文章以門禁控制為例，介紹一款基于RFID應用的通用型控制器的設計原理，并給出了利用Proteus軟件進行仿真調試的方法。該控制器由RFID卡、天線、讀卡模塊、單片機、LCD1602顯示器等組成，采用AT89SXX系列單片機作為控制芯片，采用EEPROM保存卡號，不怕掉電。采用125kHz射頻讀卡模塊，讀卡模塊工作方式為主動方式，當RFID卡靠近讀卡模塊時，卡號連續以串行方式輸出，經串口送入單片機或PC機進行處理。可用于公共場所的門禁管理，具有成本低、性能可靠、通用性好、用途廣泛等優點，在此電路基礎上進行簡單應用功能擴展，便能滿足各種場合用戶的需求。

　　0 引言

　　RFID卡應用系統由RFID卡、讀卡器、控制器等組成，讀卡器將載波信號經天線向外發射，當RFID卡進入讀卡器的工作區域后，卡中的電感線圈和電容組成的諧振回路接收讀卡器發射的載波信號，卡中芯片的射頻接口模塊由此信號產生出電源電壓、復位信號及系統時鐘，使芯片“激活”，芯片讀取存儲器中的數據，經過調相編碼后調制在載波上，經卡內天線回送給讀卡器，讀卡器對接收到的信號進行解調、解碼后送至控制器或計算機，對卡號的合法性進行鑒別，并做出相應的處理和控制。

　　1 系統設計

　　控制器由RFID卡、天線、讀卡模塊、單片機、只讀儲存器、液晶顯示器等組成，系統結構框圖如圖1所示。控制器采用高性價比的AT89S 51單片機作為控制芯片，顯示器件采用LCD1602液晶顯示器顯示相關操作信息，采用AT24WC02作為只讀儲存器，存儲容量為2kbit，通過I2C總線接口進行操作，具有寫保護功能，用于儲存RFID卡號，掉電不消失。

　　讀卡模塊采用125kHz射頻讀卡模塊（型號為M106BXN），其電源為5V±10%，讀卡電流為29mA，讀寫距離為6～16cm，適用于PC機或8位UART的單片機，波特率9600、19200可選，射頻讀卡模塊可工作于主動方式和被動方式，在主動方式下，當RFID卡靠近模塊時，卡號連續從串口輸出;在被動方式下，當有RFID卡靠近模塊，同時模塊的CLK端為下降沿時，串口才輸出卡號。本設計采用11.05926MHz晶體，波特率為19200的讀卡模塊，工作方式為主動方式，讀卡模塊引腳功能如表1所示。

　　串口通信采用的幀數據格式為1個起始位，8個數據位，無奇偶校驗位，1個停止位。讀卡模塊輸出數據共有5個字節數據，高位在前，低位在后，其中前面4個字節為卡號，最后1個字節為效驗碼。例如：卡號為01FAB401，則讀卡模塊輸出為0X01 0XFA0XB4 0X01 0X41，其中效驗碼0X41由前面4個字節卡號進行異或計算得到，即0X01^0XFA^0XB4^0X01=0X41。

　　2 單片機資源分配

　　單片機引腳功能分配如表2所示。

　　3 電路工作原理

　　控制器仿真電路原理圖，如圖2所示，工作原理如下：

　　當按下K按鍵（用于記錄卡號）并開機，進入記錄狀態，這時將RFID卡靠近讀卡器，卡號被讀出并送入單片機，單片機將卡號寫入EEPROM，關機再開機，進入正常工作狀態。

　　在正常工作狀態下，當有RFID卡靠近讀卡模塊時，RFID卡從讀卡模塊的天線獲得能量并開始工作，卡號以串行方式發送給單片機，單片機接收到卡號后，將其與預先寫入EEPROM的卡號進行比較，如果兩個卡號相同，視為卡號有效，則輸出開鎖信號，顯示器顯示“come in please！”;如果兩個卡號不相同，視為卡號無效，顯示器顯示“error！”。

　　4 程序流程圖

　　

5 調試與仿真

　　5.1 LCD1602仿真電路

　　LCD1602仿真電路原理圖如圖4所示。編寫一段LCD測試程序在1602的第1行顯示一個字符串“Hello！”用于測試LCD顯示是否正常，運行仿真后，液晶顯示器顯示“Hello！”，說明測試成功。

　　5.2 EEPROM讀寫仿真電路

　　EEPROM讀寫仿真電路原理圖如圖5所示。編寫一個EEPROM測試程序，用于測試EEPROM讀寫功能是否正常，運行仿真后，液晶顯示器第1行顯示“Hello！”，第2行顯示“EEPROM test pass”說明測試成功。

　　5.3 串口通信仿真程序

　　編寫一個串口通信仿真程序，用于測試串口通信是否正常。串口通信參數設置，如圖6所示。運行串口通信仿真程序后，從PC機鍵盤輸入“1 2 3 4 5 67 8 9 a b c d”，在仿真終端窗口顯示相應的字符，如圖7所示，表明串口通信成功。

　　6 結論

　　本控制器軟件、硬件均通過調試并獲得成功，達到設計要求，適用單卡單用戶的應用場合，比如可用于賓館客房、住宅小區單元出入口門禁控制，也可以用作考勤、電子車票、商品電子標簽，還可以用于超市、游泳館、健身中心、體育館等公共場所作為門鎖控制，本控制器具有成本低、性能可靠、通用性好、用途廣泛等優點，在此電路基礎上進行簡單的應用功能擴展，便能滿足各種場合用戶的需求，比如只要適當選擇EEPROM的容量，簡單修改程序，就可以將單卡單用戶擴充為多卡多用戶，用戶量取決于EEPROM的存儲容量。