基于RFID的教室门禁系统设计

本科毕业论文（设计） (2015 届 ) 基于 教室门禁系统设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 李 浩 指导教师 申远 副教授 学号： 1108441119 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） I 摘要 本设计采用 片机作为基本控制，并从 蜂鸣器 控制电路装置，断路指示灯，电源门锁控制电路和 8位 数 码管 显示电路。访问控制系统由 位电路，电源指示，工作指令， 晶振 电路，所述门锁控制电路，读取器模块， 液晶 模块显示器等组成。通过刷卡开门 的设计和实施完成： 第一种是 当 许显示模块显示的卡号而继电器开门，灯光熄灭，当涉及到非法 时 没有显示卡号，锁车门不会打开。 第二种是按键密码开锁，输入正确密码而继电器开门，输入错误而会报警。 该系统的设计 方便 ，卓越的性能，具有一定的实践。 关键词： 门禁系统 单片机 读卡器 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） as by PU By C of to is C as of to go it to is is to to is to 肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 录 1 引言 1 2 门禁系统方案设计与选择 2 方案的选择 2 的选择 3 设计原理 3 设计功能 3 3 门禁系统硬件电路的设计 4 门禁系统电路基本原理 4 门禁系统结构图 4 门禁系统 工作原理 4 门禁系统整体电路图 4 门禁系统各部分电路图 5 主控芯 5 门锁电路 5 报警电路 6 读卡模块 8 显示 模块 10 修改密码 11 硬件调试过程 11 4 门禁系统软件设计与调试 14 系统软件设计基本思路 14 系统软件主流程图 14 软件调试 15 程序调试用到的软件及工具 16 调试过程 16 5 门禁系统的仿真 18 整体电路的功能仿真 18 系统通电后无刷卡时的仿真 18 刷卡时的仿真 18 调试分析 19 结论 20 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 考 文献 21 致谢 22 附录 A 程序清单 23 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 1 1 引言 在当今社会，随着人们在访问控制系统的要求各方面继续上涨，门禁系统的范围更加广泛，从而使开发门禁系统已成为一个热门话题在现代技术领域。 目前，门禁系统的安全系统已经成为在发达世界极为重要的 部分 ，访问 控制系统比其他安全产品高得多快节奏发展。门禁系统能够无数安全产品异军突起，其根本原因是访问控制系统在过去的安防产品，如防盗报警改变，闭路监测被动安全通过主信道控制来代替主动控制被动监视，大大防止罪犯从正常通道入侵，并致力于也相同罪行由该链的门控制限制罪犯的活动范围制止犯罪或减少损失。此外，人们访问控制系统的应用已不再局限于一个输入控制和单输出，但它也适用于访问控制的智能建筑和高档社区防盗报警器，考勤管理，电梯控制，停车场控制，楼宇控制等。 本文介绍了基于访问控制 采用了微控制器基本的编程方法，实现了门禁系统的功能。根据该指令的地图和开关门的设计要求的比较已被写入该程序，并写在微控制器的程序存储器中的程序。程序运行通过读卡器读取卡号码，卡号，然后发送到微控制器作比较，以实现访问控制功能。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 2 2 门禁系统的 方案设计与选择 方案的选择 门禁系统有许多种方案：主要有联网和不联网型。 联网型的结构图如图 2 图 2网型结构图 基于网络的访问控制系统的优点： （ 1）实时联网 （ 2）存储卡后立刻将数据传送到主机 （ 3）易于检查，并生成报告 缺点： （ 1）要求计算机，每天 24 小时 （ 2）计算机或管理单位的情况下，有故障系统瘫痪 （ 3）有较大的影响面问题 不联网门禁系统的优点：单卡机器的运转，无需 布线，操作方便。 缺点：不易查询。 基于以上分析，我们选择不受联网。由于这种设计简单，易于提交工作，易操作。 的选择 目前市场上有很多种类型的卡：条码，磁卡，接触式 接触式 码和磁卡，超市和银行更多的应用程序， 不接触，在公共电话以前使用的 计算机 管理机 刷卡机 刷卡机 刷卡机 N 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 3 在露卡易腐多，但非接触式 折叠，而不是两个非接触式 射频卡，智能卡和线圈包，不易损坏，不怕恶劣的环境中现在是高可靠性的社区很受欢迎。 根据分析，我们选择了最广泛的普及，高可靠性和卡只读的成本低，使用的卡 的 设计原理 该设计采用 片机作为主元件，它包括一个中央处理器 机存取存储器 个 I / O 接口电路，定时器 /计数器，串行通信接口。在该结构中，使用一个微控制器和一个复位电路，一个振荡器，一个蜂鸣器电路，门锁控制电路读取模块，显示模块的访问控制系统。 实现通过编制和实施程序访问控制，指示和报警功能的核心组件。 设计功能 该 设计 是 门禁系统。