基于智能卡技術(shù)的防盜報(bào)警門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及引力波的實(shí)驗(yàn)探測給我們的啟示

PAGE25-基于智能卡技術(shù)的防盜報(bào)警門禁系統(tǒng)學(xué)院：吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院引言通常來說我們都是使用普通的門鎖控制進(jìn)出人員,進(jìn)行室內(nèi)的防盜。這種鑰匙存在著不少的弊端，比如說易被復(fù)制、丟失、生銹等。很明顯它已經(jīng)不適應(yīng)我們現(xiàn)代生活的防盜要求，不能有效地對我們的財(cái)產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，不宜進(jìn)出人員的控制。這就需要一種新的防盜門禁裝置來取代它。它不僅能完成傳統(tǒng)門鎖的所有工作，而且要具有可靠性高；操作方便；快捷；壽命長的優(yōu)點(diǎn)。此外還具有防盜沖突機(jī)制，可以處理非法進(jìn)入以及多人同時(shí)進(jìn)入。另外此門禁系統(tǒng)應(yīng)具有語音提示及狀態(tài)顯示提示，這樣不僅可以方便與人的交互。同時(shí)也方便了特殊人群(盲人)的操作。基于以上要求，我們選擇了利用射頻卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑰匙與門鎖有機(jī)結(jié)合，對安全門進(jìn)行控制。同時(shí)配以電腦實(shí)行實(shí)時(shí)智能管理，有效的解決了傳統(tǒng)門鎖的多種不足。目前結(jié)合小區(qū)、工廠、機(jī)關(guān)等部門智能化管理特點(diǎn)，將其中的大門、單元門、一些特殊門選擇智能卡門禁系統(tǒng)，已經(jīng)取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。我們的目的就是基于智能卡技術(shù)設(shè)計(jì)一款是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性好，全自動(dòng)防盜報(bào)警提示的門禁系統(tǒng)。第一章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)思路利用射頻卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑰匙，給每個(gè)有權(quán)進(jìn)入的人發(fā)一張射頻卡，通過卡中的信息進(jìn)行身份認(rèn)證。讀卡器與單片機(jī)實(shí)時(shí)相連，對ID號碼進(jìn)行采集，對采集的ID號碼進(jìn)行處理判斷，然后上傳給PC機(jī)實(shí)施信息判斷記錄，開門記錄及控制開關(guān)門的相關(guān)操作、語音提示操作。同時(shí)應(yīng)該考慮到人們沒有帶卡的情況，系統(tǒng)應(yīng)配有認(rèn)證密碼輸入裝置，通過單片機(jī)或PC機(jī)對個(gè)人密碼進(jìn)行核實(shí)從而進(jìn)行開門與否的操作。PC機(jī)應(yīng)具有錯(cuò)誤計(jì)次輸入鎖死判斷，并把判斷信息實(shí)時(shí)傳給顯示裝置，防止陌生人進(jìn)行窮舉攻擊，系統(tǒng)硬件框如圖1-1所示。PC機(jī)PC機(jī)單片機(jī)顯示裝置射頻卡電路圖1-1方案選擇與確定方案一：雙控制器射頻卡門禁整個(gè)系統(tǒng)采用兩個(gè)單片機(jī)的雙核結(jié)構(gòu)，讀卡器模塊完成對ID卡的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)傳給第一塊單片機(jī)進(jìn)行處理，第一塊單片機(jī)將數(shù)據(jù)譯碼后，傳給譯碼器電路，同時(shí)譯碼器電路也接收鍵盤的數(shù)據(jù)輸入，緩沖后送給第二片單片機(jī)。第二塊單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)，PC機(jī)將ID號和數(shù)據(jù)庫中已存入的ID號進(jìn)行比較，判斷正確與否后將消息送給第二塊單片機(jī)，單片機(jī)控制下圍電路的液晶顯示相關(guān)信息，同時(shí)控制蜂鳴器發(fā)出定義好的聲音提示正確，同時(shí)單片機(jī)通過DS1302及相關(guān)時(shí)鐘電路利用液晶實(shí)時(shí)顯示時(shí)間，如圖1-2所示。AT89S52AT89S52（1）RD智能卡讀卡裝置讀卡器4×4鍵盤AT89S52（2）DS1302日歷芯片1602液晶蜂鳴器PC機(jī)74HC244電路圖1-2圖1-2方案二：采用雙串口單片機(jī)設(shè)計(jì)由于單片機(jī)作為控制器在與讀卡器模塊連接的同時(shí)還要與電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，所以需要兩個(gè)串口，所以整個(gè)系統(tǒng)可以采用一個(gè)含有兩個(gè)串口的單片機(jī)WNBOND（華邦）的W77E58。該單片機(jī)在同時(shí)接收讀卡器ID號碼的同時(shí)，還要將數(shù)據(jù)送入PC機(jī)進(jìn)行處理，PC機(jī)進(jìn)行判斷認(rèn)證后反饋回操作信息，同時(shí)進(jìn)行顯示和聲音提示。另外單片機(jī)控制時(shí)鐘顯示電路進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示，如圖1-3所示。