项目管理项目训练三门禁系统.docx
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项目管理项目训练三门禁系统
（项目管理）项目训练三门禁系统
项目训练三门禁系统
一、目的要求
1．掌握门禁系统的概念。
2．掌握非接触式IC卡门禁系统的组成。
3．通过门禁系统的训练，掌握串行静态显示的方法。
4．掌握卡号显示方法。
5．进一步掌握单片机的使用技巧和方法。
二、任务目标
利用单片机AT89S52构成一非接触式IC卡门禁系统，要求实现如下功能：
1．程序控制开锁
当读卡器检索到合法IC卡时，由CPU提供一个低电平信号，因为，AT89S52单片机复位是高电平有效，并且实际电路必须有看门狗电路，一旦出现故障，也需高电平复位，因此，采用低电平作为控制门的开有效信号。
2．出门按钮开锁
按钮按下，给出一个开关信号，此时门锁同样被打开。
3．从消防安全考虑，如果发生意外或危险，只要断开电源，门锁同样可以被打开。
4．读卡显示
当读卡器检索到合法射频卡时，七段数码管可以显示出此卡的卡号，以便识别出持卡人身份。
5．蜂鸣器报警
当门锁处于开启状态时，超过延时时间，蜂鸣器发出蜂鸣，以提示用户及时关门。
6．工作指示灯
红色指示灯提示电源正常供电。
绿色指示灯提示门锁工作状态，刷卡合法，绿色指示灯亮。
三、工具器材
直流电源5V/500、门禁系统套件、编程器、PC机等。
四、预备知识
随着科学的进步、社会的发展，人们对生活质量有了更高的要求，对安全防范有了更多的需求，如何有效地控制人员的出入成了一个新的课题。
为此应运而生的门禁控制系统在众多安防产品中脱颖而出。
门禁系统顾名思义，就是对出入口通道进行管制的系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。
门禁系统由门禁控制器、门禁读卡器、卡片、电控锁以及相应的软件、电源和其他相关门禁设备等组成。
目前非接触式IC卡门禁系统应用广泛。
本训练项目将以天大银河科技有限公司研制的门禁系统为载体，重点讲解门禁系统的控制核心——AT89S52单片机。
（一）非接触式IC卡门禁系统框图
非接触式IC卡门禁系统包括读写器、中央控制电脑的软件管理系统、中央控制电脑与读写器之间的数据传输三部分。
其中读写器是核心，包括MCU、复位电路、时钟电路、报警及工作指示电路、显示电路、键盘、数据存储等主控模块及非接触式IC卡读写模块和电锁驱动部分。
非接触式IC卡门禁系统框图如图P3.1所示。
门禁系统采用AT89S52单片机作为控制核心，采用射频卡完成刷卡进门，按钮出门功能。
其工作流程见图P3.2所示。
（二）门禁系统中单片机口的资源分配
为实现门禁系统的功能，需读卡：
2条线（P1.1，INT1）；键盘：
3条线（P1.5，P1.6，P1.7）；门控：
6条线（上锁，门态，出门开关，音量，灯）；存储：
3条线（P2.0，P2.1，P2.2）；通讯：
5条线（RXD，TXD，P1.2，P1.3，INT0）；显示：
2条线（P1.0，P1.4）。
表P1.1门禁系统I/O口资源分配
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
键
键
显示键
申请
通讯
通讯
读卡
显示
P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
出门按钮
蜂鸣器
指示灯
门态
上锁
SCL
SDA
“0”有效
“0”响
“1”亮
“1”上锁
24C64
其中，存储芯片选用24C64，通信芯片选用75176。
P1.2控制通讯芯片75176，“0”：
收、“1”：
发；P1.3控制通讯申请信号，“0”：
申请、“1”：
不申请；INT0控制通信的AB线，B2=0时接通、B2=1时断开。
单片机口资源的具体分配见表P1.1。
（三）各部分电路原理分析
非接触式IC卡门禁机工作过程为当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭；当按下出门按钮时，继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯熄灭。
当遇到非法卡时，该系统不显示卡号，门锁不开。
原理电路如图P3.2所示。
1．门控锁电路
门控锁电路如图P3.3所示。
偏置电阻R3与三级管Q16、Q6构成复合驱动电路以提高驱动能力，控制锁的开与闭。
当P2.3为高电平时Q16导通，Q6截止，此时继电器的控制线圈为开路，继电器不动作。
门锁接于继电器常闭端，门锁闭合，门处于锁死状态。
当P2.3口输出低电平时Q16截止，Q6导通，此时继电器的控制线圈闭合，继电器动作。
继电器常闭端断开，门锁打开，门处于打开状态。
2．蜂鸣器电路
