基于单片机的IC卡门禁系统设计

近些年来在我们的生产生活当中，门禁系统及其产品的使用越来越广泛，为了分析了IC卡门禁技术的发展趋势和IC卡门禁系统技术在门禁系统中的使用特点，以及需要优化的方面，进而进行以基于单片机的IC卡门禁系统工作原理为基础去进行设计和制作。
本论文重点通过对射频技术原理和射频卡来研究智能门禁系统，而主要的研究对象就是这款非接触式的IC卡门禁系统。相对于其它的门禁系统，它有着独特的优势，也使得它的使用最为广泛，它的核心技术是将射频识别技术和IC卡技术相结合，正是通过这种多部分技术相结合的形式，使得它的发展更有前景也更有发展潜力。本篇论文将几种不同的门禁系统进行了比较，选出合适的方案，并结合本系统预期要达到的特点加以改进，最后完成系统设计方案，并且详细的介绍了该门禁系统的硬件组成、软件组成，以及各部分的运行方式和参数。
经过最终测试，本设计达到了预期的设计效果。这套IC卡门禁系统可以高效的识别IC卡模块的读写，磁锁部分也能及时的做出开关指令，并且在IC卡管理上可以进行加入用户卡，删除用户卡，以及键盘密码控制等功能。总体的系统功能均以达到了预期目的。

关键词：单片机；射频识别技术；IC读写模块；按键

1.1 系统方案设计
方案一：本方案的核心在于系统的芯片选取上，这里选择的是PIC16C84单片机为核心芯片。之所以选这款单片机芯片是因为其强大的功能，CMOS EEPROM微控制器为8位，在模块功能上它的性能也十分强大，尤其是它的RISC信号指令。并且它的单字节的指令有5条，这使得它的运行速度更优于AT系列单片机。
它的主要指令只需要一个指令周期，除了程序分支指令是需要两个指令周期，而程序分支指令应用并不是很多。在芯片内有1K×14的EEPROM程序存储器，而程序指令的宽度仅为14位。显示模块选用LCD1602液晶显示屏，键盘上选用独立式键盘，它的功能原理相对简单，键按指的令发出是通过判断芯片I/O口处读取口的电平的高低去判断的，从而达到发射指令控制的这样效果。
这套方案总体来讲核心功能十分强大，但是也有他的不足之处，就是这种方式的I/O口占用的数量相对较多。而且对键盘处理的这一部分还要克服一个键盘的抖动的问题。在我们现有的内力上想改善防抖问题，分为软件防抖和硬件防抖，而这一块的技术方面我们还尚未做到完善，所以这也是我们的备选方案之一。此方案应该选取的控制电路图如图1.1所示。

图1.1 独立式控制电路图

方案二：本方案的核心在于系统的芯片选取上是十分重要的，我选用AT89C51这款芯片。之所以选择这款芯片是因为，这款芯片它具有很多优越性除了低功耗、稳定的性能之外还有CMOS 8位微控制器，这款控制器并不是最高效的控制器，但是作为我们系统控制器是足够的。
除此之外它有系统可编程Flash存储器为4K字节。灵活的8位CPU和在系统可编程Flash，易失性存储与工业其他产品指令和引脚完全兼容，它的广泛使用与它良好的兼容性是分不开的。正因如此才使得性能不是最强大的AT89C51在市场有其足够的市场。
在控制方面上我预计选用行列扫描的键盘形式，模块的电源正极通过一个小值电阻连接列线，这套模块有很多优势，它的输入端为列线连接的单片机I/O口，输出端是以行线所连接的单片机I/O口。它的工作原理是判断输入线的高低电平，进而判断是否有按键按下，正常时候是没有按键被按下，它输出端的所有列线都是高电平，当有键按下，高电平将会被输入线拉低。
这套方案总体巧妙的运用了高低电平，并且性价比非常高，以一个较为经济的价格可以达到一个令人满意的系统控制效果，并且51系列单片机是一款我们相对熟悉的一款芯片，而行列式的控制模块也跟更容易理解其控制原理，方便我们后期的代码编写。所以方案二也是我们的备选方案之一。行列式的控制电路如图1.2所示。

图1.2 行列式的控制电路图

方案三：本方案的核心在于系统的芯片选取上也是十分重要的，我们以MSP40单片机芯片为核心。这款单片机有很多它独有的优势，拥有16位的混合信号处理器，最大的特点就是它的功率功耗很小，并且它的健康使用时间更长，并且可以高效、精准的处理混合信号。最开始的时候它是由美国的德州仪器（TI）开始推出市场，它的应用也比较广泛，主要优势体现于高可靠性、方便扩展、功耗更小、所占空间更小、使用更为简洁等优点，主要针对于更大功能需求上的应用需要。
系统上它把各个模块的模拟电路、数字电路和微处理器汇到一起，然后通过强大的芯片对其进行混合信号的处理，然后迅速发出指令，它的指令集是十分简单迅速的、更低的功耗的混合型单片机，这款单片机通体来说具有很好整合电路能力，所以这是我们选择这款芯片原因。然而我们在能完成相对简单的电路的前提下，我们考虑芯片的经济价格。
最后就是我们整个电路的而核心控制模块的选取了。这是一款串并转换电路的键盘形式这款控制电路为74LS164，它一共有8个按键，工作原理为串并转化芯片它把SDA（P10）上的串行数据化为8位的并行数据。正是通过并行数据达到其数据传输的效果。它以S1-S8作为盘扫描，S1-S8依次输出低电平，当扫描到其他的管脚上是，如果S1～S7上的数据经过简单处理得到对应的键值。则说明扫描到的是P11等于0。如果P11检测为高电平，那么说明电路是没有按键为关闭状态。
总体来讲，74LS164型号的控制器拥有较为齐全的功能，但是较我们以往的学习经验，这款74LS164型号的控制器我们应用较少，相对陌生。74LS164控制器电路图如图1.所示。

图1. 74LS164型号的控制器电路图

通过以上三种方案的对比，第一种方案总体的功能十分强大，但是难以解决防抖问题，而第三套方案的功能也很成熟，但价格方面较高。综合上述方案的优缺点，我们基于经济和知识贮备等多方面的考虑，最终选择最为常用的方案二AT89C51系统。
1.2系统工作原理
（1）通过对系统初始化，然后通过扫描IC卡，系统会对卡片进行校验，校验成功方可打开电磁锁；