RD智能卡RD智能卡讀卡裝置W77E58（1）PC機(jī)DS1302日歷芯片蜂鳴器1602液晶4×4鍵盤圖1-3方案三：雙核系統(tǒng)+語音提示考慮到Ｗ７７Ｅ５８單片機(jī)在市場上很難買到，另外考慮到系統(tǒng)要具有語音提示功能以方便特殊人群的使用，以及利用ＰＣ機(jī)處理數(shù)據(jù)的延時(shí)性，所以系統(tǒng)利用兩個(gè)單片機(jī)進(jìn)行處理。同時(shí)與EEPROM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，將正確或錯(cuò)誤的消息傳給ＰＣ機(jī)，ＰＣ機(jī)接收到相關(guān)信息，進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮鳌纹瑱C(jī)接收到ＰＣ機(jī)的反饋信息后，對信息進(jìn)行處理，控制語音芯片進(jìn)行輸出，控制液晶芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，如圖1-4所示。AT89S52AT89S52（1）AT89S52（2）RD智能卡讀卡裝置4×4鍵盤DS1302日歷芯片蜂鳴器液晶顯示液晶繼電器液晶語音芯片74HC244電路PC機(jī)圖1-4系統(tǒng)方案的確定：綜合前面三種方案的分析，我們的系統(tǒng)已經(jīng)能過完成了初步的設(shè)想的功能。可以進(jìn)行射頻卡的認(rèn)證識別，以及輔助的鍵盤密碼輸入，同時(shí)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的時(shí)間顯示、操作顯示，真人語音提示的功能，方便了用戶。這樣不僅起到了門禁的功能，還添加了與人的交互。但是為了精益求精，和實(shí)用性的考慮，我們在最終的系統(tǒng)中添加了實(shí)時(shí)防盜裝置，LED警報(bào)顯示，同時(shí)豐富了ＰＣ機(jī)的處理功能：不僅可以實(shí)時(shí)顯示人員進(jìn)入的方式，還添加了自動(dòng)錯(cuò)誤計(jì)次鎖死程序，使利用鍵盤輸入的人員最多只能輸錯(cuò)三次，這樣就有效的防止了陌生人員利用窮舉攻擊的方法非法打開門，有效地實(shí)現(xiàn)了防盜功能。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第一節(jié)系統(tǒng)總的硬件框圖AT89S52AT89S52讀卡器AT89S52PROMCPLD鍵盤PROM1602液晶繼電器PC語音芯片LED防盜裝置圖2-1第二節(jié)技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)1.技術(shù)關(guān)鍵a.利用單片機(jī)控制讀卡器讀取ID號碼并進(jìn)行比較核實(shí)。b.利用單片機(jī)同時(shí)控制液晶顯示、鍵盤輸入、防盜控制、密碼核實(shí)、語音控制以及串行收發(fā)的相關(guān)操作。PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息處理及存儲(chǔ)分析。CPLD正確識別按鍵，并把按鍵的編碼通過中斷方式通知單片機(jī)讀取編碼信息。2.創(chuàng)新點(diǎn)a.將智能卡與單片機(jī)、PC機(jī)有效的組織起來，構(gòu)成廉價(jià)、實(shí)用、方便的門禁系統(tǒng)。b.PC機(jī)通過串口直接向單片機(jī)發(fā)送時(shí)間信號，實(shí)時(shí)、方便、廉價(jià)。c.增加鍵盤輸入密碼進(jìn)入的功能，方便用戶的使用。第三章系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)第一節(jié)系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)1.射頻卡模塊讀卡器模塊主要有兩部分組成：高頻發(fā)生、接收模塊和天線線圈。讀卡器通過天線向射頻卡發(fā)送一組固定頻率的電磁波，卡內(nèi)有一個(gè)ＬＣ串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀卡器發(fā)生的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下，諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在電容的另一端接有一個(gè)單項(xiàng)的電子泵，并將電容內(nèi)的電荷送入另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到２Ｖ時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將接收到的射頻卡中的數(shù)據(jù)發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集。每張射頻卡中有唯一的３２位序列號，其頻率為13.56MHz。讀卡器模塊電路如圖3-1所示圖3-1有卡劃過時(shí)，15、16管腳接的天線將感應(yīng)到的信號傳給讀卡器，讀卡器１管腳將ID號發(fā)送給單片機(jī)，同時(shí)28管腳將控制晶體管8550驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)聲。2.單片機(jī)模塊本系統(tǒng)的兩塊單片機(jī)均采用AT89S52,AT89S52的芯片DIP封裝如圖3-2所示，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。主要性能：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容

