毕业论文 基于射频识别技术的门禁系统设计(3)

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图2.1ATmega16单片机的引脚图

2.2源模块设计

门禁系统的电源电路如图2-2所示

图2-2电源电路

如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器T1，桥式整流电路D1，滤波电容C4、C6，防止自激电容C5、C13和一只固定式三端稳压器(LM7805)组成的。

220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1和滤波电容C4的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的IN和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直流电压经过LM7805的稳压和C6的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。

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基于射频识别技术的门禁系统设计

2.3射频控制模块设计

2.3.1 射频识别系统的典型结构

射频识别系统的典型结构见图2.3主要是由两部份组成：读写器和射频卡。读写器同射频卡之间通过无线方式通讯，因此它们都有无线收发模块及天线（或感应线圈）。射频卡中有存储器，内存容量为几个比特到几十千比特。可以存储永久性数据和非永久性数据。永久性数据可以是射频卡序列号，它是用来作为射频卡的唯一身份标识，不能更改；非永久性数据写在E2PROM等可重写的存储器内，用以存储用户数据。射频卡可以根据读写器发出的指令对这些数据进行相应的实时读写操作。控制模块完成接收、译码及执行读写器的命令，控制读写数据，负责数据安全等功能。射频卡分无源卡和有源卡两种，有源卡内置天线和电池，而无源卡只有内置天线没有电池，其能量由读写器提供，由于无源卡无需电池因此其尺寸较小且使用寿命长，应用越来越广泛。读写器内的控制模块往往具有很强的处理功能，除了完成控制射频卡工作的任务，还要实现相互认证、数据加解密、数据纠错、出错报警及与计算机通信等功能。计算机的功能是向读写器发送指令，并与读写器之间进行数据交换。

读写器数据天线射频卡收发模块天收发模块 控制模块线能量控制模块存储器接口模块计算机

图2.3.1 RFID系统典型结构

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2.3.2射频识别系统原理

图2.4为RFID系统的工作过程，这是一个无源系统，即射频卡内不含电池，射频卡工作的能量是由射频读写模块发出的射频脉冲提供[11-13]。

○1射频读写模块在一个区域内发射能量形成电场，区域大小取决于发射功率、工作频率和天线尺寸。

○2射频卡进入这个区域时，接收到射频读写模块的射频脉冲，经过桥式整流后给电容充电。电容电压经过稳压后作为工作电压。

○3 数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出命令和数据并送到逻辑控制部分。逻辑控制部分接收指令完成存储、发送数据或其它操作。

○4 如果需要发送数据，则将数据调制然后从收发模块发送出去。

○5 读写模块接收到返回的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后进行处理，必要时可以通过RS232或RS422或RS485或RJ45或无线接口将数据传送到计算机。读写器发送的射频信号除提供能量外，通常还提供时钟信号，使数据同步，从而简化了系统的设计。有源系统的工作原理与此大致相同，不同处只是卡的工作电源由电池提供。

读写器射频卡稳压 Vcc控制逻辑控制模块读写模块数据解调数据解调 串行接口数据管理EEPROM

图2.3.2射频识别系统原理图

系统主要由MCU、时钟芯片、MF RC500、液晶屏、看门狗以及RS485通信模块组成。系统的工作方式是先由MCU 控制MF RC500 驱动天线Mifare卡，进行读写操作，然后，

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根据所得的数据对其它接口器件，如液晶屏、E2PROM、时钟芯片等，进行响应操作，最后，再与PC机之间进行通信，把数据传给上位机。MCU采用89C52，是因为89C52开发简单，运行稳定。E2PROM 采用24C64，用于存储系统的数据。24C64是串口操作方式，是一种性价比较高的存储芯片。液晶屏采用带字库的ST7920，是因为它是并口操作方式的，操作方便。时钟芯片采用DS1302。DS1302是Dallas公司生产的新型产品，内置电池，可连续使用10 年，可以方便记录事件的发生时间。为了防止系统“死机”，使用x5045作为看门狗。x5045是串口工作方式，内置E2PROM，可用来存储一些系统参数。与上位机的通信采用RS485 通信模式，通信距离可以达到1000m左右。整个系统由9V电源供电，再由稳压模块7805 稳压成5V的电源。由于7805的工作热量很高，故在7805上安置一个散热片。

图2.5 MF RC500与89C52的接口电路

MF RC500是应用于13.56 MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员。该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持IS014443A所有的层。内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线(100mm)。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于ISO14443A兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶&CRC)。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法用于验证MIFARE系列产品。方便的并行接口可直接连接到任何8位微处理器，这样给读卡器/终端的设计提供了极大的灵活性。

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2.4 RS485通信模块设计

2.4.1 RS485接口

RS485定义了一种平衡通讯接口，它允许在一条平衡线上同时接多个接收器。它的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输。它使用一对双绞线，将其中一条线定义为A，另一条定义为B [13] 。

通常情况下，发送器A,B之间的电压在－6～-2V表示逻辑?0'；在+2～+6V表示逻辑?1'，另外有一个信号地C。在RS485中还有一个使能端ENABLE；它用于控制发送器与传送线A, B断开与连接。当ENABLE为?0?时，发送器处于高阻状态并与平衡双绞线A, B断开；只有当ENABLE为?1?时，RS485的发送器才工作。接收器通过平衡双绞线将A与B分别对应连接，当接收器A, B之间的电压在+200mV-+6V之间时，输出逻辑`1'；在-6V ～-200mV时，输出逻辑?0'。RS485 可以实现点对多通信和多对多通信，并可同时接32个发送器和32个接收器。RS485需要两个终接电阻接在传送总线的两端（在传送距离小于300米时可以不接），其阻值要求等于传送电缆的特性阻抗。本文中PC机与门禁系统之间采用RS485接口实现点对多通讯，工作于半双工方式 [15] 。

读卡器在门禁系统中一般距离PC管理机比较远，而RS232只能用于短距离通信，长距离都用RS485串行通信芯片，数据传输距离一般达到1200m。 RS485是RS422的子集，以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力。SP485R芯片管脚及互连电路见图3.7。 RS485收发器以半双工方式、单一+5V电源工作，内部一个接收器R，一个驱动器D。 SP485R接口芯片是Sipex公司的一种RS485产品，8个管脚DIP封装[14][15][16] 。

（1）A ,B 为RS485总线接口。A为非反相接收输入或非反相驱动输出，B为反相接收输入或反相驱动输出。A端电平高于B端，代表数据1；A 端电平低于B端 ，代表数据0。

（2）DI为发送器输入端，RO为接收器输出端。分别与单片机的TXD,RXD连接，单片机输出的信号从TXD发送，由DI输入经过SP485R驱动器转变成A,B信号传送出去； 外部输送进来的A,B 信号经过SP485R接收器转变成一个RO信号 ，输出给单片机RXD。

（3）RE, DE为收发使能端。RE是接收器输出使能，低电平有效；DE是驱动器输出使能 ，高电平有效，SP485R与单片机接口时，DI接单片机的发送端TXD,RO接单片机的接收端RXD,收发使能RE和DE两个管脚接单片机的一个I/O口线P3.3。 当P3.3= 1,DE

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