基于51单片机的IC卡门禁控制系统软件设计

唐凯

【摘要】随着现代科技的发展，门禁控制系统在安全技术防范领域扮演着越来越重要的角色。其软件系统的开发和设计起着重要的作用。

1、前言

随着现代科技的发展，门禁控制系统在安全技术防范领域扮演着越来越重要的角色，这是建立在先进的计算机技术，通信技术各非接触的射频识别技术之上，通过持有非接触式IC卡来对人的进出实施放行，拒绝和记录等操作的智能化控制系统。非接触式IC卡的核心技术为射频识别，其环境适应性强，可全天候，无接触地完成自动识别功能。

本系统以89C51系列单片机STC89C52为控制核心，利用非接触式射频卡模块读取用户手中的IC卡信息，识别成功后与系统存储的IC卡库数据进行比对校验，如果IC卡数据库中有IC卡则证明IC卡合法，单片机通过控制继电器控制电子锁门禁开启和关闭。同时采用键盘作为IC卡录入和删除，LCD1602液晶作为人机交互显示，让系统具备更大的实用价值。

2、系统总程序设计

系统上电后首先进行初始化，完成液晶、键盘等初始化任务。然后进入死循环，单片机控制IC卡模块时时扫描判断是否有IC靠近，当靠近时，启动IC卡读取程序，识别IC卡卡片信息后，与AT24C02芯片内存储的IC卡数据库信息进行比对，如果校验成功则控制门禁开，反之则不开门禁。整个过程LCD1602液晶显示操作过程及数据信息。

3、IC卡读写子程序设计

3.1 Mifare射频卡技术参数

（1）容量为8K位（bits）1K字节（bytes）EEPROM

（2）分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位

（3）每个扇区有独立的一组密码及访问控制

（4）每张卡有唯一序列号，为32位

（5）具有防冲突机制，支持多卡操作

（6）无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路

（7）数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次

（8）工作温度：-20℃～50℃（湿度为90%）

（9）工作频率：13.56MHZ

（10）通信速率：106 KBPS

（11）读写距离：10 cm以内（与读写器有关）

3.2 IC卡读写卡的过程一般包含如下几个步骤：

（1）复位应答（Answer to request）

射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。

（2）防冲突机制（Anticollision Loop）

当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。

（3）选择卡片（Select Tag）

选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。

（4）三次互相确认（3 Pass Authentication）

选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）

IC卡读写流程图如图所示

3.3 IC卡读写操作流程图

4.按键程序的设计

按键作为人机交互的方式，在该设计中起着至关重要的作用。实现IC卡的录入与删除。当读卡模块检测到该IC卡时，如果该IC卡没有被录入，当有键按下时，则该卡被记录，拥有进出该门禁的权限；如果该IC卡被录入了，当有键按下时，则该卡被删除，被取消进出权限。

图4.3 键盘子程序流程图

本系统用到了5个按键，它们的功能分别是：调节时间的时钟加、时钟减、分钟加、分钟减和添加/删除用用户卡。它们采用的是独立按键的连接方式，一端连接地，一端连在单片机的P1.0到P1.4口上。它们的程序实现是：首先给P1.0到P1.4口高电平，然后扫描这些I/O口上是否有电平变化，当它们有变化是说明有键被按下，最后根据是哪个I/O口的电平变化了判断是哪个键被按下。它的程序流程图如图4.3所示

5. LCD1602液晶显示子程序

1602液晶是字符型液晶，它的内部自带字符库，它可以写两行的字符，同时每行可以显示16个字符。在这里要显示的是实时时间，IC的编号和权限以及一些提示信息。

LCD1602的操作步骤：初始化；写命令（RS=L）设置显示坐标；写数据（RS=H）。根据其操作步骤设计LCD1602液晶显示程序流程图如图4.4。

从此流程图我们得出：LCD液晶显示屏在写显示程序的时候，我们要先写命令，再设定字符显示和汉字的位置，最后写数据，在每写一次命令或数据都需要判断液晶是否忙。打开液晶显示屏进入初始化状态，开始写命令，首先判断LCD是否忙，如果是P0.7=0，那么进入下一步写命令，如果不是P0.7=0，返回LCD是否忙。

6 电子锁门禁开关子程序设计

本系统的电子锁门禁开关，单片机只需要输出高低电平即可。当输出高电平时门禁关、低电平门禁开。程序流程如图4.5所示。

7 报警子程序设计

本系统的报警提示是通过蜂鸣器和LED来实现的，系统中用的是无源蜂鸣器。无涯蜂鸣器要给脉冲信号才能实现鸣叫，在程序的设计中，通过定时器产生脉冲信号来控制蜂鸣器报警。根据报警电路原理，当读卡模块检测到有非法卡进入，单片机输出一个报警信号，开启定时器产生脉冲信号给蜂鸣器报警。

报警子程序的流程图如图4.6所示。

8小结

在进行程序设计的时候，各个模块的子程序是比较好书写的，但是各个模块之间的数据传输，什么时候该模块工作，调用该模块的函数，需要对系统有一个总的了解和把握，这是软件设计中的最大的一个问题。