8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器

1000次擦寫周期

全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz

三級加密程序存儲(chǔ)器

32個(gè)可編程I/O口線

三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

八個(gè)中斷源

全雙工UART串行通道

低功耗空閑和掉電模式

掉電后中斷可喚醒

看門狗定時(shí)器

雙數(shù)據(jù)指針

掉電標(biāo)識符

功能特性描述圖3-23.CPLD鍵盤掃描模塊CPLD模塊如圖3-3所示，圖3-3中a-l12個(gè)引腳接的是鍵盤，dbA,dbB,dbC,dbD是第二塊單片機(jī)的輸入信號，其中的cpldclk是第二塊單片機(jī)P1.2送過來的時(shí)鐘信號，int1接到第二塊單片機(jī)的外部中斷1。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO口用限，這個(gè)系統(tǒng)里利用CPLD給輸入的各個(gè)按鍵進(jìn)行編碼，這樣12個(gè)按鍵經(jīng)過CPLD編碼以后只有4個(gè)輸出給單片機(jī)，有效的節(jié)約了第二塊單片機(jī)的IO口。這個(gè)模塊的原理是CPLD每隔20ms對鍵盤進(jìn)行掃描，如果有鍵按下，剛先用28引腳給單片機(jī)一個(gè)外部中斷，然后把鍵的編碼放到31,32,33,34引腳上，這樣第二塊單片機(jī)就可以通過讀引腳了解按下那個(gè)鍵。在這個(gè)模塊中鍵盤沒有按下時(shí)，對應(yīng)的IO口為高電平，當(dāng)有低電平時(shí)，表示有鍵按下，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了使CPLD容易識別有鍵按下。圖3-34.PROM模塊PROM采用C總線類PROMAT24C64，這個(gè)PROM有64KB的ROM，通過SCL和SDA與單片機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，芯片的A0,A1,A2,WP引腳接地。5.1602液晶顯示模塊1602液晶分上下兩行，可以顯示32個(gè)字符，1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，本系統(tǒng)將1602的D0-D7與單片機(jī)的P0.0-P0.7相連，rs/，r/w，e與單片機(jī)的P2.0,P2.1,P2.2相連.單片機(jī)通過這三個(gè)口控制液晶顯示本系統(tǒng)的各種提示語和時(shí)間。圖3-46.繼電器和語音芯片模塊單片機(jī)通過P1.6發(fā)送一個(gè)高電平，經(jīng)74LS04變成低電平，低電平經(jīng)過一個(gè)PNP型的晶體管，驅(qū)動(dòng)繼電器，使開關(guān)閉合，語音芯片發(fā)出聲音。7.鍵盤模塊鍵盤電路如圖3-5所示,鍵盤沒有按下的時(shí)候通過排阻接到VCC上，如果按下則直接接地，為低電平，如果鍵盤按下，通過CPLD掃描，把鍵盤的編碼發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。本系統(tǒng)有12個(gè)按鍵，分別為：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，確定，取消鍵。沒有鍵按下時(shí)不給單片機(jī)中斷，如果有有鍵按下，則產(chǎn)生中斷，并且分別譯碼成：0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1111，1110進(jìn)行輸出。圖3-58.防盜裝置防盜裝置通過一個(gè)接觸型的開關(guān)直接接到第一塊單片機(jī)的外部中斷0，如果有中斷,則給P2.7置低電平，剛發(fā)光二極管閃爍8S鐘。9.上位機(jī)通信模塊單片機(jī)經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換后與電腦的串口相連，通過串口通信，電腦對自動(dòng)門的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。第二節(jié)系統(tǒng)各模塊實(shí)現(xiàn)的功能1.第一塊單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能如圖3-6所示，第一塊單片機(jī)與射頻卡讀卡器進(jìn)行串行通信,接收來自讀卡器讀出的射頻卡的序列號，并與PROM里存放的序號進(jìn)行對比,如果正確，則P1.1口置高電平,如果錯(cuò)誤剛置低電平,并用P1.0口給第二塊單片機(jī)外部中斷0一個(gè)中斷。第一塊單片機(jī)的的外部中斷0還接有一個(gè)防盜開關(guān)，只要有人沒有刷卡或者鍵盤輸入密碼，就想進(jìn)入，就會(huì)碰到這個(gè)開關(guān)，開關(guān)接通以后接在P2.7口的LED燈就會(huì)閃爍8秒鐘，作為警報(bào)信號.同時(shí)P1.3置高平，把有人非法進(jìn)入的信號發(fā)送給第二塊單片機(jī)。第一塊單片機(jī)的P1.2產(chǎn)生一個(gè)40ms周期的方波作為CPLD的時(shí)鐘輸入。圖3-62．CPLD實(shí)現(xiàn)的功能圖3-7中a-l12個(gè)引腳接的是鍵盤，dbA,dbB,dbC,dbD是第二塊單片機(jī)的輸入信號，其中的cpldclk是第二塊單片機(jī)P1.2送過來的時(shí)鐘信號，int1接到第二塊單片機(jī)的外部中斷1。