1、基于RFID的門禁系統摘要：本文主要介紹了門禁系統設計的基本背景和設計方法。門禁系統的硬件主要包括六個部分：分別為供電電源、1602液晶屏、按鍵鎖、矩陣鍵盤、RFID射頻模塊和STC89C52微控制器。系統軟件主要由1602液晶顯示程序、RFID射頻程序和鍵盤掃描程序等組成。社區RFID門禁管理系統以51單片機為系統的基礎，加上12864液晶屏幕、RFID射頻模塊和上位機等主要的器件，做到了從下位機刷卡讀取從上位機屏幕上顯示相關信息的功能。其中，STC89C52作為該系統的“大腦”，它是主控制器，作用是實現把采集到射頻信號轉化成計算機數據，然后經過串口傳輸，數據傳到電腦后然后通過屏幕進行相關信

2、息的顯示。在這個過程中，上位機要調用數據庫的數據做比對，假若下位機的數據與數據庫中的數據匹配時，將同時發送指令給下位機，此時門禁系統隨即開啟，上位機把從數據庫調用的個人信息顯示在屏幕上，用戶每次刷卡信息都會由上位機存儲到數據庫，管理員隨時可以查詢相關信息。如果數據庫中沒有匹配的信息，此時上位機就會發出報警提示同時下位機蜂鳴器將做報警提示。關鍵詞： STC89C52單片機；門控裝置；RFID射頻；上位機Access Control System Based On RFIDAbstract:This article mainly introduces the basic background an

3、d design method of the access control system. The access control system mainly includes six parts: key lock, RFID radio frequency module，STC89C52 microcontroller，Matrix keyboard, 1602 LCD display, power supply and so on. The system software is mainly composed of 1602 LCD display program, RFID radio

4、frequency program and keyboard scanning program. The community RFID access control management system is based on the 51 single-chip microcomputer system, plus 12864 LCD screen, RFID radio frequency module and host computer and other main devices. It has achieved the function of reading related infor

5、mation from the host computer screen by swiping from the lower computer. Among them, STC89C52 as the brain of the system, it is the main controller, the role is to achieve the collection of radio frequency signals into computer data, and then transmitted through the serial port, the data is transmit

6、ted to the computer and then through the screen to display related information. In this process, the host computer needs to call the database data for comparison. If the data of the lower computer matches the data in the database, it will send instructions to the lower computer at the same time. At

7、this time, the access control system will be opened immediately, and the upper computer will call the database. Personal information is displayed on the screen, the user will be stored in the database by the host computer every time the user swipes the card, and the administrator can query the relev

8、ant information at any time. If there is no matching information, the alarm will be displayed and the alarm will be prompted by the lower computer buzzer. Keywords: STC89C52 single chip microcomputer; gating device; RFID; host computer目錄第1章 概述11.1引言11.2緒論11.2.1課題研究的背景和意義11.2.2RFID國內外現狀與前景21.2.3課題研究的

9、視角與方法2第2章RFID原理及組成32.1射頻識別系統的原理32.2射頻識別系統組成5第3章硬件設計63.1硬件設計總體框架63.2單片機主控模塊63.3IC卡讀卡器工作原理73.4蜂鳴器報警73.5獨立按鍵模塊83.6電源模塊83.7串口傳輸模塊9第4章軟件部分94.1主程序流程框94.2液晶顯示程序104.3上位機114.4門禁信息管理11總結與展望12總結12展望13致謝13文獻引用14第1章 概述1.1引言隨著科技的日新月異且加速的進步，使人們對自家門鎖的安全問題看得越來越重要，那么該如何實現門鎖的安全問題，也是我們今天所要討論的問題。傳統的門鎖裝置需要有相對應的鑰匙開鎖，但是傳統的

10、鑰匙極容易被復刻，因此家中被盜的事情經常會發生，而且鑰匙攜帶麻煩，一旦丟失或鑰匙被盜，就要對門鎖進行徹頭徹尾地更換，這給人們的生活帶來了極大的不便，其中最重要的就是人身安全問題。門禁系統，是管理著人們進去的一種控制系統。1.2緒論1.2.1課題研究的背景和意義無線射頻識別技術的興起最先開始于20世紀90年代，它是非接觸式自動識別一種技術。它成功解決了一個難題，即IC卡中無電源利用射頻技術在非接觸的條件下實現信息識別和交互，這個難題的解決是電子信息技術領域的一個突破1。現在到處可見，RFID技術已經在門禁系統、監測系統、智能交通運輸控制管理、工業自動化、物流等各種領域和生活的方方面面普及了，而且

