讯模式下的SPI接口，全双工且无需寻址。 有些系统当中有很多从器件，使能型号必须是分别定义在各个从器件上面，所以一般来讲它的硬件是属于比较复杂的类型相比i2c之下。 它的组成上大致就是移位寄存器组成，数目上它的功能特性决定了是两个，线上传输的单位一般是8位。 SPI兼容的接口可以使MFRC522和一个标准的SPI接口兼容微控制器之间的高速串行通讯，兼容SPI接口的处理与标准SPI接口相同。 16 在传输过程中，RC522模块是从机。SPI时钟有主机产生。MOSI线把信息从主机传递到从机;相反，MISO线实现的是信息从从机发回主机。MOSI和MISO传输的每个字节都是高位在前。MOSI上的数据在时钟的上升沿保持稳定，在时钟的下落沿改变。MISO也是与之类似，在时钟的下降沿，MISO上的数据由MFRC522来提供，在上升沿则保持不变。 读数据: 使用下面的结构可将数据通过兼容SPI的接口读出。这样可以读取n个数据字节。发送的第一个字节定义了模式本身和地址。 写数据: 使用下面的结构可将数据通过兼容SPI的接口写入。这样对应一个地址写入多达n个数据字节。 发送的第一个字节定义了模式本身和地址。 (先发送最高位) 地址字节按照下面格式传输。第一个字节的MSB位设置使用的模式。6—1位定义地址，最后一位设置为0. 6.矩阵键盘模块 在本设计中，为了解决用户有时候会忘了带卡的而进不了门的问题，我们在这里特意设置了密码解锁，在本设计当中，密码输入解锁和刷卡解锁时两者选一的关系，所以用户忘了带卡，也可以通过密码密码输入进入。 17 这里需要12个按键，选用的是矩阵式的键盘设计。键盘原理图如下所示: 第二节 本章小结 本章先从整体设计入手，针对显示模块、射频模块和主控与射频的接口模块中涉及到的硬件结构进行介绍，接着分别对各主要模块的原理、芯片的功能、与单片机接口的设计等进行详细阐述，并给出各模块的电路原理图，其中主要的是描述单片机与RC522之间的通信方式和协议。 第四章 射频卡读写器软件设计 第一节 系统软件总体设计 18 1(总体主程序 void main(void) { init_all(); GG=byte_read(0x2000); init_lcd();num=255; timer0_init(); YE=13;MO=11;DA=2;XQ=6;HH=MM=SS=0;//时钟、日期初始化 counter11=0;counter=0;x=0; while(1) { ctrl(); if(CardRevBuf[2]==164) {beep=1;flag1=1;num=10; JDQ=1;LED=1; } else { JDQ=0;LED=0;num=255; } num=keyscan();// lcd_goto_xy(0,1);lcd_number(num/10);lcd_number(num%10); if(num==15) {num=255; Beep_key();SectorErase(0X2000);byte_write(0X2000, 0); } mimasuo(); } } 19 2.总体流程图 第二节 对Mifare卡的操作流程 全部系统大概的操作流程，我们可以分为是对Mifare操作和后台处理构成，这里仅仅介绍对卡片的操作，也就是射频芯片与在识别范围内的卡片进行通讯的几个步骤，单单是针对卡片模式化的基本操作，分为如下几项: 1(复位请求 卡片如果出现在工作范围内的话，程序系统向它发出查询的指令，这时候卡片的ATR驱动，将卡片里面的类型的讯息(TAGTYPE)传递给读写器(两byte)，用来创建第一步的通讯。若是没有任何的询问操作，机器就不会进行任何操作。 2.反碰撞操作 有多张卡片在读卡器扫描范围内出线时，PCD会与每一张卡片进行通讯，一次只会获得每一张的系列号。每一张Mirare卡片都具有唯一序列号，所以可以保证一次对其一张的卡片操作。返回值为卡的序列号码。 卡选择操作 上头两个环节以后，接下来就要对其进行选取。之后，将返它里面size字节信息。 上头三个步骤以后，就能够在确认某张卡片后，在PCD操作卡片之前，进行卡片上的 20 密码认证，匹配成功的话，就进行下一步。 读写操作 这是对卡片最后的操作步骤。 第三节 系统读卡程序设计 设计的软件主要操作是让RC522来对外进行信号的发送，扫描卡片，定义的卡片被检测了之后，卡片后会让RC522验证卡片，之后对其读写讯息，然后将需要显示的数据通过单片机送入lcd1062显示，同时控制继电器的吸合来表示验卡成功与否或者门禁是否打开。 1. RC522初始化程序 芯片里面全数一共内置八页的寄存器，每页当中都有8个寄存器，功能各不相同，其中第一个是用来选取该页寄存器，相当于是选取此也寄存器地址。通过它的读写控制系统的运行:51内部有共计32块的E2PROM，每块容量较小只有16字节的容量，块2到块7用来存放寄存器初始化文件。Rc522初始化便是用这里面的初始化数据送入对应的寄存器来完成的。