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO口用限，這個(gè)系統(tǒng)里利用CPLD給輸入的各個(gè)按鍵進(jìn)行編碼，這樣12個(gè)按鍵經(jīng)過CPLD編碼以后只有4個(gè)輸出給單片機(jī)，有效的節(jié)約了第二塊單片機(jī)的IO口。這個(gè)模塊的原理是CPLD每隔20ms對鍵盤進(jìn)行掃描，如果有鍵按下，剛先用28引腳給單片機(jī)一個(gè)外部中斷，然后把鍵的編碼放到31,32,33,34引腳上，這樣第二塊單片機(jī)就可以通過讀引腳了解按下那個(gè)鍵。在這個(gè)模塊中鍵盤沒有按下時(shí)，對應(yīng)的IO口為高電平，當(dāng)有低電平時(shí)，表示有鍵按下，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了使CPLD容易識別有鍵按下。圖3-7圖3-83.第二塊單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能第二塊單片機(jī)是這個(gè)系統(tǒng)的主芯片，如圖3-8所示，其中db0-db7是接到1602液晶的數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線，rs/，r/w，e是液晶的控制線。dbA,dbB,dbC,dbD是接收來自CPLD輸入的鍵盤編碼。TXD和RXD通過MAX232與電腦的串口相連。voice接通過繼電器接到語音芯片上，card是接收第一塊單片機(jī)給的射頻正確與否的電平信號，P1.3,P1.4接的是第二塊PROM芯片AT24C64的CLK，DATA，P1.0接的是報(bào)警燈，P1.1接的是第一塊單片機(jī)給的非法進(jìn)入的電平信號。如果外部中斷0發(fā)生中斷，第二塊單片機(jī)就讀P1.1，P1.5，如果P1.1 為高電平，則給voice一個(gè)低電平，通過非門驅(qū)動(dòng)繼電器，使語音芯片發(fā)出“你好，歡迎光臨！”的聲音，同時(shí)給電腦發(fā)送一個(gè)信號，表示卡號正確，液晶同時(shí)也顯示“Pleasecomein”；如果P1.1為低電平，則P1.0口的紅色的LED亮，同時(shí)發(fā)送一個(gè)信號給電腦，表示卡號錯(cuò)誤，液晶同時(shí)顯示”Thecardnumberiswrong!”；如果P1.5為高電平，則單片機(jī)給電腦發(fā)送一個(gè)信號表示”有人想非法進(jìn)入”,同時(shí)液晶顯示”Someonehavenotcardwantcomein!”。如果外部中斷1有中斷發(fā)生，則單片機(jī)開始讀P2.4,P2.5,P2.6,P2.7I/O口，如果第一個(gè)鍵是按確定鍵，剛液晶上顯示”Pleaseinputpassword”，然后一個(gè)中斷表示按下一個(gè)鍵，并在液晶上顯示“password:”，按下一個(gè)鍵，液晶上顯示一個(gè)”*”號，最后按一下確定鍵，然后與PROM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如果正確，則給voice一個(gè)低電平，通過非門驅(qū)動(dòng)繼電器，使語音芯片發(fā)出“你好，歡迎光臨！”的聲音，同時(shí)給電腦發(fā)送一個(gè)信號，表示卡號正確，液晶同時(shí)也顯示“Pleasecomein”；如果錯(cuò)誤，則發(fā)送一個(gè)信號給電腦，表示有人鍵盤輸錯(cuò)一次密碼,液晶同時(shí)顯示”Pleaseinputpaaword!”；如果輸入密碼錯(cuò)誤三次，剛不能再次輸入，并發(fā)送一個(gè)信號給電腦，表示有人鍵盤輸錯(cuò)三次密碼,液晶同時(shí)顯示”Youcannotinputpasswordagain！”，P1.0口的紅色的LED同時(shí)亮。如果沒有中斷的時(shí)候液晶模塊顯示電腦傳送來的現(xiàn)在時(shí)間,對應(yīng)的關(guān)系如表3-1,表3-2，表3-3所示。表3-1鍵盤液晶顯示串口第一個(gè)按確定鍵Pleaseinputpassword!按取消鍵Pleaseinputpassword!密碼正確Pleasecomein！SBUF=0x03密碼錯(cuò)誤Yourpasswordiswrong！SBUF=0x04連續(xù)輸錯(cuò)三次密碼Youcann'tinputpasswordagain!SBUF=0x05表3-2單片機(jī)的電平液晶顯示串口P1.1=1(外部中斷0中斷)PleasecomeinSBUF=0x01P1.1=0(外部中斷0中斷)ThecardnumberiswrongSBUF=0x02P1.5=1(外部中斷0中斷)Someonewanttobreakinto!SBUF=0x06表3-3單片機(jī)發(fā)送的信號電腦沒有信息傳送給單片機(jī)當(dāng)前時(shí)間時(shí)間格式為:yyyy/mm/ddhh:mm:ss0x01刷卡正確進(jìn)門0x02卡號不正確0x03輸入密碼正確進(jìn)門0x04鍵盤輸錯(cuò)一次密碼0x05鍵盤輸錯(cuò)三次密碼0x06有人想非法進(jìn)入4．上位機(jī)實(shí)現(xiàn)功能上位機(jī)采用普通電腦，電腦主要是用VB中的MSComm控件進(jìn)行串行通信，利用MSComm控件對串口進(jìn)行讀寫，利用timer定時(shí)1S,每隔1S電腦就給串口發(fā)送當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)。