蜂鸣器电路由蜂鸣器、三极管Q1、Q2及电阻R2组成。
电路如图P3.4所示。
当P2.6输出高电平时，Q1导通，Q2截止，蜂鸣器回路开路，蜂鸣器不响。
当P1.2输出高电平时，Q1截止，Q2导通，蜂鸣器回路闭合，蜂鸣器发出响声。
3．串行口在门禁系统中的应用
门禁系统读卡采用串口中断方式。
a）非接触式射频卡的基本原理
每个卡片内都有一个小芯片和感应线圈。
价格低廉、国内最普及的EMID卡，大都为瑞士nEM或台湾GK公司的4100、4102系列IC芯片＋线圈＋卡基封装而成。
每张卡有且只有一个唯一的、不可更改和复制的ID内码（64位2进制加密的永不重复的卡号），因其安全可靠、价格低廉而大量应用于身份识别、产品防伪等领域。
b）非接触式IC卡系统的构成与特点
非接触式IC卡（也称为“应答器”）是射频识别系统的电子数据载体，卡中嵌有耦合元件和微电子芯片。
在读写器的响应范围之外，非接触式IC卡处于无源状态。
通常，非接触式IC卡没有自己的供电电源（电池），只是在读写器响应范围之内，卡才是有源的，卡所需要的能量以及时钟脉冲、数据，都是通过耦合单元的电磁耦合作用传输给卡的。
c）非接触式IC卡读写器
典型的非接触式IC卡读写器（也称为“阅读器”）包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及与卡连接的耦合元件。
由高频模块和耦合元件发送电磁场，以提供非接触式IC卡所需要的工作能量以及发送数据给卡，同时接收来自卡的数据。
d）常见的卡号输出格式说明
ID卡最常见到的五种读卡方式的卡号定义如下（其中H指十六进制Hex，D指十进制Dex）：
（1）格式1
10位十六进制的ASCII字符串，即10位十六进制格式。
如：
某样卡读出十六进制卡号为“01026f6c3a”。
格式
（1）是读卡器输出的最基本格式，其它几种格式都是基于这种格式转换而成的。
（2）格式2
将格式1中的后8位，转换为10位十进制卡号，即8H—10D格式，如将“026f6c3a”转换为“634”。
（3）格式3
将格式1中的后6位，转换为8位十进制卡号，即6H—8D格式。
如将“6f6c3a”转换为“2”。
（4）格式4
将格式1中的倒数第5、第6位，转换为3位十进制卡号，再将后4位，转换为5位十进制卡号，中间用“，”分开，即“2H＋4H”格式。
如将2H—“6f”转换为“111”，4H—“6c3a”转为“27706”。
最终将2段号连在一起输出为“111,27706”。
（5）格式5
将格式1中后8位的前4位，转换为5位十进制卡号，再将后4位，转换为5位十进制卡号，中间用“，”分开，即“4H＋4H”。
照此转换结果为：
00623,27706
本教材中的门禁系统使用的卡格式是格式4。
e）RS232卡号输出协议
串行输出格式如下：
02
10ASCIIDataCharacters
Checksum
03
（a）9600bps，N，8，1
即波特率9600bPS；数据位元：
8bits；停止位元：
1。
（b）PIN5：
TX非反相输出。
（c）PIN6：
TX反相输出。
（d）卡片号码为62E3086CED，传送的HEX值如下
10ASCIIDATA：
36H,32H45H,33H30H,38H36H,43H45H,44H
（62HE3H08H6CHEDH）
CHECKSUM：
（62H）XOR（E3H）XOR（08H）XOR（6CH）XOR（EDH）=08H
Checksum为二进制格式数据。
故MTP-K4射频模块输出的完整的二进制文档如下所示：
f）串行口程序分析
读卡是随机的，不确定的，并且软件开销大，会降低响应速度，因此不能采用查询方式。
故门禁系统的读卡采用串口中断方式，随时读卡，随时响应。
晶振必须是11.0592MHz。
（1）读卡单元
门禁系统采用EM9913BFID射频卡读卡器。
电路如图P3.5所示。
读卡模块将数据按RS232和Wiegand26格式输出。
EM9913BF各引脚功能见表P2.2。
表P2.2EM9913BF各引脚功能
引脚号
引脚名称
I/O
说明
1
DC5V
输入
+5V直流输入
2
ANT
输入
线圈引脚输入
3
NC
空引脚
4
GND
输入
接地
5
NC
空引脚
6
ENLED
输入
指示灯控制线，低电平使用
7
ENBEEP
输入
蜂鸣器控制线，低电平使用
8
OK_SD
输出
Wiegand26数据输出指示
9
BZ
输出
蜂鸣器信号线
10
D0
输出
Wiegand26数据DATA0输出
11
D1
输出
Wiegand26数据DATA1输出
12
LED
输出
指示灯信号输出
13
TXD
输出
RS232数据输出
（2）波特率初值计算
晶振为11.0592MHz，串行接口工作于方式1，波特率为9600b／s。
公式：
代入已知条件，计算出初值为FDH。
（3）串口中断初始化程序