他的访问控制功能的实现： 第一种通过 非接触 式刷卡式刷卡，当刷卡成功会进入欢迎界面，同时将卡片信号显示出来，同时继电器熄合，指示灯亮，门禁开。 第二种通过矩阵键盘输入密码。密码输入正确，也会今日欢迎界面，同时继电器熄合，指示灯亮。如果密码输入错误，会有蜂鸣器报警提示。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 4 3 门禁系统硬件电路的设计 电路基本原理 门禁系统结构图 该门禁系统结构图如 下 图所示。 门禁系统结构图 门禁系统的工作原理 本系统由单片机最小系统，液晶显示模块， 4*4 矩阵模块， 射频识别模块以及继电器举动模块等组成。 当合法刷卡时 ， 蜂鸣器响， 显示卡号，而继电器开门 ， 指示灯 亮 。 当密码输入正确，继电器开门，显示灯亮。当密码输入错误，则蜂鸣器报警。 门禁系统电路原理图 在 片机的基础上，外围增加电控锁控制电路 、 蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及 示电路等，构成了门禁系统的控制电路。其电路原理图如下图所示。 蜂鸣器及指示灯 显示示 门控 卡 器 门锁 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 5 P 1 . 0 / A D 01P 1 . 1 / A D 12P 1 . 2 / A D 23P 1 . 3 / A D 3 / C P P 04P 1 . 4 / A D 4 / C P P 1 / S . 5 / A D 5 / M O S . 6 / A D 6 / M O I . 7 / A D 7 / S C T/ P 4 . 0 / R X . 1 / T X . 2 / I N T 012P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T 014P 3 . 5 / T 115P 3 . 6 / W . 7 / R A L 218X T A L 119 . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728N A / P 4 . 429A P 4 . 530 / P 4 . 631P 0 . 732P 0 . 633P 0 . 534P 0 . 435P 0 . 336P 0 . 237P 0 . 138P 0 . 039V C C 8 9 C 5 2 1 6 0 2 05 0 N 8 5 5 0R 1 11 C+ u N 212 N 2 p p 9 2 2 46 8S 1 2S 1 1S 1 0 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6V C B+ 0 0 u Q 1J D Q 1门禁系统电路原理图 各部分电路原理 控芯片 控芯片 低电压，高性能称单片机。该器件采用 工业标准的 于将多功能 8位 一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种 灵活性高且价廉的方案， 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 6 图 3 主要特性： 与 容 8 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10年 全静态工作： 0三级程序存储器锁定 128*8位内部 32可编程 I/ 两个 16位定时器 /计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 门锁电路 门锁电路如图 3控信号的输入端 （ 与 电合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 7 路由 12流二极管、 1 门锁电路的工作原理： 当 输出高电平时 ， 此时继电器的控制线圈为开路，继电器 无反应 。门锁接于继电器常闭端，门锁闭合，门处于 关闭 状态。 当 输出低电平时 ， 此时继电器的控制线圈闭合，继电器 熄合 。继电器常闭端 打 开，门锁打开，门处于打开状态。 V C 11 Q 1J D Q 1图 3门锁电路 报警电路 报警电路如图 3鸣器控制信号的输入端 （ 与 要由蜂鸣器、 极管组成。 报警工作原理： 当 鸣器回路开路，蜂鸣器不响。 当 鸣器回路闭合，蜂鸣器发出 报警 。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 8 5 5 0 警电路 卡模块 卡模块 高度集成的非接触式读写卡 芯片。此发送模块利用调制和解调原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。 片模块的内部发送器部分可驱动读写天线与 和应答机的通信，无需其他电路。接收器部分提供一个功能强大和高效的解调和译码电路，用来处理兼容 4443/和应答机的信号。数字电路部分处理完整的 4443A 帧和错误检测（奇偶 & 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 9 对于 块与主控 信部分来说主要分为三部分。 第一部分是主控 分，即此处所选择的 片机， 主要提供对射频读写芯片的控制操作。这种控制操作体现在对射频读写芯片的电源控制。