同時(shí)利用mscomm的事件進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的接收，然后程序中有對于接收到的不同數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，一一對應(yīng)該之后然后在list1中顯示當(dāng)前發(fā)生的事件，并且把這個(gè)事件存入一個(gè)txt文件中，以便門衛(wèi)對門進(jìn)行監(jiān)控。門衛(wèi)可以通過軟件對當(dāng)前門的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如果有人非法進(jìn)入，鍵盤輸錯(cuò)三次密碼，都會(huì)彈出一個(gè)對話框，以便提示門衛(wèi)。第四章系統(tǒng)單元電路測試及整體測試第一節(jié)CPLD電路的測試仿真圖3-9系統(tǒng)的整體測試分別對單片機(jī)電路，PC機(jī)電路，語音芯片電路，鍵盤電路，讀卡器電路進(jìn)行測試后，我們進(jìn)行了整體單元電路的測試。1.刷卡正確——PC機(jī)顯示“刷卡正確進(jìn)門”、液晶顯示”Pleasecomein”、語音芯片發(fā)聲“你好，歡迎光臨”。2.刷卡錯(cuò)誤——PC機(jī)顯示“卡號不正確”、液晶顯示“Thecardnumberiswrong!”、紅燈亮。3.鍵盤輸入正確——PC機(jī)顯示“輸入密碼正確進(jìn)門”、液晶顯示”Pleasecomein”，語音芯片發(fā)聲“你好，歡迎光臨”。4.鍵盤輸入錯(cuò)誤，但沒有連續(xù)錯(cuò)誤三次——PC機(jī)顯示“鍵盤輸錯(cuò)一次密碼”、液晶顯示“Yourpasswordiswrong!”、紅燈亮。5.鍵盤連續(xù)三次輸錯(cuò)密碼——PC機(jī)顯示“鍵盤輸錯(cuò)三次密碼”并且彈出MsgBox“有人連續(xù)三次鍵盤輸入密碼錯(cuò)誤”、液晶顯示“Youcann'tinputpasswordagain!”、紅燈亮。6.觸動(dòng)防盜開關(guān)——PC機(jī)顯示“有人想非法進(jìn)入”并且彈出MsgBox“有人想非法進(jìn)入”、液晶顯示“Someonewanttobreakinto!”，一個(gè)紅燈亮；另一個(gè)紅燈閃爍8S時(shí)間。沒有人輸入密碼或者刷時(shí)液晶顯示當(dāng)前的時(shí)間，當(dāng)按下鍵盤的確定鍵時(shí)，液晶顯示”Pleaseinputpassword！”?？偨Y(jié)與展望基于射頻卡的門禁系統(tǒng)，已經(jīng)在市場和人們的生活中得到了充分的認(rèn)可，我們吸取了前輩的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合了傳統(tǒng)門鎖的不足，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開發(fā)了這套“基于智能卡技術(shù)的防盜門禁系統(tǒng)”。它不僅方便小巧，適合于特殊人群，最主要的是它全自動(dòng)無人管理，自動(dòng)進(jìn)行身份識別，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，在方便用戶的同時(shí)也方便了管理。它采用液晶實(shí)時(shí)顯示，是操作一目了然；自動(dòng)真人語音提示，增強(qiáng)了互動(dòng)性；PC機(jī)存儲(chǔ)管理，使進(jìn)門過程隨時(shí)記錄。最重要的是它增加了防盜報(bào)警系統(tǒng)，使門禁更加安全可靠。智能卡門禁系統(tǒng)是在傳統(tǒng)門鎖的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。后者是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)固，人們總能通過各種手段把它打開。在出入人很多的通道（像辦公室，酒店客房）鑰匙的管理很麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。伴隨著射頻卡技術(shù)近一二十年的快速發(fā)展，這無疑將會(huì)給傳統(tǒng)的門鎖帶來歷史性的變革。我們有理由相信在不久的將來，智能卡門鎖將取代傳統(tǒng)的金屬門鎖成為我們生活、工作的安全屏障。目前市場上的智能卡門禁五花八門，各式各樣；各大公司紛紛將目光投向這個(gè)有潛力的市場。這個(gè)系統(tǒng)我們實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的所有目標(biāo)，但是由于時(shí)間比較緊，我們對一些目標(biāo)進(jìn)行了簡化，如果時(shí)間充足，我們想使用能顯示中文的液晶模塊；還有就是使語間芯片刷卡正確，刷卡錯(cuò)誤，鍵盤輸入都能提示。參考文獻(xiàn)[1]甘歷.《VHDL應(yīng)用與發(fā)開發(fā)實(shí)踐》.北京:科學(xué)出版社，2021年,189-190頁[2]田歷，田清，代方震.《51單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)快速入門》.北京：人民郵電出版社，2021,65-68頁[3]馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.《單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2021年，第四版,173-178頁[4]譚浩強(qiáng).《C程序設(shè)計(jì)》.北京:清華大學(xué)出版社,2021,第三版,158-166頁[5]王棟.《VisualBasic程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程》.北京:清華大學(xué)出版社,2021,第二版,290-326頁

