射频IC卡感应锁控制器设计
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频
电
子
线
路
作
业
院系：电子信息工程学院
专业班级：电信12-01
姓名：xx
学号： xxxxxxxx
射频IC卡感应锁控制器设计
摘要：
IC卡感应锁控制器，力求符合实用、简单的设计原则，保证电控锁能够充分地扬长避短，即在更安全的同时，保持较低的成本（不降低性能为前提），提高可靠性。
关键词：
感应锁控制器，射频IC卡，单片机
感应锁在欧美国家已经发展到一定的程度，早已成为衡量生活品质高低与生活的指标。但是，中国感应锁发展还处于初级阶段，尤其是一些感应锁具品牌产品相对来说其技术还未发展至成熟，随着我国对外开放的不断深入，高档建筑发展很快，高档锁具市场的前景乐观。因为采用射频IC卡为钥匙的射频感应电锁具有操作方便、安全性能高等特点，故此它在新型电控锁中占有了举足轻重的地位。
射频简称RF。射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频是指射频电路产生的特定频率的调制电波。射频电路是指从天线(ANT)到收、发基带信号(RXI/Q、TXI/Q)为止的这部分电路。它包括接收射频、发射射频和频率合成器三大部分。射频信号的特点是串行通信方式,它在收发过程中,不断地被“降频”(接收)和“升频”(发射)。因此IC卡利用射频电路调制特定的电波来制作感应锁控制器。
射频IC卡感应电锁通常由载有密码的射频IC卡（射频钥匙）来代替传统的金属制作的钥匙。在读出密码后，通过一个电子控制器产生开门电信号，继而接通电源，驱动电控锁具开关门。这样做的好处首先是杜绝了非法复制钥匙，其次是为人员进出实现信息化管理创立了条件。但是，锁的结构变得复杂起来，不可靠的因素随之增加，成本也大幅度上升；又由于增加了某些操作，与机械锁相比使用难 度也提高了。可见，射频感应电锁在安全性能改善的同时也带来了可靠性、成本、可操作性等一系列新问题。如果在设计上不给以注意和采取措施的话，它反倒成了一种麻烦。可以认为，过于复杂的控制器往往是“麻烦”的根源。基于上述考虑，对射频感应电锁控制器，不论采用何种技术设计，都应该遵从一个原则，即在保证基本功能的前提下，控制器要做得尽可能简单。这里，基本功能一条很重要。也就是说，在设计的开始，一定要仔细界定功能，坚决剔除那些可有可无的东西。有的电控锁，除了开关门功能以外，增加了许多不常用或难使用的功能，其结果，不但徒然增加了许多成本，还大大降低了可靠性。这是导致产品不成功的重要因素。
一.IC卡感应锁原理
智能门锁感应器里面有个线圈，一直在震荡，相当于变压器的初级线圈，卡里也有一个线圈，相当于变压器的次级线圈，当两个线圈靠近时，耦合产生电流，给卡供电，同时耦合过去询问信号，卡应答，符合条件就开门。
二.IC卡感应锁控制器的理论规范要求
（1）技术参数：感应锁控制器的技术参数如表 1所列。
（2）功能要求 ：
一个IC卡感应锁控制器的基本功能除了启动键（唤醒键）、清除母钥键、
添加子钥键、清除子钥键、状态指示灯、低压指示灯、蜂鸣器。还应包括下述功能：
eq \o\ac(○,1)感应钥匙（射频IC卡）的添加与清除；
eq \o\ac(○,2)感应钥匙开/关门；
eq \o\ac(○,3)锁体电磁离合器的驱动；
eq \o\ac(○,4)为节省电力进行限时操作，超时后即转入睡眠状态；
eq \o\ac(○,5)低电压报警；
eq \o\ac(○,6) 控制器工作状态声、光提示；
eq \o\ac(○,7)按键唤醒功能。
下表是功能与声、光提示对照表：
（3）钥匙增删操作要求：
决定IC卡感应锁控制器性能的重要课题是：如何简洁而又快速有效的添加钥匙。以往见到的二进制拨码开关增、删子钥模式的主要问题是操作繁琐、效率低。采用添加、删除键，利用相邻子钥进行单一删除，是一种自然、简便的方法。以下是本设计提供的钥匙增删操作要求。
eq \o\ac(○,1) 清除母钥：先按住母钥删除键，后按下启动键，再放开启动键。母钥删除键保持按住5 s，听到一长声后即表示删除母钥完成。此后双灯闪烁，同时鸣叫五短声，表示母钥未设定。
