1、 基于单片机 控制的射频 ID 卡 考勤机的设计 系 （部）：信息科学与技术 系 专 业 班： 电子信息 工程 0602 班 姓 名： 袁 园 学 号： 20061186065 指导教师： 陈 青 2010 年 5 月基于单片机 控制 的 射频 ID 卡 考勤机的设计 Design of Radio Frequency ID Cards Attendance Based on Single-chip I 摘 要 射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合 (交变磁场或电磁场 )实现无接触信息传递并通过所传 递的信息达到识别目的的技术。射频识别是 非接触式的自动识别 ，它通过射频信号自动识别目标
2、对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 射频识别 技术中 ， 标签与读写器通过无线射频信号交换信息 。 与条形码技术相比， 射频识别技术 可以节省更多的时间和人力、物力，降低生产成本，提高工作效率 。 由于 RFID标签具有非接触识别、可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识别多个识别对象等突出特点，射频标签已被广泛应用于工业、商业、交通运输、物流 、 物品管理系统 、 畜禽检疫管理等众多领域 。 一般而言射频识别使用的通 信协议为 Wiegand协议（韦根协议）该协议内容并不复杂，应用广泛。 另外，对于数据量较大的 系统，涉及到数据存储问题，必须将数据存储
3、区与数据处理区分开，这 样有利于系统的模块化以及后续的维护。 本设计以 一 个 RFID集成模块 为例，由单片机 AT89C52控制器完成了 公司的门禁系统 并把 人员考勤 信息 记录 在片外数据存储区中以及通过 液晶显示 查询 结果 。本设计详细分析了基于单片机控制的 RFID考勤机 的方案和原理， 分块 给出了系统的硬件设计及软件编程思路 。 同时本设计可与上位机的数据库连接，具有实用价值。 关键词： 单片机 AT89C52 射频识别 韦根协议 数据存储 液晶显示 II Abstract Radio frequency identification technology is usage
4、of a radio frequency signal through space coupling (alternating magnetic field or electromagnetic field) to achieve non-contact transmission of information and through the message to identify the purpose. RFID is non-contact automatic identification, it gets target and relevant data through the radi
5、o frequency signal automatically, identifies without human intervention, can work in a variety of harsh environments. In RFID technology, labels and readers exchange the information through radio frequency signals. Compared with bar code technology, RFID technology can save more time and manpower an
6、d material resources, reduce production costs, improve efficiency. As the RFID tag has a non-contact identification, it can identify high-speed objects, anti-poor environment, confidentiality, identify multiple targets simultaneously, such salient features making it widely used in industry, commerce
7、, transportation, logistics, materials management systems, livestock quarantine management and many other fields. Generally speaking, Wiegand protocol is used as communication protocol which is not complicated and widely used. In addition, large data system is related to data storage problems. It mu
8、st separate data storage areas from data processing areas, which is beneficial to the systems modular and subsequent maintenance. Regarding an RFID integrated module as sample, the design, controlled by single-chipAT89C52, complete the companys attendance system and record the personnel attendance i
9、nformation in the data storage area as well as carry out on liquid crystal display (LCD). It gives the detailed analysis of programs and principles of the RFID Attendance based on single-chip, and the hardware design and software programming ideas. At the same time, the design which can connect with
10、 PC database has practical value. Key words: single-chipAT89C52 RFID Wiegand protocol data storage LCD III 目 录 摘要 . I Abstract . II 绪 论 . 1 1 整体方案设计 . 2 1.1 系统总体基本构成 . 2 1.1.1 系统实现方法 . 2 1.1.2 系统结构 . 2 1.2 系统工作原理 . 3 2 硬件电路设计 . 4 2.1 系统硬件主要构成 . 4 2.1.1 单片机 AT89C52 . 4 2.1.2 稳压芯片 L7805 . 6 2.1.3 射频识别
11、集成模块 RF01D . 6 2.1.4 片 外数据存储器 AT24C16 . 8 2.1.5 点阵液晶屏 TS12864 . 9 2.2 系统硬件电路模块 . 10 2.2.1 MCU 小系 统 . 10 2.2.2 电源模块 . 12 2.2.3 射频识别模块 . 12 2.2.4 预警模块 . 13 2.2.5 数据存储模块 . 13 2.2.6 开关控制模块 . 13 2.2.7 液晶显示模块 . 14 3 软件设计 . 15 3.1 主程序流程图 . 15 3.2 各个模块的设计 . 16 IV 3.2.1 显示模块 . 16 3.2.2 时钟模块 . 18 3.2.3 射频识别模块