引力波的實(shí)驗(yàn)探測給我們的啟示摘要：引力理論的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)百年，從牛頓到愛因斯坦，從萬有引力定律到廣義相對論。在這過程中，科學(xué)家們引力波的預(yù)言質(zhì)疑不休、爭論不止。而引力波的實(shí)驗(yàn)探測無疑證明了一切。引力波的發(fā)現(xiàn)，彌補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，也確定了他的理論的正確。這是人類史上出現(xiàn)的又一契機(jī)，它將為人類社會(huì)帶來重大變革。“破五”是中國傳統(tǒng)迎財(cái)神的日子。2016年的這一天，卻一個(gè)讓全世界物理學(xué)界沸騰的日子，甚至許多的物理學(xué)家為之痛哭流涕——被預(yù)言已經(jīng)百年的引力波，終于被探測到了。引力是什么？在今天人們所知道的物質(zhì)的四種基本相互作用中，引力作用為最弱。四種相互作用按作用強(qiáng)度比例順序是：強(qiáng)相互作用(1),電磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，引力一般略去不計(jì)。但在天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，由于涉及的對象的質(zhì)量極其巨大，引力就成為不僅支配著天體的運(yùn)動(dòng)，而且往往是天體的結(jié)構(gòu)和演化的決定因素。引力并不是一種所謂的“力”，而是一種屬性。牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中首次提出萬有引力定律，基于此，他結(jié)識了彗星的運(yùn)動(dòng)軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象，并根據(jù)萬有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運(yùn)動(dòng)建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。簡單的說，質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，突破了絕對時(shí)間和絕對空間的概念，否定了瞬時(shí)超距作用，從根本上動(dòng)搖了建立在這些舊觀念基礎(chǔ)上的牛頓引力理論。經(jīng)過十年的探索后，愛因斯坦于1915年提出了迄今為止最成功的近代引力理論——廣義相對論。廣義相對論中，引力被歸咎于時(shí)空的彎曲。這種彎曲是由物質(zhì)造成的，物質(zhì)的質(zhì)量越大，所形成的扭曲也就越嚴(yán)重。但是這種彎曲，對于人類來說根本感知不到，一是因?yàn)槿祟惏殡S這種彎曲一起彎曲了，而是由于這種彎曲太微小。大質(zhì)量物體發(fā)生的扭曲引起了震動(dòng)，而這種震動(dòng)，就是引力波?？茖W(xué)家們通過探測這種時(shí)空震蕩，來證實(shí)引力波的存在。早在1916年，愛因斯坦在廣義相對論中就預(yù)言了引力波的存在。而科學(xué)家們普遍認(rèn)為，這次LIGO這一發(fā)現(xiàn)是愛因斯坦相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”，證實(shí)了愛因斯坦廣義相對論的正確性，彌補(bǔ)了愛因斯坦的廣義相對論的漏洞，驗(yàn)證了已故科學(xué)家愛因斯坦的預(yù)言。探測的儀器叫做邁克爾遜干涉儀，或是LIGO。LIGO的“兩條腿”都有4千米長，最近的一次升級就花去了幾十億美元。LIGO的原理是什么？簡單來說是利用光速不變，在同樣的直線路程里測試耗時(shí)，而通過時(shí)間的偏差（盡最大可能排除誤差，也是耗資巨大的原因）來判定空間確實(shí)存在震動(dòng)。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)置基于愛因斯坦的假設(shè)：光速不變，是因?yàn)橐怨獾囊暯强?，它沿途?jīng)過的空間發(fā)生了折疊伸縮。可能的引力波探測源包括致密雙星系統(tǒng)（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊(duì)宣布他們已經(jīng)利用高級LIGO探測器，首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號。在過去的數(shù)十年里，許多物理學(xué)家和天文學(xué)家為證明引力波的存在進(jìn)行了大量研究。其中，泰勒和赫爾斯由于第一次得到引力波存在的間接證據(jù)榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。到目前為止，類似的雙中子星系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近十個(gè)，但是雙黑洞系統(tǒng)卻是首次。在實(shí)驗(yàn)方面，第一個(gè)對直接探測引力波作偉大嘗試的人是韋伯。雖然他的共振棒探測器最后沒能找到引力波，但是韋伯開創(chuàng)了引力波實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先河，為如今的碩果打下了基礎(chǔ)。因?yàn)樵诘孛嫔虾苋菀资艿礁蓴_，所以物理學(xué)家們也在向太空進(jìn)軍。歐洲的空間引力波項(xiàng)目eLISA（演化激光干涉空間天線）。eLISA將由三個(gè)相同的探測器構(gòu)成為一個(gè)邊長為五百萬公里的等邊三角形，同樣使用激光干涉法來探測引力波。此項(xiàng)目已經(jīng)歐洲空間局通過批準(zhǔn)，正式立項(xiàng)，目前處于設(shè)計(jì)階段，計(jì)劃于2034年發(fā)射運(yùn)行。