通过对射频读写部分的独立电源控制，用户可以在 根据自己的需要选择或关闭射频读写功能。当应用系统有低功耗要求，不需要射频读写芯片一直工作时，这种控制方式是必不可少的。而且，通过 供电控制，可以用软件方式实现射频读写芯片的上电复位。 第二部分，射频读写芯片，它负责接收主控 控制信息并完成与 的通信操作。为了正常工作，射频读写芯片须选用合适的并行接口与 接。而为了发送、接收稳定的高频信号，射频读写 芯片要通过高频滤波电路与天线部分连接。 第三部分，天线部分，包括线圈及匹配电路，这是读写模块实现射频通信必不可少的一部分。读写模块要依靠天线产生的磁通量为 提供电源、在读写模块与 之间传送信息。 N 8 015 届本科毕业论文（设计） 10 读卡器引脚连接示意图 示模块 显示 模块 部分有二种方案可供选择。 第一 种方案采用 码管显示，该方案具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点 。 第二 种 方案 是采用 晶显示，该方案具有低 压微功耗、平板型结构、显示的信息量大、无电磁辐射、使用寿命长等优点 。 本设计要求显示的数据量 大 ，能发挥其显示内容丰富的优点，同时占用 I/ ，所以，通过比较，选用第二种方案 晶 显示。 显示模块电路图如 3 D 1 6 0 2V C 显示模块电路图 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 11 改密码 始密码为 6 个 0。可以根据键盘或遥控定义输入密码后，按确认 /返回键即可进入页面。若密码忘记，需重新上电即恢复初始密码初始界面下返回密码输入界面，继续按确认 /返回键即可锁屏。密码未输入或输入错误 入正确进入主界面灭，表示输入正确锁开。 键盘上定义的 改密 /返回键 即可进入改密状态，此状态下，输入任意 6位数字，输入完成后继续按此键保存密码并退出。 修改完密码后，按确认 /返回键 可以返回到密码输入状态，此状态下输入密码，弱正确则进入主界面若不正确则报警提示，密码忘记重启电源恢复初始密码。 按键功能说明图 件调试过程 项 目设计重点是一切从头开始。所以，从一开始就具备最基本的，先学会焊接电路，再学会识别各种电子元器件，然后就读于整体开发板布局和走线。从最直观的了解如何单片机最小系统工作正常的角度。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 确认 /返回 改密 /返回 参数选择 + - 密码清除 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 12 接通电源后的实物图 放入 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 13 读出卡的序号 00预设好的卡号，报警器不响，由此完成门禁系统硬件调试。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 14 4 门禁系统软件设计 系统软件设计整体思路 一个应用系统要完成各项功能，首先必须要拥有完善的硬件作为保证，同时还必须要拥有相应的设计合理的软件作为支 持。尤其是在微机应用十分发达的今天，许多需要由硬件来完成的工作，都可以通过软件的编程来代替。甚至有些需要采用非常复杂的硬件来完成的工作，有时采用软件编程会使工作变得很简单。因此充分地利用其内部十分丰富的硬件和软件资源，采用与 列单片机相对应的汇编语言以及结构化程序设计方法进行软件编程。 程序设计的语言分为三种：机器语言、高级语言和汇编语言。机器语言是计算机唯一能“看懂”的语言，用高级语言或汇编语言编写的程序都必须要翻译成机器语言的程序，这样计算机才可以“看懂”，然后再去逐一地执行。 高级语言是面向问 题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，因此本系统选用了高级语言。 系统软件设计主流程图 主程序主要内容是各程序模块的调用，并利用各模块进行电子密码锁功能的实现，即是键盘输入密码并在 晶显示屏显示密码，当密码输入完成后，单片机会将输入进的密码与原单片机内部所储存的密码进行对比，如若密码正确，则代表电磁吸合器的发光 二极管会发光，同时 晶显示屏会显示出正确的密码；如若密码错误，会启动计数器计数，当错误次数超过三次时，报警系统会启动即是蜂鸣器会发出报警声，以提醒保安 。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 15 图 4系统程序流程图 软件调试 在已经写入的 C 语言程序调试软件装入软件调试工具来检查软件是否已经成功，根据软件提示更改此过程，直到没有任何错误，然后 生成机器码 运行 。 根据初始化 指示灯亮 是否有卡刷 开锁 指示灯熄灭 显示卡号 读卡 判权限 是否合法 Y Y 报警 N N 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 16 51 单片机开发板或其他工具来编写写在单片机程序调试的实际机器代码，然后将程序按照短缺的实际情况进行修改，直至达到设计要求。本设计采用十六进制生成文件后， 件仿真，调试，首先在 件描绘的硬件电路，其次是电子锁， 件的源代码，源代码编译的准备，最后生成的目标文件添加到单片机仿真调试。 