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智能门禁系统的设计
摘 要
智能门禁是近年来随着电子产业的发展，尤其是射频卡应用的技术走向成熟而渐渐兴起的。随后，通过密码和射频卡作为许可凭证的门禁进入人们的眼帘，被慢慢熟悉和应用。
IC卡内部包含着一个唯一的标签（ID），对它进行授权处理之后便可成为一个特殊的密钥，通过验证之后能够进行相关控制操作，是门禁系统中不可缺少的一个重要组成部分。
本设计首先对射频识别（RFID）技术的概念及工作过程、原理进行介绍，随后对设计过程中使用的单片机控制器STC89C52、射频芯片阅读器MFRC522以及液晶显示屏LCD12864进行了叙述。
本文从硬件和软件设计两方面进行阐述。通过主控模块搭建电路控制实现MFRC522射频卡读取以及液晶显示是硬件设计的核心；软件部分主要是通过C语言编程来完成相应控制以及各个模块之间的数据通信。
关键词： 射频识别 智能门禁 MFRC522 STC89C52
窗体顶端
窗体底端
Design of intelligent access control system
Abstract
With the development of the electronics industry, particularly radio card applications technology , intelligent access gradually rise in recent years . Subsequently, password and IDcard as proof of license access into people’s eyes, is understood and applied slowly and familiar .
IC card contains a unique tag (ID), to authorize it after processing can become a special key, IC card is an important part in access control system .
Firstly，The design introduces the the concept and the working process of radio frequency identification (RFID) technology. Then,we introduce controller STC89C52 and IC card reader MFRC522 and screen LCD12864 .
This design elaborated from both hardware and software. Building control circuit to read IC card，displaying in LCD is the core within hardware design ;software part mainly through the C language to complete operation and data communication between every modules.
Keywords: radio frequency identification, Intelligent access control, MFRC522, STC89C52
目 录
1绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 课题研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 2
1.3 门禁系统发展趋势 2
1.4 课题设计任务 3
1.5 论文结构 3
2射频识别技术的理论知识 4
2.1 射频识别技术概述 4
2.1.1 射频识别技术原理 4
2.1.2 射频识别系统的基本结构 5
2.2 非接触式读卡芯片MFRC522 6
2.3 本章小结 8
3门禁系统硬件设计 9
3.1 STC89C52主控模块 9
3.2 LCD12864液晶显示模块 12
3.3 按键部分 14
3.4 本章小结 15
4 门禁系统软件设计 16
4.1 软件简介 16
4.2 系统程序设计流程图 17
4.2.1 LCD初始化 18
4.2.2按键程序设计 19
4.4本章小结 20
总结 21
致谢 22
参考文献 23
1绪论
1.1 课题研究的背景及意义
智能门禁系统，又被称为人口进、出控制系统(访问控制系统)。通俗来说就是在哪些时间允许哪些人通行，不允许哪些人通行。在哪种情况下要能够给出提示警报。同时可以记录通行人员的出入情况。访问控制系统历经了20几年的进步，已经超过了以前简单的密钥或安保人员的管理，它经过了低频率卡、高频卡和当前虚拟卡技术几个重要阶段，现在已趋于完善。
随着人类社会的发展,智能门禁也在不断的进步。最早从人类起源以后，人类通过劳动渐渐获取了个人财富，这时有的坏人开始出现偷盗等罪恶的想法和行为。为了防止自身财富受到别人侵犯，人们开始使用一些原始的方式,像木棒或铁链将门栓起,原始门禁系统也就慢慢开始出现了。随着当今时代的不断进步,大家的人身财产安全意识也在逐步的升高。在目前来讲,应用较为广泛的是一些机械式门锁[1]。
在当今的社会,城市相比之前改变巨大,高楼林立的同时,到处都潜伏着一些安全问题,甚至滋生了很多的新手段犯罪，给人们的生活带来了一定的危害。仅仅通过传统的门锁和防盗门给安全防护带来了极大的隐患，这个时候“智能”门禁也就由此而生了。
这些智能门禁通常是安装在一些建筑物的重要通道位置。这样进行管理相对比较集中、工作效率也得到了大大的提高。例如在小区大门口、电梯等流动性较大或重要的地方安装使用,通过安装键盘、阅读器,想要获得通行权限，务必持有小区发行的合法使用的卡或者使用密码才能同行,更加安全。传统的锁具一般内部都是机械结构,不管它的内部构造是如何的精密、材料是如何的坚固,一些不法分子总能想进一切办法将它撬开。而且传统的门锁需要随身携带钥匙,一旦钥匙丢失,将会给自己造成极大的不便。现在很多办公写字楼、小区等物业部们都开始采用智能门禁来保障内部的安全。尤其是在一些人员往来流量大的地方,通过保安人员来保障人员安全是不大现实的。智能门禁不仅大大提高了内部管理的效率,而且相对比机械锁，更加安全。