11、成了各種行業實現實時監控、自動化生產、便捷化管理和商業智能化必不可少的一部分。RFID（Radio Frequency Identification的縮寫）翻譯過來為無線射頻識別。它是多項技術的集成體，所涉及到的學科技術包含無線數據傳輸技術、信息采集處理技術、機械電子自動控制技術、網絡數據通信技術、計算機技術等多們學科綜合在一起的自動化控制系統。它的起步應用是在不能使用條形碼跟蹤的特殊工業場合，經過發展后，它常常用于確認、定位和實時跟蹤庫存產品等其他地方2。該技術主要的實現方式是使用標簽進入磁場，然后從解讀器接收射頻信號，此時獲得感應電流進而將產品信息發送到存儲在芯片，或者是主動發送的頻率信號

12、標記，接下來解讀器閱讀信息并完成解碼，最后發送到中央信息系統完成數據的處理。非接觸的射頻識別其優勢非常顯著，在工作時，減少了人工干預，且能夠實現自動化識別，比起傳統的鑰匙它還不容易被損傷；在高速運動中亦可識別成功，多個無線電子標簽亦可同時識別，因其操作方便、快捷、實惠成為了最受歡迎的門禁系統之一;其次射頻標簽不怕壞的環境，如油漬、水、灰塵等等，它還可以穿透非金屬的物體，其抗干擾能力非常強，這也是它能在門禁系統這個行業中能站得住腳的重要原因。RFID行業可以促進提高社會整體的信息化水平，促進經濟可持續發展，節約能源，滿足人們日益提高的生活質量，為個人安全、公共安全和國家安全提供一份保障，等等，對

13、我們的生活有著深遠的影響。RFID的典型的應用系統主要包括三個部分組成，分別是非接觸式IC卡和讀卡器以及它的應用系統3。1.2.2RFID國內外現狀與前景隨著社會文明的不斷進步，科學社會的不斷發展，傳統的開門方式比如用鑰匙開門，逐漸的被智能化的門禁方式所取代。未來最能占據智能門禁市場的無疑就是基于RFID的門禁系統，或許到這里你會說，現在指紋開鎖，人臉識別，瞳孔識別難道不是比射頻識別的門禁系統更簡單，更高效嗎？我的回答是，當然，它們肯定都比射頻識別更高效。但是無論是指紋開鎖還是人臉識別開鎖或者是瞳孔識別開鎖，它們的造價成本都遠高于射頻識別的門禁系統。 目前在非接觸式 IC卡門禁系統方面IC卡和

14、讀卡器的銷售額占總銷售額的30%以上，中國市場上主流產品是飛利浦公司生產的Mifare卡，RFID技術正以更高的頻率和更快的響應速度成為新的一股潮流4。從全球產業格局來看，西門子、飛利浦等半導體廠商占領了大部分的關于射頻識別的芯片市場；微軟、IBM、HP等國際巨頭主導了RFID的中間件和系統集成研究；Intermec、Symbol、Alien公司主要在天線、RFID標簽和讀寫器等設備及產品形成高的市場占有率5。最近這些年RFID技術發展速度相當快，廣泛應用于各個領域。從RFID標簽的應用總量來看，2016年接近60億枚，到2021年接近270億枚，從產值上講，2016年將超過3.9億美元，到2

15、021將超過14億美元6。總的來說國內RFID應用與國外的RFID應用相差較大，目前我國的RFID技術應用已經非常廣泛，涉及到的領域很多，比如：交通方面的運輸管理、軍事與安全、門禁系統、用于個人身份的識別和倉儲物流等領域。在海外其它國家中，零售和運輸物流行業RFID的應用最為普及，零售和物流業在整個市場的總占比可達40%。在零售與服裝業，一些龍頭企業如麥德龍、Zara和沃爾瑪等RFID的應用完成了全面的部署6。從中長期的經濟發展趨勢可以判斷，RFID標簽的成本會逐漸地降低而人力勞動的成本會慢慢上升；在全球范圍內，國際標準趨向于統一，條形碼將會被更多領域中RFID標簽代替。在零售業領域，RFID

