毕业设计(论文)基于非接触式IC卡的门禁管理系统的应用.doc
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1、门禁系统设计摘 要本论文介绍了一种基于非接触式IC卡的门禁管理系统的应用,非接触式IC卡是IC卡领域的一项新兴技术,它是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)技术1是最近几年发展起来的一门新的自动识别技术。它利用射频方式在非接触式IC卡和读卡器之间进行双向通信,完成目标识别和数据交换,而卡上电路的工作电源由读卡器发出的电磁波能量提供。由于非接触式IC卡具有操作快捷、防碰撞能力强、工作距离远、安全性高、便于“一卡多用”等特点,在身份识别、自动收费和电子钱包等领域具有接触式IC卡所无法比拟的优越性,具有广阔的市场
2、前景。非接触式IC卡读卡器是非接触式IC卡应用系统的关键设备之一,本课题中应用的读卡器是一种读写距离为100mm的非接触式IC卡读卡器。随着射频识别技术的推广,Mifare卡已经广泛应用于公共交通终端、手持终端,板上单元、非接触式PC终端等各个非接触式通信场合。非接触式智能卡读写器系统是射频技术中的一个重要组成部分,可完成指令分析、数据采集等诸多功能。读卡器的实现原理如下:由读写器向Mifare1卡,也就是向射频卡发射特定频率的无线电磁波,当射频卡靠近读写器时,受读写器发射的电磁波激励,卡片内的LC谐振电路产生共振并且接收电磁波能量,当射频卡接收到足够的能量时,就将卡内存储的识别资料以及其他数
3、据以无线电波方式传输到读写器并且接受读写器对卡内数据的进一步操作2。论文从门禁技术的发展出发,首先介绍了非接触式IC卡的特点、种类、组成以及国际标准,然后介绍了非接触式IC卡门禁系统所涉及的技术,在此基础上,论文又详细地阐述了非接触式IC卡读卡器的硬件和软件设计,读卡器的硬件设计包括蜂鸣器驱动电路、RS232通信电路、MF RC500接口电路和读卡器天线电路;软件设计包括MF RC500的应用程序的设计、读卡器其他电路的应用设计和主程序设计三个部分。关键词 非接触式IC卡/射频识别技术/读卡器/串口通信 GATE CONTROL SYSTEMABSTRACTThis article intro
4、duces a kind of entrance guard system this is based on Radio Frequency Identification cards.Contactless IC Card is one kind of new techology and IC card technology. Radio Frequency Identification technology is a new technology of autoidentification in recent years.Wireless and bidirection communicat
5、ion between reader and contactless card is their communication mode to identificate the goal and to swap data by radio frequency identificationThe power of IC card circuit is supplied by the power of electromagnetic wave from reade.Because contactless IC card has some advantages over common IC card
6、such as its high working speed、good anticollsion quality and long working distance,there will be a good prospect for it in many fields,such as automatic pricing、identity distinguishing、electric wallet and so on.The contactless card reader is one of the key devices of a contactless IC card and system
7、. We develop one kind of contactless IC card reader,which is onepart of a project and has about 100mm working distance.As RFID technology promotion, Mifare card has been used widely in public transport terminals, hand-held terminals, plate unit, contactless PC terminal etc. Each contactless communic
8、ation occasions. Non-contact smart card inverter system is rf technology reading an important constituent, can complete instructions analysis, data acquisition, and many other functions. Reader in principle is as follows: Mifare1 card by literacy ware to rf card, namely certain frequencies to launch
