【《基于RFID的智能家居领域智能门禁系统设计》9300字（论文）】

基于RFID的智能家居领域智能门禁系统设计摘要随着物联网技术的发展，智能家居深入我们的生活，其中门禁也是重要的一个研究方向。在我们的日常生活之中，门禁渐渐地占据了重要的地位，对于门禁的要求也是越来越来高，越来越来严谨。经过市场调查以及参考一些现有的文献，提出了一个基于RFID的智能门禁系统的实验假设。门禁管理系统主要是采用RFID射频、单片机和1602液晶、上位机作为本设计核心器件，实现从下位机刷卡上位机显示个人信息。在设计中STC89C52作为主控器，实现把采集到射频信息进行转化成数据，并且通过串口传输数据到电脑进行显示个人信息，上位机将进行对下位机数据进行数据库比较，如果符合信息则发送指令给下位机进行开启门禁系统并且上位机调用数据库显示个人信息，上位机将用户每次刷卡信息进行保存到数据库方便管理员进行查询信息，不符合则上位机会进行报警提示并且下位机蜂鸣器进行报警提示。关键词：单片机；智能门禁；RFID；管理系统；数据库；上位机管理；目录24562第一章引言 [14]，常见三级管分为NPN和PNP两种类型，并且不同三极管的基极引脚驱动高低电平也不一样。本设计采用的是NPN三极管S8550，单片机的P1.1口为低电平时，三极管导通，此时电流经过蜂鸣器，系统报警；反之，若为高电平，三极管截止，电流无法流过，蜂鸣器不发声[12]。蜂鸣器报警模块如图3-4所示。图3-4蜂鸣器3.5独立按键模块智能门禁检测系统中共有菜单、注册、撤销三个独立按键，独立按键采用一端接单片机I/O，另外一端接电源GND，默认与连接单片机I/O为高电平[16]。独立按键摩模块如图3-5所示。图3-5独立按键电路图在电源模块中给整个系统提供了电能，智能门禁系统采用5V电压，当电源开关闭合时，电源正极和整个电路的正极接通，系统处于工作的状态，并且给主控芯片、按键模块、串口模块、射频模块、液晶等模块供电的作用，电源开关断开时，系统处于不工作状态。并且电源的正负极加个10uF电容，可以防止电源电压小幅度波动，而影响作品的功能应用[20]。如图3-6所示。图3-6电源电路3.6串口模块串口传输采用RS232模块，RS232模块TXD_R和RXD_R与单片机的P30和P31连接一起，RS232采用MAX232芯片进行电平转化，直接把单片机的电平转化成RS232串口电平，并且通过串口线与PC端连接一起，实现了单片机与上位机相通信，如图3-7串口模块电路图。图3.7串口模块电路3.8本章小结本章的主要内容包括了系统硬件的设计总框架，以及系统在实现的过程中所需要使用到的一些主要硬件以及它们的工作原理图，主要硬件都有：单片机主控模块（STC89C52芯片）、IC读卡器原理、蜂鸣器模块、独立按键模块以及电源模块。第四章软件设计4.1主程序流程框给整个系统进行上电，系统各个模块将进行初始化，下位机一直检测菜单按键是否有按下，当菜单按键有按下时，系统将进入主菜单界面，并且将IC卡放在射频模块上，再对IC卡进行注册和撤销功能，并且在按下菜单按键退出菜单界面。当射频模块检测到有IC卡读入时，单片机主控制芯片将射频信息转化成数字显示到液晶界面上，并且将数字通过串口模块传输到上位机，上位机将调用数据库access查找相对于的卡号，如果找到符合卡号，上位机将调用符合卡号的个人信息显示到上位机界面，并且发送相关的指令来控制门禁的开关，若没有找到符合卡号，上位机自动提示信息，并且蜂鸣器将长响一声达到提示效果。如图4-1所示。蜂鸣器提示蜂鸣器提示将个人使用情况显示在上位机结束程序初始化确定注册、撤销、按键按下检测是否有IC卡读入菜单按键是否有按下检测是否有IC卡读入否开始图4-1软件流程图4.2液晶显示程序在智能门禁信息管理系统中液晶主要显示用户卡号信息，当射频模块中检测到有IC卡读入时，液晶将显示牲畜卡号信息,IC卡撤离时液晶将恢复主界面信息，并且液晶可以显示用户的注册和撤销的状态，1602液晶程序流程图如图4-2所示。图4-2液晶显示流程图4.3上位机主要设计4.3.1上位机页面设计上位机的页面设计主要是设计了三个界面。