16、技術的應用會越來越廣泛，想要提高零售企業的競爭力，掌握RFID技術才是重中之重。未來，基于RFID技術的各項技術，必然會改變人們的生活方式和產業生產運輸方式，帶動起新一輪的創新應用熱潮。1.2.3課題研究的視角與方法1.2.3.1設計任務及要求RFID門禁系統主要由電子標簽、閱讀器、主控制器、用戶終端、繼電器等部分組成7。1、本文采用了STC89C52單片機、基于RFID 射頻模塊、1602液晶、上位機和串口模塊獨立按鍵模塊等。2、IC卡通過下位機進行注冊和撤銷，并且只有注冊的IC 卡，然后在輸入設定的數字密碼才能打開門鎖。3、下位機對已經注冊過的IC卡進行刷卡，液晶屏顯示刷卡人的卡號，并且通

17、過串口把數據傳輸到上位機，上位機將對卡號信息與自己的數據庫中存儲的用戶信息進行比較，若卡號存在于上位機的數據庫中，則上位機顯示用戶信息，否則上位機將出現卡號錯誤的信息，且蜂鳴器會發出警告。若卡號正確，此時刷卡人需要輸入八位數的特定密碼，若密碼正確，則上位機將開門的指令發送給下位機，然后系統開鎖，若密碼不正確，蜂鳴器依舊會發出警告。4、上位機具有對用戶信息進行查詢，也能做增加信息、修改信息和刪除等操作；5、按鍵在IC卡號輸入正確后在進行密碼開鎖，也可以注冊、撤銷卡號。1.2.3.2系統設計方案該結構設計中利用STC89C52充當主控器，將采集到的射頻波信息轉化成數據流，并經過串行接口將數據傳輸到

18、桌面計算機而后顯示刷卡人的個人資料。上位機將對下位機資料與資料庫比較，假若完全符合數據庫系統的資料則發送請輸入密碼指令給下位機，若刷卡人輸入的密碼與上位機中儲存的密碼相一致，則下位機打開門禁系統，且上位機調用資料庫顯示持卡人的個人資料，上位機將使用者每一次刷卡的信息完成保存。必要時管理員就可以查詢存入數據庫的信息，非常的方便。與數據庫的信息不匹配時上位機會報警提醒，同時下位機的蜂鳴器也做報警提示。上位機的管理員能夠統一管理用戶信息。為防止刷卡用戶的數據丟失的情形，所以系統將自動在數據庫中存放數據備份。僅當讀卡器的信息與數據庫的信息匹配時，才可以在按鈕上輸入密碼以繼續進行下一步操作。第2章RFI

19、D原理及組成2.1射頻識別系統的原理閱讀器通過天線發送射頻查詢的信號，在信號的覆蓋范圍內一旦有電子標簽進入就會被激活，并且電子標簽將把本身的代碼經發射天線發射過去。此時系統的接收天線接收來自剛剛電子標簽發送的載波信號，進而再經天線調節器傳送到閱讀器，進行調解、解碼后通過電腦主機等發送到后臺管理系統實現相應的控制，最終發出指令信號控制閱讀器完成不同的讀寫操作8。由其工作原理我們不難得知RFID的系統控制與信息處理中心是閱讀器，依照它的不同結構以及使用技術能夠成為讀或讀/寫設備。一般情況下，一個完整的閱讀器包括收發、耦合、控制模塊和接口單元。應答器及閱讀器用做信息數據交互的通信方式是什么呢？答案就