SIC:
ANLTMOD,#0FH；串口始化子程序
ORLTMOD,#20H
MOVTH1,#0FDH
MOVTL1,#0FDH
SETBTR1
MOVIE,#90H
MOVSCON,#50H；方式1十位异步收发
RET
（4）串口中断子程序，该程序中加入不死机程序
ZD:
PUSHACC；中断子程序
PUSH00H
PUSH02H
MOVR0,#30H；首地址
MOVR2,#0BH；11个字节的ASCII
LL1:
ACALLLL2
JBF0,LL3
NOP
NOP
A
INCR0
DJNZR2,LL1
POP02H
POP00H
POPACC
NOP
MOV0FH,#33H
RETI
LL2:
MOV04H,#28H
LL4:
JNBRI,LL6
CLRRI
MOVA,SBUF
CLRF0
RET
LL6:
MOV05H,#0AH
LL5:
DJNZR5,LL5
DJNZR4,LL4
SETBF0
RET
LL3:
POP02H
POP00H
POPACC
RETI
END
4．显示电路
在门禁系统中，显示串行静态显示方式。
采用74LS164作为静态显示器接口，P1.0作为时钟，P1.4作为显示数据输入。
如图P3.6所示。
图P3.6门禁系统中的串行显示电路
g）显示程序
（1）直接显示段码程序。
将20H—27H中的段码从左到右显示出来。
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN：
MOVSP,#60H
MOV20H,#06H
MOV21H,#5BH
MOV22H,#4FH
MOV23H,#66H
MOV24H,#6DH
MOV25H,#7DH
MOV26H,#07H
MOV27H,#7FH
LCALLST
SJMP$
ST：
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1：
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2：
RLCA
MOVP1.4,C
CLRP1.0
SETBP1.0
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
END
（2）把10H开始代码变成段码放到20H开始的单元中。
方法一：
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN：
MOVSP,#60H
MOV10H,#01H
MOV11H,#02H
MOV12H,#03H
MOV13H,#04H
MOV14H,#05H
MOV15H,#06H
MOV16H,#07H
MOV17H,#08H
LCALLXIANSHI
LCALLST
SJMP$
XIANSHI：
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LP3：
MOVA,@R0
ADDA,#06H
MOVCA,@A+PC
A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LP3
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H00H
ST：
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1：
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2：
RLCA
MOVP1.4,C
CLRP1.0
SETBP1.0
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
END
方法二：
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN:
MOVSP,#60H
PORTEQU0155H
LCALLST
SJMP$
XIANSHI:
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
MOVDPTR,#PORT
LP3:
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LP3
RET
ST:
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1:
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2:
RLCA
MOVP1.4,C
CLRP1.0
SETBP1.0
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
