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非接触式智能卡门禁系统设计

时间:2009-11-26

本论文主要对基于TCP/IP协议的射频卡门禁系统的设计的研制过程进行的全面总结,主要成果体现以下几个方面:

(1)论述了基于TCP/IP协议射频卡门禁系统的设计原理,并提出了总体设计方案。

(2)解决了嵌入式TCP/IP协议单片机网络数据传输问题。使得该系统与旧的通过RS485格式的讯号作数据传输的系统相比,数据传输速率更高,节点数更多,更便于管理者管理。

(3)对射频卡读写技术作了进一步的研究。此外,本系统还需要进一步完善的功能有集成多种识别技术。就是将磁条码验证技术、指纹识别技术集成到本系统,这样可以让用户根据需要选择不同的门禁子系统,如指纹门禁系统,磁条门禁系统。

1 系统总体设计方案
系统所选用的主要芯片包括AT89C55单片机、RTL8019AS网卡芯片、FM1702N读卡芯片。采用模块化设计,主要包括处理器、读卡模块、液晶模块、网卡模块、键盘模块及电子锁。主要涉及的技术,即射频识别技术和基于TCP/IP协议的以太网通信技术。

2 系统硬件设计方案
本系统主要研究和设计基于TCP/IP协议传输的非接触式IC卡智能门禁系统。通过TCP/IP协议实现门禁与远程管理主机之间的传输数据,并结合90年代以来飞速发展的射频识别技术,来完成现代化的网络型门禁系统的管理。图2给出了51单片机控制网卡芯片实现以太网通讯的硬件连接框图。用到的主要芯片有AT89C55, RTL8019AS,74LS373, 62256(32k的SRAM)。FM1702N是复旦电子股份有限公司设计的,基于ISO14443标准的非接触式读卡机专用芯片,采用0. 6微米CMOS EEPROM工艺,支持ISO14443 typeA非接触通讯协议,支持MIFARE标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路,只需最少量的外围电路就可以工作,支持SPI接口,数字电路具有TTL、CMOS两种电压工作模式。特别适用于各类计费系统的读卡器的运用。

TCP协议利用网络层IP协议提供的不可靠的通信服务,解决分组的重传和排序问题,为应用进程提供可靠、面向连接的基于字节流的服务。应用程序采用TCP进行通信时,源和目标之间会建立一个虚拟连接,两台计算机就在该虚拟连接中将数据当作一个双向字节流进行交换。TCP不仅要维护入和流出传输层TCP模块的每个用户数据流的状态和状态信息,还须负责数据穿过一个或多个网络、到达接收数据的用户应用程序端口的传送任务。每个TCP传输字节都有一个序号,接收TCP模块用校验和例程来检验是否受损,如检验正确则给出肯定应答ACK,否则丢弃该数据报并用序号来通知发送TCP模块有关问题。TCP是协议栈的关键。但在微控制器这样的系统中,资源十分有限,不可能也没有必要实现协议的所有内容。可对协议进行适当简化以节约硬件成本和提高数据吞吐率。而实现TCP协议后,就可以在此基础上完成WEB服务器实现HTTP的了。TCP/IP网络模块的组成主要由MCS-51单片机和局域网接口芯片组成。

3 系统软件设计
读卡器软件编程采用标准C语言程序实现对非接触式IC卡的一系列操作,主要有AT89C55单片机初始化、FM1702N读卡芯片初始化、防冲突程序、卡片的读写程序以及对卡片block(数据块)操作等。读卡程序的设计思想是上电初始化后,射频界面一旦检测有Mifare 1卡进入射频天线的有效范围,读卡程序按顺序启动防冲突程序和认证程序,验证成功后最后操作卡片读写程序。其软件设计流程图见图4所示。RTL8O19AS网卡芯片有两种工作方式,即中断方式和查询方式。这里采用查询方式。主要包括主函数的初始化、定时器1的初始化、网卡的初始化、ARP、TCP、HTTP的初始化,最后是主函数的任务循环。

4 软件硬件综合调试
4.1 硬件调试
在硬件调试过程中最严重的错误就是地址分配的错误,由于考虑不够周全导致系统无法正常工作,经重新分配后这一问题得到解决。

4.2 软件调试
在软件调试过程中对液晶、键盘、读卡器程序的调试相对顺利。对网卡程序的调试主要是UDP包的发送和接收。过程如下:

首先网卡芯片通过双绞线与上位机连接,然后通过键盘设定本地IP地址和上位机IP地址,再通过上位机软件进行同样设置,最后激活服务器并输入通信内容按发送键进行通信。单片机收到上位机发来的UDP包后原样回发,如果通信正常,在上位机聊天记录窗口中就会出现刚才发送的内容。反之则通信出现问题,需要修改程序。上位机软件图如图5所示。这部分的调试花费的时间较长,经反复修改才解决各个问题。最后就是将已调试成功的各个模块按顺序连接起来,最终实现了本系统的所有要求。

5 系统的实际应用
智能门禁系统已广泛应用于学校,工厂,写字楼,物业小区,商店,金融系统,电信系统,军用系统等多种场合,大大提高了工作效率,保障了系统安全。非接触式IC卡智能门禁系统是现代化的,功能齐全的门禁系统。不仅能作为出入口管理使用,而且有助于内部的有序化管理,提高企业的整体形象。该系统可以实现对人员权限的明确限定,并可以在提高安全性的同时大大节约人力资源。智能,安全,高效的门禁系统管理已成为社会发展的必然趋势。