eq \o\ac(○,2) 设定母钥：在双灯闪烁的同时鸣叫五短声后，感应锁控制器将预设为母钥的感应钥匙感应。听到一短声后，按添加键，蜂鸣器会发出两长声，此时即表示母钥已设定完成。每锁只能有一个母钥，母钥只能用于增删子钥，不能开门。
eq \o\ac(○,3) 增加子钥：按启动键后，将母钥感应，听到一短声后，再将欲加入的子钥感应。听到一短声后 按添加键，听到三短声即完成一个子钥之设定。若按增加键后听到一短声，则表示欲加入的子钥早已设定于内，是重复错误。用母卡做此增加时，也视为重复错误。连续增加时，只需重复感应欲增加的 新子钥，然后按添加键即可，最多增加29个子钥。
eq \o\ac(○,4) 开/关门：先按启动键，电路由睡眠状态转入读钥态。此时，可用钥匙感应，正确时听到一短 声，状态灯闪烁，门锁离合器通电动作，门开启。开启态持续5s后，状态灯熄灭，离合器分断，门恢复关闭态。
eq \o\ac(○,5) 清除单一子钥：按启动键后将母钥感应，听到一短声后按清除键，将欲清除的子钥的前一个子 钥感应，听到一短声后再按清除键，听到二短声后即清除完成。如果欲清除的子钥为第一个，则它的 前一个子钥就是母钥。如欲清除的子钥的前一个子钥已被清除但尚未补入新子钥，请用再前一个子钥清除，依次类推。如打算清除其他子钥，请重复以上操作。
eq \o\ac(○,6) 清除全部子钥：按启动键后将母钥感应，听到一短声后，再次用母钥感应，又听到一短声后，按住清除键5 s，听到两短声加一长声，即将所有子钥清除完毕。
管理射频钥匙一般采用授权发卡体系或卡片分级体系。为了 兼顾安全性和
易使用要求，采用母钥-子钥二级模式管理钥匙。母钥的作用相当于一个系统操作密码，由它对开门钥匙（集子钥）的添加和删除进行限制。
（4）控制器的几个基本工作状态：
eq \o\ac(○,1)睡眠态：如果10s内没有任何读钥操作发生，则电路自动转入睡眠态，以节省电力。
eq \o\ac(○,2)启动态：接通电源后，如果母钥已设定好，电池不欠压，则双灯均为熄灭状态；如果电池欠压，则仅欠压指示灯稳定燃亮。如果母钥未设定好，则双灯闪烁，同时鸣叫五短声。
eq \o\ac(○,3)电池低压报警态：电池电压≤5 V时低压灯燃亮。此时应尽快更换电池。
eq \o\ac(○,4)故障状态:在做增加、清除操作时，如果发现状态灯持续亮，则表示电路故障，应停止使用。
三.IC卡感应锁控制器的硬件设计
控制电路由单片机(U1)、钥匙存储器(U2)、射频模块(U3)、 人机界面部件、电磁离合器驱动电路和射频天线组成，采用直流6 V（4节5号电池）供电。
需注意的是：射频模块所匹配的天线线圈的参数必须准确，否则读卡性能达不到设计要求。制作天线时，必须用仪器测量其参数。该线圈对钥匙型感应体的识别距离为80 mm，对卡片型感应体的识别距离为120 mm。
天线参数表如下：
原理图如下：
在射频设计电路中采用了中功率PNP三极管担当电磁离合器驱动电路，可以驱动负荷电流在0.8 A以内的各种电锁专用电磁离合器或电机。如果打算驱动更大 负荷，可以改为继电器驱动方式，三极管输出接到继电器线圈即可，但这样会增大功耗。由4个按键、2只发光二极管、1个蜂鸣器组成人机界面，以便完成 添加、删除、启动等必要的操作。其中还利用89C2051片上集成的比较器构成电池欠压检测电路。当发生欠压时，点亮发光二极管。为了最大限度地延长电池的使用寿命，当几秒钟没有操作发生时，电路自动进入低功耗状态，即所谓“睡眠态”。这是通过软件控制89C2051和射频模块的工作状态实现的。
四.心得体会与总结
这次射频设计总的来说并不容易，虽然在课堂上学了不少理论知识，可当真正在实践时就会发现自己懂得太少啦！对射频识别技术还只有一些朦胧的意识，因此这项技术的提倡者要更多地在人们面前展示其优越性，我们同样应该认真学习相关技术，多实践，以获得更多的实践经验。通过这次设计更加体会到实践对于理论的重要性，平时基本都是在上课，实践的机会非常少，以后应该加强这方面的练习。
五．参考文献
1.《射频模拟电路》?---------------------电子科大出版社?
2.《射频电路理论与设计》-----------------人民邮电出版社????
3.《射频识别技术与应用》?----------------人民邮电出版
4.《数字电路基础》 ----------------------清华大学出版社
射频IC卡感应锁控制器设计.doc