20、是半雙工的通信方式。閱讀器用哪種方式輸出能量和時序給無源應答器，答案是通過耦合的方式。在實際中能夠通過WLAN和以太網完成對目標的識別、實現對采集信息的處理和管理遠程傳輸等諸多的功能9。應答器是RFID的信息的載體，耦合線圈、芯片單元等組成的無源單元是構成應答器的主要部分。在日常生活中，我們都知道非接觸式IC卡讀寫是射頻部分的關鍵部件，非接觸式IC卡是通過非接觸式IC卡讀寫來實現數據通信的。但是構成射頻部分的主要組成成分是射頻讀寫芯片，這里我們選MFRC522。MFRC522是 NXP 推出的一款低功耗、封裝小、高度集成的非接觸式(13.56MHz) 讀寫卡芯片，它集成了小于 13.56MHz

21、范圍的全部類型的被動非接觸式通信方式和通信協議10。第一步MFRC522（射頻芯片）接到指令（單片機發出的），第二步MFRC522射頻模塊產生射頻載波信號后通過讀寫器的天線發送到非接觸式IC卡上，第三步卡片天線耦合接收信號并對信號的波形變換和濾波整流11。第四步卡片內的調制/解調電路負責處理載波信號調制/解調，第五步卡片內的控制模塊接著進行相關數據的一個處理12。最后已處理好的數據載波信號通過非接觸式IC卡內的天線以相同頻率發送回MFRC522對信號調制/解調。如圖2.1。圖2.1 RC522的模型2.2射頻識別系統組成完整的一套射頻識別系統是由Reader（閱讀器）、Tag（標簽）和Ante

22、nna（天線）三個部分組成的13。(1)讀寫器(Reader)平常一臺讀寫器應當包含哪些部分？理應含有RF射頻電子信號傳輸模塊，控制單元的高頻率接收系統模塊，除此以外，諸多讀/寫器也有另外的接口RS232、USB，是希望使得的信息傳輸到另外的設備開展進一步處理和存儲。 (2)標簽(Tag)RFID射頻識別系統的核心是數據載體，系統中諧振電容器、集成電路芯片和天線是主要構成部分。RFID能夠分成被動標簽和主動標簽。它被放置在需要識別的項目上，被識別物品的信息在射頻識別標簽存儲著，該信息正常來說能被射頻讀寫器以非接觸讀寫獲取14。射頻標簽與讀卡器二者為雙向認證，即通過讀卡器驗證射頻標簽是否合法，通

23、過射頻標簽來驗證讀卡器是否合法。(3)天線(Antenna)在射頻識別系統中依靠天線產生磁通量來實現能量傳送，然后向無源標簽提供能量。EMC濾波器、LC諧振電路和天線線圈三者組成13.56 MHz射頻天線。第3章硬件設計3.1硬件設計總體框架智能門禁系統硬件包括電源供電模塊、RFID射頻模塊、按鍵模塊、主控芯片模塊，報警模塊、上位機模塊和液晶顯示模塊七個主要的部分構成。門禁系統中起到主要控制作用的是STC89C52；每張IC卡的卡號通過液晶顯示模塊來顯示；上位機和下位機的相互通信通過串口模塊用來實現；檢測IC卡和讀出卡號使用射頻模塊實現；用戶的信息用上位機來顯示出來，上位機也對用戶信息實現管理

24、；3刷卡出現錯誤則由報警模塊來進行提示。如圖3.1所示。圖3.1 硬件結構3.2單片機主控模塊AT89C52（CMOS 8 位單片機）的內如含有256B的RAM和 8KB能夠反復擦寫的程序存儲器11。它是美國Atmel公司生產的，運用了高密度、非易失性的存儲技術，能夠實現與標準的51系列單片機指令系統通用，鑒于其的靈活性和強大的功能，所以控制領域中得到了非常好的應用15。并且其最小系統是由復位電路、晶振電路兩部分組成。晶振電路是單片機中最重要的一部分，就如同人體的心臟，當晶振起振后單片機才可以工作，如何讓晶振電路正常起振，其決定影響因素是什么呢？答案是電容，起振取決于晶振電路中的電容的數值，其

25、電容大小正常情況下會在2230uf范圍內，在焊接時晶振離著單片機近一點為最佳，是由于離單片機遠了后焊接線路可能致使寄生電阻大而限制起振電流，導致電流太小，最終晶振沒法正常工作。復位電路的最主要的作用是防止單片機程序進入死胡同，他可以將單片機恢復到剛才上電的狀態。在該電路中，復位引腳是單片機RST、電容大小為10UF,為，默認接低電平，當按下復位鍵時VDD和單片機RES連通，此時整個系統恢復上電狀態。10K電阻的作用是防止短路。如圖3.2所示。圖3.2 STC89C52最小系統3.3IC卡讀卡器工作原理使用RFID射頻模塊，當IC卡被RFID模塊檢測到讀入時，兩者之間會產生共振，在電磁波的激勵作

