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门禁读卡器功能测试仪设计 摘 要 本设计是基于 STM32 系列的单片机进行的对 SXG 系列门禁读卡器的功能测试。
在设计的同时对 STM32 单片机的理论基础和外围扩展知识进行了比较全面准备。
对SXG 系列门禁读卡器的功能测试在硬件与软件方面进行同步设计。
硬件部分主要由STM32F107VCT6 微处理器、LED 显示电路、JTAG 下载电路、电源转换电路、韦根通信电路、以及电机控制电路等组成,系统通过 LED 和米字型 LED 显示测试结果,所以具有人性化的操作和直观的显示效果。
软件方面主要包括系统进入停止模式和退出停止模式、韦根通信、控制电机、键盘测试等。
本系统以 C 语言进行软件设计,为了便于扩展和更改,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,以便更简单地实现对 SXG 系列门禁读卡器的功能测试。
所有程序编写完成后,在 keil 软件中进行调试 确定没有问题后,焊接硬件测试 SXG 系列门禁读卡器。
关键词 STM32F107VCT6 韦根通信 电机控制 THE DESIGN OF THE
ACCESS CONTROL READER FUNCTION TESTER ABSTRACT Taking the SXG series of
access control reader for research object this paperdesigned the function tests which based on the series of STM32 microcontrollers. Thetheoretical basis of the STM32 MCU and peripherals expand your knowledge in the designwhile a more comprehensive preparation. SXG series
access functional test of the readerhardware and software aspects of the synchronous design. The hardware part is mainlymicroprocessors by STM32F107VCT6 LED display circuit JTAG download circuit thepower conversion circuit Wiegand communication circuit and motor control circuit andother composition the system LED-segment LED displays the test results so humaneoperation and intuitive display. The software system enters stop mode and exit the stopmode Wiegand communications control motors keyboard testing. The system softwaredesign in C language in order to facilitate the expansion and change the software design ismodular in structure programming logic is more concise in order to more easily achievethe functional testing SXG series
access card reader. All programs after their completionin keil software for debugging there is no problem welding SXG series
access card readerhardware testing.KEY WORDS STM32F107VCT6 Wiegand communication Motor control 目 录中文摘要 .............................................................................................................................I英文摘要 ............................................................................................................................II1 绪论 ................................................................................................................................. 1 1.1 引言 .......................................................................................................................... 1 1.2 主要任务 ................................................................................................................. 2 1.3 主要技术指标 ....................................................................................................... 2 1.4 门禁读卡器功能测试仪的国内外发展现状与趋势.................................. 22 设计方案论证 .............................................................................................................. 3 2.1 控制器芯片的选择方案和论证 ................................................................... 3 2.2 显示模块选择方案和论证 ............................................................................ 3 2.3 下载方式的选择方案和论证........................................................................ 4 2.4 电路设计最终方案确定 ................................................................................. 43 硬件设计 ........................................................................................................................ 6 3.1 电源设计 ................................................................................................................. 6 3.2 晶振电路 ................................................................................................................. 6 3.3 复位电路 ................................................................................................................. 