基于51单片机的rfid门禁系统设计大学本科毕业论文

湖南工业职业技术学院学生毕业设计

AT24C02与单片机连接的线是：

1)SCL接单片机的P2.1，同步时钟输入。 2)SDA接单片机的P2.0，串行数据输入/输出。 3)WE接地，写保护脚，WE=0芯片允许读写操作。 4)E0，E1，E2接地，芯片地址引脚，都要接固定电平。

3.4.1 EEPROM存储器接口

存储器AT24C02为8引脚DIP封装，管脚的含义：

1)E0到E2是地址输入线，为硬连线，通过这个地址单片机最多可寻址8个AT24C02，8个芯片都有固定的地址，分别对应E0，El，E2为000到111，我们用E0E1E2=000。

2)SDA是双向串行数据/地址脚，用于数据的发送和接收，SDA是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（Wire-OR）。

3)SCL是串行时钟输入线，用于产生串行数据发送或接收的时钟。 4)WE是写保护线，接到VCC为存储器写保护，接地为允许读写操作。

3.4.2 I2C总线协议

I2C（Intel-Integrated Circuit）总线是荷兰Philips公司于八十年代初推出的一种芯片间串行总线扩展技术。它用两根线（数据线SDA、时钟线SCL）可以完成总线上主机与器件的全双工同步数据传送。每一个时钟脉冲传输一位数据，在标准模式下可达100kbit/s，高速模式下可达400kbit/s。

1)SDA和SCL两线都是高电平定义为总线空闲状态。 2)只有在总线空闲时才允许启动数据传送。

3)在数据传送过程中，SCL为高，SDA状态必须保持稳定：SCL为低才允许SDA状态变化。

4)SCL为高时SDA的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号。SCL保持高电平期间，SDA出现由高到低的跳变作为I2C总线的起始信号，出现山低到高的跳变作为I2C总线的停止信号。起停信号由主器件发出。

5)串行数据首先传送最高位，每传送一个字节后必须跟一个应答位。低电平为应答信号，高电平为非应答信号。

6)接收器输出应答信号时，发送器必须释放数据线（SDA为高）芯片接收到停止信

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号后置于低功耗的备用方式（StandbyMode），起始/停止时序见图3-5所示[10]。

SDASCLSTART图3-5 数据传输起始/停止时序

STOP

3.5 时钟芯片

此次门禁系统设计要求能够实现期限管理，即对于RFID卡实现期限管理，本已注册过的RFID卡在一段时间之后会无法开门，它的合法性受到时间的限制。因此要想实现此功能需加入时钟芯片达到计时效果，门禁系统开机后，时钟芯片便会计时，可以在程序中设定时间当时钟芯片到达指定时间后，便会使存储器清空，清除注册过的卡号，从而达到RFID卡的期限管理效果。

本次实际中所用到的时钟芯片是DS1302，DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片DS1302，它拥有31个字节的静态RAM和实时时间，通过简单的串行接口连接可以与单片机进行实时时钟通信。提供秒、分、时日、日期、月及年份信息，每月的天数和闰年的天数都会系统自动调整计算。时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式。DS1302时钟芯片与单片机之间的信息传递通过简单地同步串行的方式进行通信，仅需用到 RES 复位、 I/O 数据线、SCLK串行时钟。时钟的读/写数据以一个字节或多个个字节、最高可达到满状态的31字节的字符组方式通信。其与单片机的连接方式如图3-6所示：

图3-6 时钟芯片与单片机连接电路

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DS1302的引脚图及外围的电路如图3-6所示，X1 X2 接32.768KHz 晶振，为时钟芯片提供时钟脉冲。复位脚CE、数据I/O 及串行时钟引脚SCLK，VCC1，VCC2接电管脚，VCC2接+5V系统电源，VCC1接系统备用电源。对与单片机的时间进行实时通信采用串行通信方式，CE为通信允许信号，当CE=1允许进行实时通讯，CE=0时禁止通信；I/O为双向串行数据传送信号，SCLK为串行数据的位同步脉冲信号。实时时钟芯片DS1302通过CE、SCLK和I/O三个管脚与单片机实现两芯片间的实时数据传送[11]。

3.6 步进电机电路

本文所做的是用51单片机实现基于RFID的门禁系统设计，顾名思义门禁系统要用RFID卡来控制门的开与关，因此本文中用步进电机的正转与反转来实现门的开与关。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得步进电机在速度、位置等控制领域的控制操作非常简单。

本次设计使用的是达林顿驱动器ULN2003来驱动步进电机，使用的是五线四相异步电机，其驱动电路如图3-7所示。

图3-7 步进电机驱动电路

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3.7 红外传感器

当RFID卡能够开门时，即该卡已经被注册后，再次刷卡后步进电机就会转动模拟开门效果，然而开门之后什么时候关门便值得思考。一定要保证刷卡者确实已通过，不会造成在进门过程中突然关门，因此要加入红外传感器时时监测是否刷卡者已通过，当检测不到障碍物时才使步进电机反转回原来位置，形成关门效果。

图3-8 红外传感器实物图

该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（放射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～30cm，工作电压3.3V～5V。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用非常方便等特点[12]。

3.8本章小结

本章主要介绍了基于RFID门禁系统的硬件设计。首先从总体上说明了门禁系统的工作原理，并且给出了硬件电路主框图，把硬件分成了几个模块；然后分别细致的介绍了主要模块的硬件设计，包括读卡器模块FM1702SL、Mifare射频卡、存储器EEPROM：AT24C02、时钟芯片DS1302、步进电机和红外传感器所组成的开门电路。除此之外还详细介绍了所用到的两个重要协议：SPI总线协议和I2C总线协议。

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