26、用下內部電容器進行連續充電，產生大約2V的電壓，然后將電壓發送到單片機識別來讀取IC卡的號碼。工作原理如圖3.3所示。圖3.3 RFID射頻工作原理圖3.4蜂鳴器報警蜂鳴器報警主要是為了提醒人們刷卡錯誤以及對其他人使用無效卡提出警告并同時提醒其他人采取相對應的措施。我們都知道蜂鳴器正常工作所需要的電流比I/O口驅動電流大得多，是由于三極管可以擴大電流，此處需要用到。常見的三級為PNP和NPN兩種類型，不同三極管的基級各不相同，相應地它所驅動的電平也不一樣。我們選用NPN三極管S8550，當單片機的接口為低電平時導通，這個時候電流可以經過蜂鳴器發出系統報警聲；相反，如果單片機的接口為高電平時，此

27、時三極管截止電流無法經過蜂鳴器，無法產生報警聲。所以我們可以通過程序來控制引腳的高低電平，實現蜂鳴器聲音的開或關。蜂鳴器報警的模塊如圖3.4所示。圖3.4 蜂鳴器3.5獨立按鍵模塊智能門禁檢測系統的按鍵包括打開門禁、注冊、撤銷、菜單、修改密碼以及09這十六個獨立按鍵，獨立按鍵一端接到電源GND，另一端接到I/O端口，其默認I/O為高電平。當按下獨立按鍵時，按鍵與單片機的連接端此時將和GND端連通，單片機I/O變成低電平，同時系統將執行相關的指令。如圖3.5所示。圖3.5 獨立按鍵電路圖 3.6電源模塊電源模塊為整個系統提供電能，本文設計的系統選定5V電源電壓，當開關閉合電源的正極和整個電路的正

28、極連通，系統開始處于工作的狀態；電源給獨立按鍵模塊、射頻模塊、主控芯片等系統中所有的模塊開始供電。而當電源開關斷開后，系統隨即停止工作，同時在電源的正負極加了一個大小為10uF的電容，它可以起到濾波的作用，從而避免因為電源電壓小幅度的波動而影響系統的應用功能。如圖3.6所示。圖3.6 電源電路3.7串口傳輸模塊串口采用RS232模塊傳輸，單片機的P30和RS232模塊TXD_R連接，P31和RXD_R連接，RS232使用MAX232芯片做電平轉化，它把單片機的電平轉成RS232串口電平，然后經過串口線與PC端連接起來，實現了單片機與上位機相通信。圖3.7為串口模塊電路圖。圖3.7 串口模塊電路

29、第4章軟件部分4.1主程序流程框對門禁系統執行上電操作，初始化系統中的每個模塊。下位機將不停地檢測是否按下了獨立鍵中的菜單鍵。門禁系統將隨著菜單按鍵被按下時進入主頁面，液晶屏上也會顯示出請輸入密碼，這時，用戶可以通過使用IC卡或者在獨立按鍵上輸入密碼，來打開門禁。當用戶使用IC卡打開門禁，且將IC放到了射頻模塊上時，射頻模塊能夠檢測到IC卡的讀入動作，隨后主控制芯片將射頻信號轉化成數字，然后在液晶界面上顯示出來，同時它將數字經過串口模塊傳送給上位機調用數據庫，從access中查找對應的那個卡號。當找到時，上位機將調用對應個人信息在上位機界面上顯示出來，同時就會發送對應的指令，以此來控制門禁的開