基于无线电子射频技术的的智能门禁已成为现代的主流，是高科技安防管理中重要的一部分。在某些经济先进的欧美国家,已经广泛的将智能门锁方案应用在了学校、小区、商场、医院、银行等。在安全技术领域智能门锁成为重点研究和发展方向。
1.2 课题研究现状
1.2.1 国内研究现状
射频技术自从94年引入中国以来，一场射频技术的应用潮由此在国内爆发了。在国内，国内目前，关于射频的技术使用也愈来愈普遍。遍及房地产、酒店、楼宇、教育等多个方面。
国内的门禁公司也越来越多，有COSON、达实智能、捷顺、中控等。当前，国内的很多厂家在技术面上仿照外国的优秀智能门禁应用。但是在IC卡制造方面，欧洲美国等西方国家掌握着大部分关键生产技艺。“金卡工程”行动在我们国家虽然推行了，但是基于RFID读取识别IC卡的智能门锁管理体系目前还处在发展过程。由此加强理论方面的研究以及在操作方面的可实施性论证仍然是RFID识别技术的关键内容 [2]。
1.2.2 国外研究现状
外国门禁系统的使用早于国内，它的普及程度比中国的高。欧美国家的门禁系统相对来说已经相当完善，他们也出现了细致的分工，有些公司专门生产IC卡或专门生产读卡器。随着市场的不断成熟，公司对技术和专业的不断积累，渐渐开始了一个垄断的势头。目前国际上主流的访问控制系统开始提供的TCP/IP网络作为系统的连接方式。由于起步较早，国外的产品在兼容性和稳定性方面占据优势。
目前，产业结构在不断进行优化调整，市场开始出现以专业知识产权、技术、资本为导向，市场化进程也促分工越来越细化。由此带来的是公司之间出现了较大的两极分化现象，中小企业被兼并甚至淘汰。从长期的发展趋势出发，目前磁卡以及接触式卡片在一些门锁体系中还有着少量的市场份额。但是，由于它们使用寿命较短，这些自身弊端促使它们在逐渐退出智能门禁的应用市场。
国外知名的智能门禁厂家有ATMEL和飞利浦等公司。这些公司有着全球领先的IC卡技术，ATMEL在保密IC方面取得了很大的成就，产品被国际认证为最高安全性标准。飞利浦目前又推出一种新式卡片，响应时间极短只有31.4ms，这也是它最大的两点，和其他类型卡相比要快了很多[3]。
1.3 门禁系统发展趋势
当今社会是科学水平飞速进步的时代。人们也感受到了高科技的好处。同时，人们对于高科技服务的要求也愈来愈高。高科技是一把双刃剑，方便了人们生活效率水平的同时也引发着一些社会问题。比如，利用高科技手段进行偷盗、抢劫等。人们的安全防范意识逐渐提高，智能化的门禁系统已经逐步取代传统的机械门锁。基于射频技术的只能门锁系统在未来一定会普及大众化，成为主流，目前占据市场的九成份额。无线射频技术未来的发展趋势是响应速度更快，响应频率更高！在将来智能门禁体系会朝着大容量卡、开放式通道、网络化管理等方向趋势，朝着真正一卡通的体系发展。飞利浦公司所产IC卡在中国市场占有较多份额[4]，目前国内卡片不够统一，未来将会制定出一项标准来规范市场发展[5]。
未来门禁将会朝着以下几个趋势来发展：
1）门禁安全与IT功能将进一步融合
2）移动访问控制功能将逐步普及
3）将进入NFC验证服务的新时代
4）将与智能手机连接实现访问控制
1.4 课题设计任务
本设计主要从要从以下两部分进行设计:硬件电路设计和软件代码编写。硬件部分主要是读取射频卡模块、键盘、LCD显示的设计；软件部分识别读写射频卡、密码验证、防盗报警等的设计。此设计基于无线射频识别、读写技术，可以对卡进行注册、清除，并可以显示出IC卡的卡号、忘记携带卡片可以通过密码进行验证、并且管理员可以对密码重置功能。当密码验证错误并且IC卡未进行注册时不允许同行并给出警报。
1.5 论文结构
第一章：简要论述了门禁系统的研究背景、国内外现状、未来趋势以及文章主要结构。
第二章：介绍了无线射频识别方面的理论知识。
第三章：硬件电路设计，主要包括射频识别模块、51单片机及液晶显示模块电路设计及其接口电路。
第四章：软件设计流程思路。
2射频技术基础知识
2.1 射频技术介绍
2.1.1 工作原理
射频识别，是属于一种近现代的通信技术。它不需要与目标接触，而利用无线电信号辨别读取特定目标的信息数据。
RFID是由两个部分组成，即应答器和阅读器。应答器组成部分包括耦合器件、天线、和芯片。一般情况下，标签（IC卡）即是应答器，标签自身携带一个独特的编号代码，内部可以储存一些相关数据信息。读卡器也是由耦合器件、天线和芯片组成的读卡装置，它可设计为手持式射频识别读写器或固定读写器。
射频技术的原理很简单：当IC卡片进入阅读器的工作距离之内时，阅读器发送出射频信号，标签通过获得的能量将电子代码信息传递出去。阅读器接收到信息之后将其送至处理单元，处理单元收到之后对数据进行处理操作。
图2-1 射频识别系统原理图
射频识别工作的步骤：
1)读写器在自身工作范围内发出射频信号形成电磁场。
2)标签（IC卡）来到读写器正常工作距离内，将射频脉冲信号整流给电容供电作为工作电压。
3)解调模块接收射频信号并解调出相关数据送到控制模块。
4)数据需发送时，则调制数据再从收发模块发出。
5)返回数据被读卡器接收后，完成解码和验证，确定数据的真实性。
图2-2 射频识别系统工作方式
无线射频识别优势有很多，主要包括：
1）具有非接触功能
2）能够自动实现识别读取过程
3）不容易被损坏
4）能够识别高速运动物体
5）存储数据量大
因为RFID技术具有显著的优势，它大大地提高了信息的采集和处理效率，在近些年来得到了急速的发展[6]。
2.1.2 射频识别系统的基本结构
完整的射频识别系统（图2-1），除了读卡器和应答器还应包括计算机软件模块。 应答器能够储存信息并进行加密，它也是RFID的核心[7]。阅读器存在一个感应距离，在它的感应距离以外，应答器的无源状态无法工作。无源系统的应答器是内部是不含电源的，由读写器发出的射频脉冲信号提供能量。有源应答器内部装有供电装置提供能量，电池的寿命决定有源应答器的寿命[8]。