作為先導(dǎo)項(xiàng)目，兩顆測試衛(wèi)星已經(jīng)于2015年12月3日發(fā)射成功，目前正在調(diào)試之中。中國的科研人員，在積極參與目前的國際合作之外之外，也在籌建自己的引力波探測項(xiàng)目。引力波的實(shí)驗(yàn)探測引起了世界范圍的轟動(dòng)，這些探測極其不易，宇宙中發(fā)生爆炸性的大事件時(shí)產(chǎn)生的引力波，才相對容易探測到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，愛因斯坦在預(yù)言引力波存在時(shí)就曾說：“這些數(shù)值是如此微小，她們不會(huì)對任何的東西產(chǎn)生顯著的作用，沒人能夠去測量它們。”蔡一夫給出解釋：“時(shí)間發(fā)生得越早，距離越遠(yuǎn)，越會(huì)在宇宙中傳播期間被紅移。紅移指的是由于宇宙本身的膨脹將所有的波動(dòng)的波長拉直拉平，這樣其波動(dòng)性就難以被探測到。例如，這次LIGO探測到的引力波，是13億年以前兩個(gè)大約30個(gè)太陽質(zhì)量的黑洞并合所產(chǎn)生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探測到真的是非常不容易，LIGO實(shí)驗(yàn)組的科學(xué)家們也是在幾十年里經(jīng)歷多次挫折，不斷調(diào)整方案，改進(jìn)儀器，才最終探測到的?！彼运某晒μ綔y也標(biāo)志著在這個(gè)領(lǐng)域人類的技術(shù)進(jìn)步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意義不止在科學(xué)情感上，更在于能夠打開人類的一個(gè)新的世界——每個(gè)人都對它滿懷期待。如果電磁波探測是人類的眼睛，那么人類又多了一雙聆聽外界的耳朵。馬克斯·普朗克引力物理研究所說：“在《星際穿越》和《三體》中，都不約而同地將引力波選為了未來科技發(fā)達(dá)的人類的通訊手段，這也許只能是美好的幻想，但對于天文研究而言，引力波的確開啟了一扇新的窗口。吹進(jìn)來的第一縷清風(fēng)，就帶來了一個(gè)重大的信息：極重的恒星級雙黑洞系統(tǒng)存在并可以在足夠短的時(shí)間（10億年）內(nèi)并合。這是讓我們始料未及的。誰能知道在將來的更多的探測中，LIGO和一眾引力波探測器能帶給我們什么樣的驚喜呢？”引力波有兩個(gè)非常重要而且比較獨(dú)特的性質(zhì)。第一：不需要任何的物質(zhì)存在于引力波源周圍。這時(shí)就不會(huì)有電磁輻射產(chǎn)生。第二：引力波能夠幾乎不受阻擋的穿過行進(jìn)途中的天體。比如，來自于遙遠(yuǎn)恒星的光會(huì)被星際介質(zhì)所遮擋，引力波能夠不受阻礙的穿過。對于天文學(xué)家來說，這兩個(gè)特征允許引力波攜帶有更多的之前從未被觀測過的天文現(xiàn)象信息，而每一個(gè)電磁波譜的打開，都會(huì)為我們帶來前所未有的發(fā)現(xiàn)。天文學(xué)家們同樣期望引力波也是如此。而引力波本身的性質(zhì)也可能對基礎(chǔ)物理學(xué)產(chǎn)生巨大的影響。另外，引力波蘊(yùn)含的，很可能是宇宙誕生的畫面。我們從小都被告知一個(gè)最著名的猜想——宇宙是在一場爆炸中誕生的。這意味著，在時(shí)空的開始，宇宙又一次最為劇烈的震動(dòng)。引力波就能讓我們還原這個(gè)震動(dòng)——它是否存在？有多大規(guī)模？不僅如此，引力波還能傳遞信息——我們看不到的宇宙空間在發(fā)生什么？據(jù)科學(xué)家解釋，這次的引力波就是在遙遠(yuǎn)的距離上巨大的黑洞變化引起的。而這一結(jié)果也證明了黑洞真實(shí)存在——至少是廣義相對論預(yù)測的由純凈、真空、扭曲時(shí)空組成的完美圓形物體。并且，引力波傳遞的信息可以讓科學(xué)家更精確地估計(jì)宇宙膨脹的速度?？偠灾粋€(gè)新的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，總會(huì)給人類社會(huì)帶來無法預(yù)估的發(fā)展。18世紀(jì)面熟電磁波的麥克斯韋理論確認(rèn)的時(shí)候，也沒人知道會(huì)給人類帶來什么，但是現(xiàn)在不管是電視機(jī)還是移動(dòng)電話，都與電磁現(xiàn)象有關(guān)。引力波的發(fā)現(xiàn)類似當(dāng)年的發(fā)現(xiàn)X光一樣，是一種工具。有了這個(gè)工具，我們可以利用引力波的觀察，去觀察遙遠(yuǎn)的宇宙的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)、時(shí)空穿梭等等才是有可能實(shí)現(xiàn)的事情。如果沒有引力波，以我們現(xiàn)有的技術(shù)是做不到這些科幻世界才有的事情的。“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一條未知的路，走到半路，有人懷疑不對，結(jié)果證實(shí)是對的，那么就可以加快步伐了。”蘇萌說。世界各國都加大了探測研究引力波的力度，我國也緊跟探索引力波的步伐。“天琴計(jì)劃”參與者、中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長李淼教授介紹，“天琴計(jì)劃”是我國自主開展空間引力波探測的可行方案，發(fā)射三顆衛(wèi)星探測引力波，該計(jì)劃預(yù)期執(zhí)行期為2016~2035年，分四階段實(shí)施。項(xiàng)目還將挖山洞，建觀測站以及建設(shè)綜合研究大樓。預(yù)計(jì)擬投三億啟動(dòng)。天琴計(jì)劃預(yù)期執(zhí)行期為2016-2035年，分四階段實(shí)施：（1）2016-2020年：完成月球/深空衛(wèi)星激光測距、空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)所需關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。