主要初始化功能有以下几个: Char MC522PcdReset(void);//复位RC522 Char MC522Config(void)//对RC522寄存器进行初始化操作 2(射频卡处理程序 如下面图，需要被发送的信号在读写器被复位之后被加在到相应频率上去13.56兆赫兹的频率，在这个工作频率当中，读写器和卡片的通讯是双向传输的半双工形式，进入区域的卡片将会接受到此信号。同时卡片通过内部的相关电路，通过信号获取电源电压、复位信号、时钟信号;同时，接下来的对信号的各种处理:解调解码、解密、命令判断，由有关电路来完成。对读写的命令做相应的处理，比如接受到的是读，电路就读取消息，从储存当中通过控制逻辑模块的方式，加密消息、编码调制消息后，发送出去。要是是写，射频卡有关电路就擦除掉E2的内容，这需要提供高电压来擦除;如果判断不符合，就返回出错的信息。 21 第四节 键盘操作子程序 密码子程序流图如图所示，当程序运行过程当中，会一直扫描是不是有按下键盘，当有键盘按下时，系统扫描到之后，会确定按键的值，系统将按键值存入密码数组当中，而后将密码与自身密码对比，一样的话，实行开门和液晶输出准确密码内容，若是不同，显示的就是错误信息或者报警。 22 第五节 Keil 开发平台 Keil uVision4 IDE 是 Keil Software 公司对51内核推出的基于32位下开发环境，系统平台为windows，它具备高效率的C语言开发平台。本设计所有的程序都是在该平台上使用C语言进行的编写与编译。图 5.1 是该软件开发界面。 图 5.1 Keil 软件开发界面 23 第六节 本章小结 本章首先对系统软件设计的整体结构进行了描述，接着重点阐述了本系统中主程序的结构、中断服务、射频模块读写、液晶显示、键盘检测、继电器这些模块程序。使其在软件结构上具有由上到下模块化的结构方式。 第四章 总结 第一节 工作总结 本文利用了STC89C52芯片与RC522来实现射频卡读写的设计，加上一些外设来模拟门禁系统，主要完成了如下的步骤: 1、RC522与MCU之间的接口连接; 2、MCU与液晶显示器lcd1602的连接; 3、RC522与射频卡间通信的软件控制的编写; 本文没有天线设计因为本设计直接使用的是基站芯片与天线集成模块。 读写硬件主要就是以上硬件组成，单片机是典型的8051系列兼容机，对设计人员尤其是本科生比较容易上手而且是一种芯片入门学习的最好的平台，MF RC522是一块专门用于射频读写的高集成度芯片，而且本设计在此基础上面直接采用集成了其他附加电路(天线等)的开发模块，很方便地可以完成读写的设计。读写器的软件部分主要是单片机上面的程序编写，之前必须熟悉基站芯片内部结构，工作模式、自带函数。LCD1602是常用显示器，参照相关资料可以比较容易掌握其使用方法。 本系统实现起来比较简单，成本低、实用性强，除了本身门禁系统的应用外，其中的读卡器模块可以很方便嵌入到其他具体应用系统当中。 本设计重点难点在于RC522的软件控制部分，因为涉及实际射频项目，此芯片一般本科阶段学生不会接触到，对于硬件编程方面要求还是较高的。 24 第二节 致谢 这段时间的努力工作让本次毕设顺利地走到最后的阶段，内容上面基本完成了，但是，因为经验不足，没有系统的练习和项目经验，效果不免有瑕疵，还有很多方面是没法独立完成的，如果没有导师督促、学长的支持，想要实现本设计是很难得。 首先，感谢我本次毕设的导师田增山，田老师平时工作很忙，不过在我们毕设的每个阶段都有针对性的指导，其中，田老师叫我独立解决过程当中的问题，这种方式让我体会到了作为一个技术人员自学独立解决问题是个很重要的能力。田老师这过程中所体现的治学严谨和研究精神使我们所值得学习的，同时这也会影响到我今后的工作方面。 其次，感谢韦东山嵌入式技术群里面给予指导的各位前辈，对我的无私帮助特别是硬件的使用，这帮助我顺利地完成了毕业设计。 另外，感谢重庆邮电大学给我们提供了一个优良的学习氛围和设施。 最后感谢每位曾给我授课的老师，尤其是在专业技能和职业发展方面给与我悉心指导的老师，是你们给我指明了一条明确的道路。 在此，在此表达我心中的感谢～ 25 第三节 参考文献 [1] [日]三宅 信一郎 周文豪 编著.《RFID物联网世界最新应用》.北京理工大学出版社。 [2] 胡树豪 《实用射频技术》 电子工业出版社. [3] 邓伟.刘敦东.郑中杰.MFRC522射频模块在门禁系统中的应用[期刊论文]-新器件技术-2012.13期. [4]潘海军.基于射频读卡器MF RC500的门禁系统[期刊论文]-湖南科技学院学报-2012年12月. [5]陈锦. 基于射频识别技术的门禁系统研究[期刊论文]-2013.5 武汉理工大学自动化学院. [6]张永生. 非接触式IC卡只能门禁系统[期刊论文]-2012.5 燕山大学计算机学院. [7][英]Lan Hichman.张弘 华伟等 译-《实用射频技术手册》-人民邮电出版社. [8][德]-Klaus Finkenzeller-《射频识别(RFID)技术》-电子工业出版社. [9]郭天祥-《51单片机c语言教程》-电子工业出版社. [10]谭浩强-《c语言程序设计》-清华大学出版社. 26 附录 一、原理图 27