9、 the wireless electromagnetic wave, when the radio frequency card when reading device, near the electromagnetic wave by reading and writing implement launch within the incentives, CARDS and resonate LC resonant circuit receive electromagnetic energy, when rf card to receive enough energy, will be st
10、ored inside card identification of information and other data to radio waves mode to reading and writing implement and accept to read the data inside card for further operation2 .One the basis of the development of entranceguard system,at first this paper generally introduce contactless IC card,incl
11、uding its feature、type、composing and international standard.Then it introduces then technology of Entrance Guard System.Based on these,the paper discusses the design of the contactless IC card reader in detail,including the circuit design and software design.The redders circuit is made up of buzzer
12、drive circuit,RS232 communication circuit,MF RC500 interface circuit and antenna circuit.The software design includes programming of main program.KEY WORDS Contactless IC card,Radio Frequency Identification,reader device,Serial communication;microcontroller of 51目 录1 引言71.1本课题的提出背景-7 -1.2 本课题的研究意义-7
13、-1.3 国内外研究现状- 8 -2 设计总体研究和涉及的主要技术- 8 -2.1 非接触式IC卡门禁系统组成- 8 -2.1.1 读卡器- 9 -2.1.2 非接触式IC卡- 10 -2.2 非接触式IC卡门禁系统涉及的主要技术- 15 -2.2.1 自动识别技术- 16 -2.2.2 密码技术- 17 -3 非接触式IC卡读卡器的硬件设计- 18 -3.1 非接触式IC卡读卡器整体模块- 18 -3.2 非接触式IC卡读卡器主控模块设计- 18 -3.3 非接触式IC卡读卡器通信模块设计- 19 -3.4 非接触式IC卡读卡器天线设计- 20 -3.5 非接触式IC卡读卡器报警模块的设计-
14、 22 -3.6 非接触式IC卡读卡器射频模块接口电路设计- 23 -4 非接触式IC智能卡应用的软件设计- 26 -4.1 MFRC500底层驱动程序- 26 -4.2 单片机控制双方通信程序简述294.3 设计结果概述345 总结与改进355.1 论文总结355.2 改进与提高35致 谢37参 考 文 献38附录A391 引言1.1 本课题的提出背景在IC卡应用日益广泛的今天,IC卡门禁系统以其管理的安全、可靠、高效、灵活和方便逐步取代了其他现有各类门锁成为目前门禁系统的主流方式。门禁安全管理系统是一种新型智能化的安全管理系统,它集自动识别技术金额现代安全管理措施为一体,涉及电子、机械、光
15、学、计算机技术和通讯技术等诸多方面,它是解决重要部门出入口便捷控制和实现安全防范管理的有效措施,适用各种机要部门,如银行、宾馆、机房、办公大楼、智能化小区、工厂、军械库、机要室等。在数字技术和网络技术飞速发展的今天,门禁系统也得到了迅猛发展,门禁系统已由早期单纯的门道及钥匙管理,发展为一套完整的出入管理系统,并且通过采用先进的网络技术,使整套系统的操作和自身资源的使用不再受时间和地域的限制。非接触式IC卡门禁管理系统读卡器是以非接触式IC卡射频识别技术为核心,使用户使用方便和管理方便为目的,具有高安全性、高可靠性的管理系统。当要开门时,只要将IC卡在读卡器前一划。读卡器就会识别出该卡是否对应此
16、门,当密码正确则打开门。由于传统的门锁都是由钥匙进行开门,但是往往由于我们的不小心,就会把钥匙丢了,或者是钥匙被人复制的情况也时有发生,这样就造成了室内的不安全,基于这种隐患,我提出了这种新型的门锁管理方式,卡片不易被复制,既方便又安全。1.2 本课题的研究意义我国对IC卡行业的发展始于1993年左右,当时的中央领导高度重视IC卡行业,高瞻远瞩,指示要发展我国自己的IC卡事业,建立“金卡工程”,至今已取得了不小的成就,已研制成功我国自主版权的较大容量的存储卡,逻辑加密卡等,但是对于尖端的CPU卡及非接触式IC智能卡的制卡技术及其相应的读/写卡设备技术,仍处于落后状态,这极大地制约了IC卡行业的