7 3.4 开始按键电路 ....................................................................................................... 7 3.5 韦根通信电路 ....................................................................................................... 8 3.6 JTAG 下载电路...................................................................................................... 8 3.7 电机控制电路 ....................................................................................................... 9 3.8 主电路设计 .......................................................................................................... 104 软件设计 ...................................................................................................................... 12 4.1 主程序设计 .......................................................................................................... 12 4.2 系统初始化 .......................................................................................................... 14 4.3 系统自检 ............................................................................................................... 15 4.4 开始键设为中断模式........................................................................................ 15 4.5 进入停止模式 ..................................................................................................... 16 4.6 配置系统时钟 ..................................................................................................... 16 4.7 电机控制 ............................................................................................................... 17 4.8 韦根通信测试 ..................................................................................................... 17 4.9 按键测试 ............................................................................................................... 195 系统调试 ...................................................................................................................... 20 5.1 软件调试 ............................................................................................................... 20 5.2 硬件调试 ............................................................................................................... 20结束语 ............................................................................................................................... 22致 谢 ............................................................................................................................... 23参考文献 .......................................................................................................................... 24附 录 ............................................................................................................................... 25 附录 1 硬件电路图 ................................................................................................... 25 附录 2 PCB 板 .......................................................................................................... 27附录 3 主程序源代码 .............................................................................................. 281 绪论1.1 引言 随着经济的蓬勃发展,外来人员增多,出租屋租住人员的流动性更大,如何杜绝闲杂人员的进入,加强出租屋的技术防范水平。
传统机械锁在使用过程中存在以下问题:都采用一把钥匙一把锁,钥匙易被仿制;钥匙丢失后存在安全严重隐患;人员流动导致钥匙流失而无法控制;有的出租屋,更换一个人就要更换几套机械锁;几乎所有的机械门锁,对上门开锁者,都是很容易打开的。
出入口处安装刷卡门禁系统1,一人一卡,所有租住人员都必须凭卡出入,即使租户钥匙扣卡不慎丢失,只要将他的卡号通过遥控器直接删除,该卡立即在本锁使用无效,业主不用换锁,即经济又安全。
出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统,它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体,它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。
它是解决重要部门出入口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、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。
在数字技术网络技术飞速发展的今天门禁技术得到了迅猛的发展。
门禁系统早已超越了单纯的门道及钥匙管理,它已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。
