本論文主要對基于TCP/IP協(xié)議的射頻卡門禁系統(tǒng)的設計的研制過程進行的全面總結,主要成果體現(xiàn)以下幾個方面:
(1)論述了基于TCP/IP協(xié)議射頻卡門禁系統(tǒng)的設計原理,并提出了總體設計方案。
(2)解決了嵌入式TCP/IP協(xié)議單片機網絡數據傳輸問題。使得該系統(tǒng)與舊的通過RS485格式的訊號作數據傳輸的系統(tǒng)相比,數據傳輸速率更高,節(jié)點數更多,更便于管理者管理。
(3)對射頻卡讀寫技術作了進一步的研究。此外,本系統(tǒng)還需要進一步完善的功能有集成多種識別技術。就是將磁條碼驗證技術、指紋識別技術集成到本系統(tǒng),這樣可以讓用戶根據需要選擇不同的門禁子系統(tǒng),如指紋門禁系統(tǒng),磁條門禁系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設計方案
系統(tǒng)所選用的主要芯片包括AT89C55單片機、RTL8019AS網卡芯片、FM1702N讀卡芯片。采用模塊化設計,主要包括處理器、讀卡模塊、液晶模塊、網卡模塊、鍵盤模塊及電子鎖。主要涉及的技術,即射頻識別技術和基于TCP/IP協(xié)議的以太網通信技術。
2 系統(tǒng)硬件設計方案
本系統(tǒng)主要研究和設計基于TCP/IP協(xié)議傳輸的非接觸式IC卡智能門禁系統(tǒng)。通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)門禁與遠程管理主機之間的傳輸數據,并結合90年代以來飛速發(fā)展的射頻識別技術,來完成現(xiàn)代化的網絡型門禁系統(tǒng)的管理。圖2給出了51單片機控制網卡芯片實現(xiàn)以太網通訊的硬件連接框圖。用到的主要芯片有AT89C55, RTL8019AS,74LS373, 62256(32k的SRAM)。FM1702N是復旦電子股份有限公司設計的,基于ISO14443標準的非接觸式讀卡機專用芯片,采用0. 6微米CMOS EEPROM工藝,支持ISO14443 typeA非接觸通訊協(xié)議,支持MIFARE標準的加密算法。芯片內部高度集成了模擬調制解調電路,只需最少量的外圍電路就可以工作,支持SPI接口,數字電路具有TTL、CMOS兩種電壓工作模式。特別適用于各類計費系統(tǒng)的讀卡器的運用。
TCP協(xié)議利用網絡層IP協(xié)議提供的不可靠的通信服務,解決分組的重傳和排序問題,為應用進程提供可靠、面向連接的基于字節(jié)流的服務。應用程序采用TCP進行通信時,源和目標之間會建立一個虛擬連接,兩臺計算機就在該虛擬連接中將數據當作一個雙向字節(jié)流進行交換。TCP不僅要維護入和流出傳輸層TCP模塊的每個用戶數據流的狀態(tài)和狀態(tài)信息,還須負責數據穿過一個或多個網絡、到達接收數據的用戶應用程序端口的傳送任務。每個TCP傳輸字節(jié)都有一個序號,接收TCP模塊用校驗和例程來檢驗是否受損,如檢驗正確則給出肯定應答ACK,否則丟棄該數據報并用序號來通知發(fā)送TCP模塊有關問題。TCP是協(xié)議棧的關鍵。但在微控制器這樣的系統(tǒng)中,資源十分有限,不可能也沒有必要實現(xiàn)協(xié)議的所有內容?？蓪f(xié)議進行適當簡化以節(jié)約硬件成本和提高數據吞吐率。而實現(xiàn)TCP協(xié)議后,就可以在此基礎上完成WEB服務器實現(xiàn)HTTP的了。TCP/IP網絡模塊的組成主要由MCS-51單片機和局域網接口芯片組成。
3 系統(tǒng)軟件設計
讀卡器軟件編程采用標準C語言程序實現(xiàn)對非接觸式IC卡的一系列操作,主要有AT89C55單片機初始化、FM1702N讀卡芯片初始化、防沖突程序、卡片的讀寫程序以及對卡片block(數據塊)操作等。讀卡程序的設計思想是上電初始化后,射頻界面一旦檢測有Mifare 1卡進入射頻天線的有效范圍,讀卡程序按順序啟動防沖突程序和認證程序,驗證成功后最后操作卡片讀寫程序。其軟件設計流程圖見圖4所示。RTL8O19AS網卡芯片有兩種工作方式,即中斷方式和查詢方式。這里采用查詢方式。主要包括主函數的初始化、定時器1的初始化、網卡的初始化、ARP、TCP、HTTP的初始化,最后是主函數的任務循環(huán)。
4 軟件硬件綜合調試
4.1 硬件調試
在硬件調試過程中最嚴重的錯誤就是地址分配的錯誤,由于考慮不夠周全導致系統(tǒng)無法正常工作,經重新分配后這一問題得到解決。
4.2 軟件調試
在軟件調試過程中對液晶、鍵盤、讀卡器程序的調試相對順利。對網卡程序的調試主要是UDP包的發(fā)送和接收。過程如下:
首先網卡芯片通過雙絞線與上位機連接,然后通過鍵盤設定本地IP地址和上位機IP地址,再通過上位機軟件進行同樣設置,最后激活服務器并輸入通信內容按發(fā)送鍵進行通信。單片機收到上位機發(fā)來的UDP包后原樣回發(fā),如果通信正常,在上位機聊天記錄窗口中就會出現(xiàn)剛才發(fā)送的內容。反之則通信出現(xiàn)問題,需要修改程序。上位機軟件圖如圖5所示。這部分的調試花費的時間較長,經反復修改才解決各個問題。最后就是將已調試成功的各個模塊按順序連接起來,最終實現(xiàn)了本系統(tǒng)的所有要求。
5 系統(tǒng)的實際應用
智能門禁系統(tǒng)已廣泛應用于學校,工廠,寫字樓,物業(yè)小區(qū),商店,金融系統(tǒng),電信系統(tǒng),軍用系統(tǒng)等多種場合,大大提高了工作效率,保障了系統(tǒng)安全。非接觸式IC卡智能門禁系統(tǒng)是現(xiàn)代化的,功能齊全的門禁系統(tǒng)。不僅能作為出入口管理使用,而且有助于內部的有序化管理,提高企業(yè)的整體形象。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對人員權限的明確限定,并可以在提高安全性的同時大大節(jié)約人力資源。智能,安全,高效的門禁系統(tǒng)管理已成為社會發(fā)展的必然趨勢。
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