30、關；假如沒有找到符合的信息，上位機觸發報警程序使蜂鳴器長響一聲，以此來達到提示的作用。4.2液晶顯示程序 對于智能門禁信息管理系統來說，它的液晶屏顯示用戶的卡號是其主要用處，IC卡靠近時射頻模塊會檢測到讀入信息，個人的相關信息將通過它顯示出來，當IC卡遠離時液晶屏幕將恢復到初始的主界面狀態。在液晶屏幕上用戶的注冊和撤銷的狀態也能夠顯示出來，液晶顯示流程圖，如圖4.2所示。1開始 LCD初始化功能設置預設數據顯示在指定區域中清顯示RAM區調整指針，指向LCD的下一行顯示結束否？置顯示行初值，顯示指針指向第一行N待顯示數據送入緩沖區Y1結束圖4.2 液晶顯示流程圖4.3上位機上位機在系統中主要起到

31、了存儲功能，另外用戶可以通過上位機對信息進行增加、刪除、查詢、修改等。上位機工作流程：每次刷卡會通過串口，從下位機把數據傳送到上位機中去，而且上位機將調用存儲的數據然后將用戶信息顯示到上位的機界面上去，同時把用戶的刷卡信息存儲到數據庫里面，方便信息的查詢。如圖4.3所示。圖4.3 上位機界面。4.4門禁信息管理點擊上位機信息管理則出現如圖實驗室系統的界面，界面顯示姓名、密碼、刷卡時間和卡號等信息；用戶可以菜單按鍵對門禁的信息修正，包括刪除、修改和增加，待對門禁信息編輯檢查好后再點擊確定按鍵，此時系統將編輯好的信息自動保存到數據庫ACCESS里面,然后點擊刷新，之后按鈕界面將立馬自動更新，此時剛

32、才編輯內容將顯示出來。如圖4.4所示。圖4.4 門禁管理總結與展望在準備整個的畢業設計過程中，我深深地感知到了自己相關知識的匱乏，通過查看相關資料和課本，我對基于RFID的門禁系統有了進一步的了解。本次畢業設計設計了一款簡單的智能門禁管理系統，主要分為硬件和軟件部分：智能門禁系統硬件包括電源供電模塊、RFID射頻模塊、按鍵模塊、主控芯片模塊，報警模塊、上位機模塊和液晶顯示模塊七個主要的部分構成。門禁系統中起到主要控制作用的是STC89C52；每張IC卡的卡號通過液晶顯示模塊來顯示；上位機和下位機的相互通信通過串口模塊用來實現；檢測IC卡和讀出卡號使用射頻模塊實現；用戶的信息用上位機來顯示出來，

33、上位機也對用戶信息實現管理；刷卡出現錯誤則由報警模塊來進行提示。軟件部分;門禁系統將隨著菜單按鍵被按下時進入主頁面，液晶屏上也會顯示出請輸入密碼，這時，用戶可以通過使用IC卡或者在獨立按鍵上輸入密碼，來打開門禁。當用戶使用IC卡打開門禁，且將IC卡放到了射頻模塊附近時，射頻模塊能夠檢測到IC卡的讀入動作，隨后主控制芯片將射頻信號轉化成數字，然后在液晶界面上顯示出來，同時它將數字經過串口模塊傳送給上位機調用數據庫，從access中查找對應的那個卡號。當找到時，并調出儲存在上位機的信息顯示在顯示屏上，如果不符合上位機中的數據庫中存儲的信息，則蜂鳴器會發生警告，如果信息符合上位機中的數據庫中存儲的信

34、息，但是用戶密碼輸入錯誤，則蜂鳴器依舊會發出警告。這次的畢業設計對于我個人來說是一個非常大的挑戰，特別是結合了硬件和軟件的設計。因為自己的動手能力不是特別強，在硬件設計和畫圖的過程當中吃到了不少的苦頭，在程序的編寫上面也經歷了各種語法錯誤等等。畢業設計雖然要求獨立完成，但是我想說的是，如果沒有老師的幫助，和朋友間的相互交流我可能也沒有機會站在大家面前。特別是在準備畢業設計的過程中遇到了新型肺炎疫情的影響導致我們遲遲不能返校，做畢業設計時有諸多的不便，再次感謝老師和同學們的幫助。接下來我再來談一下本次設計的不足之處，在上位機的信息錄入方面還可以添加更多的用戶信息，在門禁方面還可以添加指紋解鎖人臉識別或瞳孔識別等新型解鎖方式，另外使用IC卡也同