它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。
门禁系统中读卡器2是最外围设备,担负着读取卡片信息、人机界面交互、数据校验上传等一系列功能,其重要性不言而喻。
读卡器要具有安全性、稳定性、外型美观及环境和谐、人机界面友好、安装调试的经济与便捷、节能环保设计的特点。
英格索兰的 SXG 系列 CPU 智能卡读卡器具有这些特点,采用多技术,支持 125KHz 低频卡和 13.56MHz 高频卡;阅读距离远:7.6cm125K;7.6cmISO15693;兼容非接触CPU 智能卡等多种格式:HID Proximity;Infineon my-d 安全扇区;HID iClass、Infineonmy-d、Philips I-Code、DESFire、MIFARE 序列号;DESFire、MIFARE 扇区,复旦微电子 FM1208 CPU 卡安全文件;具有防拆保护,3 态 LED(红、绿、琥珀)可视化指示灯及声音反馈,显示工作状态及动作信息;广泛使用于银行、办公楼、建筑工地、交通、电力、军队、学校、医院等门禁应用场合。
11.2 主要任务 本 文 设 计 的 测 试 仪 可 检 测 英 格 索 兰 的 SXG6701K 、 SXG6501 、 SXG5501 、SXG4501、SXG4001、SXG5001 型号的读卡器,利用 STM32F107VCT63进行控制,LED 显示测试结果,可广泛应用于英格索兰的 SXG 系列 CPU 智能卡读卡器的生产工厂,自动化工作,可减少员工的工作量。
因而,此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。
1.3 主要技术指标 (1)工作温度范围: -20°C 到 80°C; (2)测试设备支持 SXG6701K,6501,5501,4501,4001,5001; (3)不工作时进入停止模式4,节省能耗; (4)支持韦根 26 位、34 位(带校验),以及 4 位(不带校验); (5)键盘测试时,能够自动运行。
1.4 门禁读卡器功能测试仪的国内外发展现状与趋势 门禁读卡器是门禁系统的重要组成部分,是门禁系统信号输入的关键设备,其安全性和可靠性是不言而喻的。
门禁读卡器的读卡技术多种多样,种类又很多。
目前门禁读卡器功能测试仪主要是针对各公司的产品进行制造的,种类单一,兼容性不强,这样导致读卡器生产商要采购多种测试仪才能满足检测需要,增加了成本。
有些测试仪为了节省成本,使用简单功能的微处理器,没有低功耗模式,耗电量大。
也有些测试仪界面不够友好,使用者需要学习一段时间才能操作,降低了生产商的生产效率。
为了改善以上的不足,未来的门禁读卡器功能测试仪将朝着多功能化发展,将支持目前市面上主流的读卡技术校验,能够自动运行,支持更多型号的读卡器,具备键盘测试,外型美观及环境和谐,人机界面友好,可使使用者快速掌握使用方法。
节能环保也将是今后读卡器功能测试仪发展的重要趋势,不工作时处于休眠状态,降低功耗。
以后的门禁读卡器测试仪也将更加的安全和稳定。
22 设计方案论证2.1 控制器芯片的选择方案和论证方案一: 采用 89C51 芯片作为硬件核心,采用 Flash ROM,内部具有 4KB ROM 存储空间能于 3V 的超低压工作而且与 MCS-51 系列单片机完全兼容但是运用于电路设计中时由于不具备 ISP 在线编程技术5 当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二: 采用 STM32F107VCT6,片内具有 64KB 的 RAM 和 256KB 的 ROM,存储空间大不需要外扩存储芯片;工作温度范围:-40°C 到 85°C,满足工业现场;支持的接口类型多,包括 USB、USART、SPI、I2C、CAN6,便于以后升级;电源电压最大3.6V,最小 2V;支持 JTAG7,具有在线调试功能;具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。
所以选择采用 STM32F107VCT6 作为主控制芯片。
2.2 显示模块选择方案和论证方案一: 采用 LED 液晶显示屏液晶显示屏的显示功能强大可显示大量文字图形显示多样清晰可见但是价格昂贵需要的接口线多所以在此设计中不采用 LED 液晶显示屏。
方案二: 采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较适合如采用在显示数字显得太浪费且价格也相对较高所以也不用此种作为显示。
方案三: 采用米字型 LED 显示,米字型 LED 价格适中,单个就可以显示所有的数字和英 3文字符,接线方法简单。
所以采用了米字型 LED 作为显示。
2.3 下载方式的选择方案和论证方案一: 通 过 串 口 下 载 程 序 , 首 先 要 将 STM32F107VCT6 的 启 动 模 式 8 设 置 为SystemBoot,而默认的启动模式是 UserBoot,在 SystemBoot 模式下,STM32 在复位后不会执行用户代码,而是等待串口更新程序。
程序运行时,需要将启动模式设置为UserBoot 模式,复位芯片。
方案二: 通过 USB 接口 下载 程序,首先要将 STM32F107VCT6 的启动模式设置为SystemBoot,而默认的启动模式是 UserBoot。
程序下载成功后,需要将启动模式设置为 UserBoot 模式,复位芯片即可看到程序运行的现象。
方案三: 通过 JLINK 下载程序,不需要改变启动模式,JLINK 仿真器支持的处理器多,与主流的开发环境完美结合。
通过 JLINK 仿真器,可以方便地下载和在线调试代码。
所以采用 JLINK 下载程序。
2.4 电路设计最终方案确定 综上各方案所述对此次作品的方案选定:以 STM32F107VCT6 为主控制器,通过 JLINK 仿真器下载和调试程序,LED 指示灯显示测试结果,米字型 LED 显示键盘测试结果。
主电路采用 STM32F107VCT6 作为主芯片,包括复位电路、开始按键电路、电源模块、JTAG 下载电路、LED 工作指示灯电路、米字型 LED 显示电路、韦根通信电路、电机控制电路和按键测试电路。
电路设计框图如图 2-4 所示: 4 LED 工作指 复位电路 示灯电路 开始按 键电路 米字型 LED 显示电路 STM32F107VCT6 电源模块 按键测试JTAG 下 载电路 电机控制韦根通信电路 电路 图 2-4 电路设计框图 53 硬件设计3.1 电源设计 在这里因设计分工和侧重点不同,电源模块先采用通用的电源将 220V 的交流电转换成 12V 的直流电,然后 12V 的电源一方面给英格索兰的 SXG 系列 CPU 智能卡读卡器供电,一方面给本设计的测试电路供电。
上电后,电源工作指示灯 LED5 亮, C5然后经过 C4、 电容滤波输入到 LM1117,通过电压调节器 LM1117 调节后输出 3.3V的电压,再经过 C6、C7 电容滤波,最后输出稳定的 3.3V 电压。
如图 3-1 所示: D5 J1 12V 1 LED5 2 4004 LED Power In CN1 R23 GND 2K 2 12V 1 PCBA Power U2 12V LM1117 3.3V 3 2 Vin Vout GND C5 C6 10uF 10uF C7 0nF 100nF 1 图 3-1 电源设计3.2 晶振电路 单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作,STM32F107VCT6 内部含有一个8MHz 的 RC 振荡器,但精度较差,通常使用外部高速时钟信号。
外部 25MHz 的高 然后经过 PLL2速时钟首先经过时钟配置寄存器 2 的 PREDIV2 分频因子进行 5 分频,倍频因子 8 倍频后,再经过 PREDIV1 分频因子 5 分频后得到 8MHz 的时钟,然后经过时钟配置寄存器的 PLL 倍频系数 9 倍频后,输出精确的 72MHz 时钟。
如图 3-2 所示: 6 图 3-2 晶振电路3.3 复位电路 在系统运行的过程中,有时可能对系统需要进行复位,为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害,设计了手动的复位电路,如图 3-3 所示。
这种电路的设计,在系统的运行过程中需要复位时,只需使开关闭合, NRST 端就会出现一定时间的 .
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