17、发展,特别是在要求有极高安全性和保密性的金融行业中,制约了我国金卡工程的实施和发展。为了加快IC卡行业的发展,特别是尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡的推广应用。让IC卡行业及其他行业的同行尽快掌握CPU卡及非接触式IC智能射频卡的核心技术及其读写设备的软硬件技术及应用技术,跟上国外的IC卡研究和应用步伐,甚至走在其前面,我国不少科研院所参与到射频读写卡设备研制的工作中来。本人在利用非接触式射频卡进行系统集成的工作上作了一点有意义的探索,成功实现对射频卡的读、写等操作,完成了系统分析、设计、调试和运行的各阶段的工作。1.3 国内外研究现状门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展的,国外门
18、禁系统的知识品牌有美国的休斯(HID)、西屋(WSE)、洛泰克(NTK),以色列的DDS、英国的集宝等品牌。国内从事门禁系统有捷顺、北京青云等公司。目前,国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟,指纹自动识别系统的体积不断缩小,其价格也不断降低。据国际生物认证团(IBG)的预测:美国生物认证市场2002年突破7亿美元,其中指纹识别占近50%,虹膜识别占8%。美国生物认证市场到2005年将达到19亿美元,指纹识别占近40%,虹膜识别占10%左右。美国
19、生物谁市场在未来几年中仍将会保持高速增长的趋势,纵观门禁市场发展,据预计未来13年中国门禁市场的平均增长比例将达到20以上。2 设计总体研究和涉及的主要技术2.1 非接触式IC卡门禁系统组成非接触式IC卡门禁系统由非接触式IC卡、读卡器和PC管理机组成,此外还包括外部门禁设备。基本框图如图2. 1所示:RS232通信接口电源蜂鸣器驱动微控制器天线耦合电路Mifare读卡芯片天线图2.1 系统基本组成框图读卡器:是门禁系统的主要设备,直接与PC机通过RS一232串行口相连,只要有非接触式Ic卡进入读卡器天线射频能量范围,读卡器便通过射频信号与Ic卡通信,认证密码,读取卡中的数据,并将其存入计算机
20、中。非接触式IC卡:相当于开门钥匙,它是通过磁力线圈产生感应电流向读卡器发射卡内信息,完成读卡工作的。PC管理机:门禁系统有不同的构成方案,一种是读卡器不带存储器,PC机直接与读卡器相连,读卡信息实时地传送给PC机。另一种是读卡器独立工作,内部用较大的存储器存放读卡数据,采用采集器采集读卡器中的数据,再传送到PC管理机上。在本设计中采用的是第二种方案。门禁设备:门禁设备由读卡器中单片机的IO口根据刷卡情况发出控制信号控制,密码认证通过开门,否则不开门。在读卡器上用喇叭来仿真。2.1.1 读卡器门禁系统的关键部件是读卡器,它由微处理器、外围扩展器件、读写芯片、射频天线、串行通信接口等几部分组成。
21、接上串行口和+5V电源之后不仅可以读卡而且可以与计算机进行通信。该读卡器是针对Philips公司Mifare产品设计的,能够读写Mifare系列的非接触式IC卡。非接触式IC卡读卡器技术指标3如下:读写卡片类型:Mifare;天线可操作距离:天线的可操作距离为510cm;卡片存储容量:卡存储EEPROM大小为lK字节;射频输出:通过功率匹配将天线线圈直接连接到功率输出级;供电电压:5V士10(小于100mA);接口:标准RS232(读卡器)。2.1.2 非接触式IC卡非接触式IC卡标准和分类目前生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准,国际上还没有统一的标准。目前,可供射频卡使用的几种标准有
22、Is010536、Is014443、Isol5693和Isol8000。应用最多的是Is叫4443和Is015693,这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成4,本设计中采用ISO14443A标准。IC卡可以根据卡中所镶嵌的集成电路的不同可以分成三类。存储器卡:卡中的集成电路有EEPROM;逻辑加密卡:卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM:CPU卡:卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EEPROM、RAM以及固化在ROM中的片内操作系统COS(chipoperatingsystem)。按照应用领域来分,IC卡分为金融卡和非金融卡,金融卡又有信用卡和现
23、金卡等。按照卡与外界数据传送的方式来分,IC卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡,当前广泛使用的是接触式IC卡,但是非接触式IC卡是将来IC卡发展的方向。还有一种双界面IC卡,其既可以接触式使用也可以非接触式使用,是未来IC卡发展的方向之一。非接触式IC 卡的特点非接触式IC卡无机械触点,通过无线方式与读写设备进行通讯,与接触式Ic卡相比具有以下特点:操作快捷:卡与读卡器之间为无线通讯,使用时无需插拔卡及固定方向。大大提高了使用速度。同时,由于卡与读卡器进行通讯时的载波频率较高,卡内芯片可以工作在较高的系统时钟下,使二者的通信速率很高。高抗干扰性:非接触式IC卡具有防冲突机制,在多张卡片同时进入
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