PORT3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H00H
END
（3）将压缩码变非压缩码显示出来。
ORG0100H
MAIN：
MOVSP,#60H
MOV10H,#39H
MOV11H,#41H
MOV12H,#42H
MOV13H,#43H
MOV14H,#44H
MOV15H,#45H
MOV16H,#46H
MOV17H,#38H
LCALLASC
LCALLXIANSHI
LCALLST
SJMP$
ASC：
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LP4：
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
A
INCR1
MOVA,@R0
SWAPA
ANLA,#0FH
A
INCR0
INCR1
DJNZR2,Lp4
RET
XIANSHI:
MOVR2,#08H
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LP3：
MOVA,@R0
ADDA,#06H
MOVCA,@A+PC
A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LP3
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H00H
ST：
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1：
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2：
RLCA
MOVP1.4,C
CLRP1.0
SETBP1.0
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
END
h）卡号显示
ID卡读出11个字节的ASCII，要显示卡号，需进行数值转换。
（1）ID卡读出的11个字节ASCII码放在以30H开始的单元，先将ASCII码转换成16进制数，因第一个字节是包装头，不参与转换。
其程序如下：
LE:
MOVR0,#30H；ASCⅡ转16进制数子程序
MOVR2,#0AH；10个字节
LE4:
MOVA,@R0
ACALLLE1
A
INCR0
DJNZR2,LE4
RET
LE1:
CJNEA,#40H,L13
SJMPLE3
L13:
JCLE2
ADDA,#09H
LE2:
ANLA,#0FH
CLRC
RET
LE3:
SETBC
RET
（2）把上面转换的10个16进制数，变成5个压缩的16进制数，30H放最高位，34H放最低位。
LB:
MOVA,30H;装配压缩16进制数子程序
SWAPA
ADDA,31H
MOV30H,A
MOVA,32H
SWAPA
ADDA,33H
MOV31H,A
NOP
NOP
MOVA,34H
SWAPA
ADDA,35H
MOV32H,A
MOVA,36H
SWAPA
ADDA,37H
MOV33H,A
NOP
NOP
MOVA,38H
SWAPA
ADDA,39H
MOV34H,A
RET
（3）上面程序中，30H到35H字节是先高后低，而后面调用子程序，需要先低后高，所以，先要把33H单元中的内容送到35H单元中，即把34H,35H里2个压缩的16进制数变成3个字节的压缩的10进制数。
LD:
MOV35H,33H;压缩16进制数转非压缩10进制子程序
MOVR0,#34H
MOVR7,#02H
MOVR1,#28H
LCALLLD1
RET
LD1:
MOVA,R0
MOVR5,A
MOVA,R1
MOVR6,A
MOVA,R7
INCA
MOVR3,A
CLRA
LD2:
A
INCR1
DJNZR3,LD2
MOVA,R7
MOVB,#08H
MULAB
MOVR3,A
LD3:
MOVA,R5
MOVR0,A
MOVA,R7
MOVR2,A
CLRC
LD4:
MOVA,@R0
RLCA
A
INCR0
DJNZR2,LD4
MOVA,R6
MOVR1,A
MOVA,R7
MOVR2,A
INCR2
LD5:
MOVA,@R1
ADDCA,@R1
DAA
A
INCR1
DJNZR2,LD5
DJNZR3,LD3
RET
（4）再把压缩的10进制数变成非压缩的10进制数，即变成代码，为显示卡号做准备
L11：
MOVR1,#10H
MOVR2,#03H
MOVR0,#28H
L12：
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
A
INCR1
MOVA,@R0
SWAPA
ANLA,#0FH
A
INCR0