第一个界面则是登录界面，这一个界面只要求有用户名与密码两个文本框，当用户输入用户名与密码后点击确认之后，如果输入的用户名与密码相匹配那么系统则会进入到主界面；这一个界面在与单片机连接之后则可以实现对IC卡的信息读取以及显示，显示的主要信息包括有：IC卡对应的电话号码、对应用户的姓名、对应用户所在的楼层、以及本次IC卡被刷所记录的时间以及这个IC卡的卡号，并且在这五个信息的文本框之下有一个更大的文本框是用来显示IC卡被刷的历史记录，而且主界面里面是要选择单片机与上位机连接的端口以及控制系统的开始工作和终止工作的功能选择，而且主界面里面的功能选择是可以进入到系统的第三个界面，即为用户信息管理界面；用户信息管理界面主要的功能是显示已经录入的用户具体信息,有：ID号、所住楼层、电话号码以及姓名等信息，之后这一个界面还要实现对于用户信息的进行删除、修改和添加功能。上位机的页面设计主要就是这三个模块，即为登录模块、主界面模块以及用户信息管理模块。4.3.2上位机数据库设计上位机的数据库设计则是建立了三张表，分别是刷卡时间表、用于登录界面的用户信息表和用于修改、增加和删除功能的用户信息表。数据库总表及数据库名称，如图4-3所示。图4-3数据库总表用于登录界面的用户信息表，如图4-4所示。图4.4用户信息表刷卡时间表，如图4-5所示。图4-5刷卡时间表用于修改、增加和删除功能的用户信息表，如图4-6所示。图4.6用户信息表4.4本章小结本章主要介绍了主程序的流程框图、液晶屏幕显示流程框图以及上位机的主要功能介绍。上位机主要功能介绍则分为上位机的三个主要模块介绍（登录模块、主界面模块、用户信息管理模块）和上位机数据库所对应的三张表介绍（用于登录界面的用户信息表、刷卡时间表、用于用于信息管理界面的用户信息表）。第五章结果分析与问题分析5.1测试方案及测试用例1.三张标签二张标签来表示已经注册了的用户IC卡，剩余一张IC卡则是表示没有注册的用户IC卡；2.当有没有注册的IC卡刷的时候是否可以与注册的IC卡耍的时候的情况区分开来；3.在已经注册的IC卡刷过之后，历史记录查询是否可以显示出来之前刷过的IC卡的具体情况；4.在用户信息管理界面，是否可以对已经注册了的IC卡的信息进行删除和修改功能的实现，将没有注册的IC卡的信息是否可以添加到用户信息管理界面所对应的数据库之中。5.2测试步骤、测试过程及数据记录上位机登录界面测试。图5-1为登录失败，图5-2为初始登录界面。图5-1登录失败图5-2初始登录界面单片机登录初始界面。如图5-3所示。图5-3单片机初始登录界面注册过的IC卡读取的上位机主界面，如图5-4、图5-5所示。图5-4上位机第一张IC卡信息读取图5-5上位机第二张IC卡信息读取注册过的IC卡在单片机读取，如图5-6、图5-7所示。图5.6单片机第二张IC卡信息读取图5.7单片机第一张卡IC卡信息读取未注册过的IC卡读取的上位机主界面，如图5-8所示。图5-8上位机主界面注册过的IC卡在单片机读取，如图5-9所示。图5-9IC卡未注册是读取信息当上位机没有选择端口时IC卡在单片机上读取，如图5-10所示。图5-10单片机与上位机没有连接是读取信息上位机界面上对于历史记录的存取，如图5-11图5-11历史纪录查询上位机主页面端口选择与功能选择，如图5-12、图5-13所示。图5-12端口选择图5-13功能选择上位机中用户管理界面，如图5-14所示。图5-14信息管理界面5.3测试数据分析5.3.1测试系统处理非法字符的功能在登录界面输入空字符->提示错误或者请输入账号或密码。5.3.2测试数据库与系统的连接把添加用户的所有信息按正确信息填入->点击添加->信息显示框中查看。5.3.3.测试RFID读卡器和系统的连接添加界面->生成->打开串口->得到标签号。5.3.4.测试各个功能在单片机读取已经注册的IC卡后是会显示IC卡的所有信息，并且读取电脑的时间，将这个时间和IC的一些信息一起录入到历史纪录查询的数据库里面；当单片机读取没有注册的IC卡只会显示IC卡的卡后，并且不会记录这一次的存取。5.4测试过程遇到的问题及解决在测试的过程中发现在对用户进行信息管理界面的一些修改等操作的时候，当修改到一半点击修改的按钮，则会导致系统的停止运行，这一问题到目前来说还是无法解决。而且在对历史记录查询按钮进行多次点击也会导致系统停止运行，解决这一问题的方法怎实在对应的数据库标准设置主键不为空。