12、 . 20 3.2.4 数据存储模块 . 22 3.2.5 开关控制模块 . 25 4 系统安装与调试 . 26 4.1 系统硬件的安装 . 26 4.2 系统硬件的调试 . 26 4.3 系统软件的调试 . 27 4.3.1 显示模块的调试 . 27 4.3.2 时钟模块的调试 . 27 4.3.3 射频识别模块的调试 . 28 4.3.4 数据存储模块的调试 . 28 4.3.5 开关控制模块的调试 . 28 结论 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 附录 1 系统原理图 . 32 附录 2 硬件实物图 . 33 附录 3 系统软件总程序 . 34 1 绪 论 单片机正以低廉的成
13、本、强大的功能、较高的可靠性广泛应用于家电设备、仪器仪表、工业控制及城市建设各个领域中 。 纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机 1,3。 随着技术进步，无线通讯和无线网络 也 迅速 在我们日常生活中的各个方面扩展 。而 近年来， RFID无线射频识别技术的研究与应用也 正飞速发展。 射频识别技术具有很多优势：通 过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源；具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，保护外部包装，节省开箱时间
14、；射频产品可以在恶劣环境下工作，对环境要求低；读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据；支持写入数据，无需重新制作新的标签；使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合；可以对 RFID 标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。由于 RFID 芯片的小型化和高性能芯片的实用化，射频识别标签不仅帮助不同领域的管理者追踪物品的位置和搬运情况，还可以实时报告标签上附带的其他信息，比如温度和压力 等。射频标签是通过连接到数据网络上的读写器来提供此类信息的，迄今为止射频识别标签主要作为条码的延伸而应用于工厂自动化或者库存管理等领域。但最终说来，尺寸更小的射频识别标签将应用于更先进的领
15、域内 17,18。 本 课题 的核心在于射频识别 ， 同时也包括 数据存储和显示 ，通过对射频信号的编码和识别记录相关信息 并进行数据存储和输出显示 ，这 使我们能够 进一步 掌握 射频识别的 原理和设计方法，对 其有深入 的了解和认识 。并且通过 实践， 我们对所学过的理论知识有了 更深刻的理解 。 另外， 设计 该课题 使我 掌握 了 51单片机 的软硬件开发工具的使用方 法，为 今 后从事相关行业的工作积累了经验。目前我国的信息行业发展迅速， 无线通信更是在发展的前沿 ， 但同时应该清楚的认识到我国的 信息 技术虽然发展迅速但和世界先进水平还有一定的差距。因此 本 课题不论是对自己的就业
16、还是对我国 射频识别 技术的发展都有非常现实与积极的意义 。 2 1 整体方案设计 1.1 系统总体基本构成 本系统 以单片机 AT89C52 为控制核心，由 电源模块、 射频识别 模块、 预警模块、数据存储模块、开关控制模块和 LCD 液晶 显示模块组成，它们共同完成 射频信号识别，信息读取、记录、查询， 报警 以及显示输出 的任务。其中 电 源模块用于稳压；射频识别 模块由 RF01D 与 单片机 相连接 ，射频信号通过触发外部中断与单片机进行通信 ； 预警模块由蜂鸣器和 LED 灯构成，用于区分本地卡与对外来卡，并对外来卡进行报警； 数据存储模块 是 由 AT24C16 芯片构成，进行
17、刷卡 信息的记录 和存储 ；开关控制模块由 4 个按键组成，控制刷卡和时间调整 ；显示模块 由 TS12864 液晶构 成，用来进行 刷卡信息 的显示 5,7。 1.1.1 系统实现方法 电源模块以稳压芯片为核心，稳定电压的输出； 射频识别 模块 由 天线接收和射频信号解码电路集成用以采集拾取 ID卡信息并编码输出 ； 预警模 块是在单片机控制下进行本地卡和外来卡的区分和报警； 数据存储模块可实现对 刷卡信息的记录和 存储；开关控制模块主要是用来控制 卡片信息的 显示 、查询 和 时间的调整 ； LCD 液晶 显示模块可根据单片机的控制显示 刷卡的不同信息 。 1.1.2 系统结构 图 1-1
18、 系统框图 我所设计的电路基本思想 是这样 的， 天线将刷卡的信息传送到射频识别模块，在单片机控制下经过密码对比区分该卡是本地卡还是外来卡，若为外来卡则预警模MCU小系统射频识别 模块 开关控制 模块 电源 模块 液晶显示 模块 数据存储 模块 3 块启动报警；若为本地卡则预警模块报安全并记录刷卡时间 存储在数 据存储模块中 ，同时将结果显示输出在 LCD液晶屏上 。 通过开关控制模块来查询刷卡记录并进行翻页查询以及时间的校准 8。 本系统的总体结构如图 1-1所示。 1.2 系统工作原理 天线将刷卡信息传送给射频识别模块后输出解码信息给单片机，单片机经密码对比区分卡的类别并将刷卡信息进行存储
19、记录最后送至 LCD液晶屏显示。另外，开关控制模块控制 考勤信息的查询和时间的校准 。由于 刷卡时需要记录相关信息，而单片机不支持程序操作 片内 ROM区 ， 因此需要对数据进行片外存储，鉴于 89C52单片机的外部接口资源有限， 可以 采用 AT24C16芯 片进行串行数据传输 12。 用开关控制系统进入查询模式或时间校准模式 13。 在查询模式下，通过按键进行上下 翻屏， 并从外部数据存储其中调用数据， 查询不同卡的多次刷卡信息 。在时间校准模式下，通过按键的组合来调整当时的年份、月份、日期、小时以及分钟以完成时间的调整与校正。 4 2 硬件电路设计 2.1 系统硬件主要构成 整个系统硬件
20、主要由 MCU小系统 、 电源模块、 射频识别模块 、 预警模块、 开关控制模块 、数据存储模块 及 显示模块 组成 。 主要的芯片和集成模块有单片机 AT89C52，稳压芯片 L7805， 射频 感应读卡机 RF01D，数据存储芯片 AT24C16， ST12864点阵液晶屏。 2.1.1 单片机 AT89C52 （ 1） 概述 AT89C52是美国 ATMEL公司生产的低电压、高性能 CMOS8位单片机，片内含 8K bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51指令系列及 8052产品引脚兼容，片内置通用 8位中央处理器和 Flash存储单元，功能强大的 AT89C52单片机适用于许多较为复杂的控制应用场合。 单片机 89C52引脚 图如图 2-1所示 。 图 2-1 单片机 AT89C52引脚 图 （ 2） 硬件结构 AT89C52提供以下标准功能： 8K字节 Flash闪速存储器， 256字节内部 RAM， 32个I/O口线， 3个 16位定时 /计数器，一个 6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 AT89C52的内部结构如图 2-2所示。