INCR1
DJNZR2,L12
RET
（5）把代码变成段码。
LF:
MOVR2,#08H；代码--段码
MOVR0,#10H
MOVR1,#20H
LF1:
MOVA,@R0
ADDA,#06H
MOVCA,@A+PC
A
INCR0
INCR1
DJNZR2,LF1
RET
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
DB00H,40H,73H,03H,18H,23H,1CH,3DH,76H,0FH,1EH,38H
（6）调显示子程序，采用串显方法，节省资源。
XSH:
MOVR0,#20H；显示子程序
MOVR2,#08H
LP1:
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2:
RLCA
MOVP1.4,C
CLRP1.0
SETBP1.0
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
5．非接触式IC卡门禁机电路
如图P3.7所示。
（四）非接触式IC卡门禁系统参考程序
门禁系统程序主要包括读卡、数制转换、显示、合法卡比较、开锁、中断子程序、延时子程序等模块。
1．显示子程序模块
图P3.8为显示子程序流程图。
显示子程序：
XSH:
MOVR0,#20H
MOVR2,#08H
LP1:
MOVR1,#08H
MOVA,@R0
LP2:
RLCA
MOVP1.4,C
CLRP1.0
SETBP1.0
DJNZR1,LP2
INCR0
DJNZR2,LP1
RET
2．门禁系统程序
图P3.9为门禁系统程序流程图。
门禁系统程序清单：
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0023H
LJMPZD
ORG0300H
MAIN:
MOVSP,#60H
CLRP2.5；关指示灯
LCALLBEING;调显“H”子程序
M1:
LCALLSIC；调串口始化子程序
L03:
MOVA,0FH；判卡
CJNEA,#33H,L03
MOV0FH,#00H
MOV17H,#10H
ACALLL04E0；ASCⅡ转16进制数子程序
ACALLL04B0；调装配压缩16进制数子程序
ACALLL1234；调压缩16转非压缩10进制子程序
ACALLL11；压缩--非压缩
ACALLL120F;代码--段码子程序
ACALLL1261;调显示子程序
图P3.9门禁系统程序流程图
SETBP2.5开锁子程序
CLRP2.3
SETBP2.6
CLRP2.3
MOVR5,#0FFH
L8:
DJNZR5,L8
LCALLDEL;延时10S
CLRP2.6
LCALLDEL
SETBP2.6
SETBP2.3
CLRP2.5
JNBP1.4,AL
LJMPM1
AL:
CLRP2.6
LCALLDEL
SETBP2.6
RET
SIC:
ANLTMOD,#0FH；串口始化子程序
ORLTMOD,#20H
MOVTH1,#0FDH
MOVTL1,#0FDH
SETBTR1
MOVIE,#90H
MOVSCON,#50H
RET
ZD:
PUSHACC；中断子程序
PUSH00H
PUSH02H
MOVR0,#30H
MOVR2,#0BH
LL1:
ACALLLL2
JBF0,LL3
NOP
NOP
A
INCR0
DJNZR2,LL1
POP02H
POP00H
POPACC
NOP
MOV0FH,#33H
RETI
LL2:
MOV04H,#28H
LL4:
JNBRI,LL6
CLRRI
MOVA,SBUF
CLRF0
RET
LL6:
MOV05H,#0AH
LL5:
DJNZR5,LL5
DJNZR4,LL4
SETBF0
RET
LL3:
POP02H
POP00H
POPACC
RETI
L04E0:
MOVR0,#30H；ASCⅡ转16进制数子程序
MOVR2,#0AH
L04E4:
MOVA,@R0
ACALLL04A0
A
INCR0
DJNZR2,L04E4
RET
L04A0:
CJNEA,#40H,L13
SJMPL04AD
L13:
JCL04A9
ADDA,#09H
L04A9:
ANLA,#0FH
CLRC
RET
LE3:
SETBC
RET
L04B0:
MOVA,30H;装配压缩16进制数子程序
SWAPA
ADDA,31H
MOV30H,A
MOVA,32H
SWAPA
ADDA,33H
MOV31H,A
NOP
NOP
MOVA,34H
SWAPA
ADDA,35H
MOV32H,A
MOVA,36H
SWAPA
ADDA,37H
MOV33H,A
NOP
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