程序调试用到的软件及工具 调试本程序需要用到 51 和 开发板一块及其配套的下载烧录软件。 51是美国 1系列兼容单片机 汇编相比， 构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 调试过程 首先打开新建工程，新建文本框写入程序，保存，检查是否有语法错误，经反复检查无误后汇编，生成 51单片机可执行的 后用 51 开发板相匹配的烧录软件把 试过程如图 4示。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 17 图 4调试过程 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 18 5 门禁系统的仿真 本文的前几章详细介绍了器件的选择，硬件电路部分的 设计以及软件设计流程，本章的工作是把各部分组合成一个总体，进行软硬件的联合调试以及系统整体功能的仿真。 整体电路的功能仿真 系统通电后无刷卡时的仿真 系统通电后无刷卡时的仿真结果如图 5图中可以看出当系统通电后无刷卡时，红色指示灯亮，数码管无显示，绿色指示灯不亮代表门锁闭合，喇叭无响声。 图 5系统通电后无刷卡时的仿真图 刷卡时的仿真 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 19 刷卡时的仿真结果如图 5先存入单片机一个合法卡号为“ 123456”，当有合法卡进行刷 卡时，红色指示灯熄灭，绿色指示灯发光代表门锁打开，数码管显示合法卡号“ 123456”，喇叭无响声。 图 5合 法卡刷卡时的仿真图 5 2 调试分析 通过以上调试仿真的过程可以看出， 门禁控制系统的基本功能都已经实现，能够实现卡号的比较，卡号的显示，开锁，声光报警等功能。由于 没有读卡器的仿真模型，在仿真中用键盘输入卡号的方式代替读卡器读取卡号并传送给单片机的过程。此外为了更加直观地表示门锁是否打开，采用绿色 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 20 结 论 本设计采用 片机作为控制核心，外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路以及 示电路等 ,来实现门禁控制系统的功能。其中的主要工作有： （ 1）本设计中采用 （ 2）硬件系统主要设计了以下几部分：读卡器电路、 液晶 显示电路、工作指示灯电路、开锁电路、控制电路、报警电路等。 （ 3） 软件采用 号的对比、卡号的显示和对设备的控制。 (4）完成了整个系统的调试与仿真，实现了系统的 基本功能。 （ 5） 通过键盘输入 密码 的方式，这样更有利于管理者管理用户 。 本门禁控制系统还可以一些功能扩展，使其更符合实际应用的需要。可以进行的改进与完善工作 。 如： 本系统可以增加存储模块使系统功能更完善，管理者可以查询历史刷卡记录，以便统计人员出入情况。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 21 参 考 文 献 1 谢振辉 .改进式 片机实验 ，北京，科学出版社， 2006 2 赵建领 . 51 系列单片机开发宝典北京，电子工业出版社， 2007 3 杨恢先，黄辉先 .单片机应用系统设 计与仿真调试 北京 ,北京航空航天大学出版社， 2005 4 王为青 ,程国钢 .单片机 用开发技术 北京 ,人民邮电出版社 ,2007 5 李玉梅 .基于 列单片机原理的应用设计北京，国防工业出版社 ,2006 6 李群芳，黄建 .单片机微型计算机与接口技术北京，电子工业出版社，2007 7 黄菊生 C 卡的网络门禁系统设计与开发 D湖南大学 ,2006 8 安静宇 西安科技大学 ,2006 9 陈龙三 . 8051单片机 京，清华大学出版社， 2007 10 沙占友，孟志永，王彦明 .单片机外围电路设计北京，电子工业出版社 ,2006 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 22 致 谢 随着毕业设计的完成，我的大学生涯也即将结束，在这四年里，给予我帮助的人很多，在这里我要对你们说一声谢谢。 感谢我的论文导师 申 老师，从选题到中期答辩，从电路调试到程序编写再到最后论文的定稿， 申 老师对我的毕业设计的每一个步骤都严格要求，每当我有不懂的问题或是在设计过程中遇到困难， 申 老 师都会给我细心的指导，为我答疑解惑，每一次讲解每一次指导都令我醍醐灌顶。通过和 申 老师的学习，我不但学习到过硬的专业知识，也体会到了人生的道理， 申 老师对设计的细心，给我讲解时的耐心，以及平时对我的毕设情况的关心都令我非常感动，这也是我今后步入社会应该学习的。谢谢你敬爱的申 老师！ 感谢我亲爱的同学们，在我进行电路仿真遇到问题的时候，我的同学们各展所长，帮我找出问题，同时为我的设计方案提出不同的见解，我很荣幸生活在一群热爱学习，喜欢钻研的同学周围，和你们在一起我收获很多，感谢你们。 最后，答辩组的老师们， 感谢你们在百忙之中为我的毕业设计提出意见和建议，感谢你们严谨的治学态度，向你们致以最高的敬意 。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 23 附录 A 程序清单 #0; ; 1; 12; =1,2,3,4,5,6; ; ; = 0; = 0; ;