5.5需要解决的其它问题系统目前的一些基础的功能已经实现，但是对于将本地数据库的书库传输到云端并且建立一个可以使用户可以进行实时查询的APP或者网页这一问题依旧是在探索之中，目前对于门禁的报警的方式过于单一，只有简单的蜂鸣器报警，希望可以增加SIM报警，当单片机需要进行报警的时候，除了蜂鸣器报警以外还可以对设定好的用户发送报警短信。5.6本章小结本章主要包括了对已经初步完成的智能门禁进行检测时要用到的测试用例和测试方案，之后则是这些测试步骤的一些截图说明，最后则是对于这一次测试的结果分析和这一个系统目前缓存在的一些问题以及没有实现的功能。总结与展望6.1总结本设主要是采用在设计中STC89C52作为主控器，实现把采集到射频信息进行转化成数据，并且通过串口传输数据到电脑进行显示个人信息，上位机将进行对下位机数据进行数据库比较，如果符合信息则发送指令给下位机进行开启门禁系统并且上位机调用数据库显示个人信息，不符合则上位机会进行提示，所做的主要工作如下：1.研究当前门禁系统安全情况，了解检测射频的发展历程；2.了解STC89C52单片机的结构及原理，掌握单片机编程方法；3.思考系统总体流程以及构思系统的总体方案，之后再根据系统要实现的主要功能设计了硬件电路，在掌握各个模块结构的基础上绘制出电路图和PCB板图。然后，设计软件流程图并编写代码。4.在系统初步完成之后，对于系统进行一个检测，之后再对系统中的软硬件进行调试，最后调试完成以后进行结果分析。在作品的设计中，往往并不是一帆风顺，因为在学校学习到大部分都是理论知识，导致动手能力并不是那么强，而在这次毕设中涉及到的知识太多，在硬件的设计中，容易把器件焊接短路，导致器件被烧坏等。包括在程序的编写中，语法的错误，导致程序运行无法执行，后来经过网上不断的查找资料，才从新拾起大一所学的C语言，并且不断的提高自己的动手能力，尤其在作品射频采集过程中，刚开始出现了很多的错误，经过几次的网上资料的查找和咨询指导老师才完成了采集功能，并且成功了把上位机和下位机进行相互通信。在论文的书写过程中，指导老师先叫我们先上网查询相关的资料，并且从网上下载相关的论文并进行参考，在完成论文的初稿时，因为自己的不仔细导致论文的出现了许多格式的错误，论文的内容并不是很完善，后来经指导老师的指导，并且多次对论文进行修改，才成功完成论文的书写。6.2展望设计过程之中遇到到的问题虽然解决了一部分，但是依旧是有一部分功能没有实现的。首先就是在平台收集的数据是没有实现到云平台的展示，这样导致了只有在本地使用这个软件的用户才可以查看到具体的一些信息，如果是用户不在家或者无法使用这个软件就不能在第一时间得到这些信息，也就是用户不能在第一时间得到更新的数据，如果在用户出门的时候门禁遭到一些非法入侵或者没有权限的ID卡侵入，那么用户只有在回到家中使用这个软件是时才可以得到这些信息。不能再第一时间得到这些信息可能会给用户造成一些损失。其次则是没有实现通过手机短信来达到报警的目的，只是简单的使用了蜂鸣器来起到报警的目的，虽然51单片机是可以使用SIM卡来达到发送短信达到报警的作用，但是因为设计时间的缘由导致只能使用简单的蜂鸣器来达到报警的目的。最后则是应该加上一个9位密码的密码锁来达到一个使用RFID与基础密码锁双重及解锁方式的设计，但是由于接触时间太短导致这一部分是没有达到预期效果的，这算是一个颇为遗憾的点。参考文献杨晶晶.基于STM32的智能门禁系统的设计[D].华北理工大学,2019.王淑沛.基于国密算法SM2的实验室智能门禁系统的设计与实现[D].广西师范大学,2020.张建楠.基于嵌入式的人脸识别智能门禁系统研究与设计[D].杭州电子科技大学,2020.杜金明.基于两种算法的智能门禁系统的研究[D].成都理工大学,2019.邱希.基于智能门禁系统的分布式架构方案研究与设计[D].武汉邮电科学研究院,2019.陈玲.实验室指纹门禁系统的研究[D].哈尔滨工程大学,2004.邓盼.基于物联网的智能安防系统的研究与设计[D].广东工业大学,2020.胡锋.基于云平台的家庭智能门禁系统的设计[D].淮北师范大学,2020.王晓旭.民爆生产区智能门禁系统[D].杭州电子科技大学,2019.陆轶秋.基于人脸识别的智能门禁系统设计与实现[D].江苏科技大学,2018.李明昆,钟丽辉,戴