主要研發(fā)成果包括：新一代月球激光測距反射器、月球激光測距臺站、高精度加速度計(jì)、無拖曳控制（包含微推進(jìn)器）、高精度星載激光干涉儀、星間激光測距技術(shù)等；（2）2021-2025年：完成空間等效原理檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和下一代重力衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)工程樣機(jī)，并成功發(fā)射下一代重力衛(wèi)星和空間等效原理實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。主要研發(fā)成果包含：超靜衛(wèi)星平臺、高精度大型激光陀螺儀以及進(jìn)一步提高加速度計(jì)、無拖曳控制、高精度星載激光干涉儀、星間激光測距等技術(shù)；（3）2026-2030年：完成空間引力波探測關(guān)鍵技術(shù)，完成衛(wèi)星載荷工程樣機(jī)；（4）2031-2035年：進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)整機(jī)聯(lián)調(diào)測試、系統(tǒng)組裝，發(fā)射空間引力波探測衛(wèi)星。李淼介紹，“天琴計(jì)劃”的出發(fā)點(diǎn)是切實(shí)根據(jù)我國的技術(shù)能力實(shí)際和未來幾十年的發(fā)展前景，提出我國自主開展空間引力波探測的可行方案。在目前討論的初步概念中，天琴將采用三顆全同的衛(wèi)星構(gòu)成一個(gè)等邊三角形陣列，每顆衛(wèi)星內(nèi)部都包含一個(gè)或兩個(gè)極其小心懸浮起來的檢驗(yàn)質(zhì)量。衛(wèi)星上將安裝推力可以精細(xì)調(diào)節(jié)的微牛級推進(jìn)器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使得檢驗(yàn)質(zhì)量始終保持與周圍的保護(hù)容器互不接觸的狀態(tài)。這樣檢驗(yàn)質(zhì)量將只在引力的作用下運(yùn)動(dòng)，而來自太陽風(fēng)或太陽光壓等細(xì)微的非引力擾動(dòng)將被衛(wèi)星外殼屏蔽掉。高精度的激光干涉測距技術(shù)將被用來記錄由引力波引起的、不同衛(wèi)星上檢驗(yàn)質(zhì)量之間的細(xì)微距離變化，從而獲得有關(guān)引力波的信息?！疤烨佟钡男l(wèi)星將在以地球?yàn)橹行摹⒏叨燃s10萬公里的軌道上運(yùn)行，針對確定的引力波源進(jìn)行探測。這樣的選擇能夠避免測到引力波信號卻無法確定引力波源的問題。中國科學(xué)院也于2016年2月16日公布了空間引力波探測與研究的“空間太極計(jì)劃”。按照這一計(jì)劃，我國將在2030年前后發(fā)射由位于等邊三角形頂端三顆衛(wèi)星組成的引力波探測星組，用激光干涉方法進(jìn)行中低頻波段引力波的直接探測。主要科學(xué)目標(biāo)是觀測雙黑洞并合和極大質(zhì)量比天體并合時(shí)產(chǎn)生的引力波輻射，以及其他的宇宙引力波輻射過程。中科院力學(xué)研究所胡文瑞院士表示，“我國目前的技術(shù)能力與國際先進(jìn)水平還有一定的差距，這種差距可以通過良好的國際合作得到一定的彌補(bǔ)?！焙娜鹫f，“空間太極計(jì)劃”是一個(gè)中歐合作的國際合作計(jì)劃，目前有兩個(gè)方案：方案一是參加歐洲空間局的eLISA雙邊合作計(jì)劃；方案二是發(fā)射一組中國的引力波探測衛(wèi)星組，與2035年左右發(fā)射的eLISA衛(wèi)星組同時(shí)遨游太空，進(jìn)行低頻引力波探測。據(jù)介紹，空間引力波探測被列入中科院制訂的空間2050年規(guī)劃。2008年由中科院發(fā)起，中科院多個(gè)研究所及院外高校科研單位共同參與。引力波的發(fā)現(xiàn)是感人至深的，它印證了一位物理學(xué)大師的睿智偉大，為年富力強(qiáng)的物理學(xué)家們增添了信心和安慰。在理性上，引力波的發(fā)現(xiàn)更是激動(dòng)人心的，人類的歷史將會(huì)改寫，一切都是未知，未知也許會(huì)更加美好。參考文獻(xiàn)：[1].柏格曼著，周奇、郝蘋譯：《相對論引論》，高等教育出版社，北京，1961。(P.G.Bergmann,IntroductiontotheTheoryofRelativity,Butterworths,London,1958.)[2].溫伯格著，鄒振隆譯：《引力和宇宙論》，科學(xué)出版社，北京，1979。(S.Weinberg,GravitationandCosmology,JohnWileyandSons,NewYork,1972.)[3].北京:科學(xué)出版社,1977.J·韋伯著,陳鳳至,張大衛(wèi).《廣義相對論與引力波》[4].《引力波與引力波探測》李芳昱、張顯洪[5].《引力、引力波和引力波的探測》薛鳳家，《大學(xué)物理》[6].《空間時(shí)間引力》（美）沃爾德史新奎金麗莉[7].《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》艾薩克牛頓1687[8].《原理》艾薩克牛頓[9].《論引力波》愛因斯塔1918[10].《廣義相對論》劉遼，趙崢-2004[11].《廣義相對論與現(xiàn)代宇宙學(xué)》須重明-南京師范大學(xué)出版社-1999[12].《廣義相對論引論》俞允強(qiáng)-北京大學(xué)出版社-1987[13].《廣義相對論基礎(chǔ)》趙崢-清華大學(xué)出版社-2010[14].《引力波探測》胡恩科-《物理》[15].《引力波、引力波源和引力波探測實(shí)驗(yàn)》唐孟希，李芳昱，趙鵬飛《天文研究與技術(shù)》

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