基于RFID的门禁系统设计毕业论文

基于RFID的门禁系

统设计毕业论文

目录

摘要.................................................................................... 错误！未定义书签。Abstract .............................................................................. 错误！未定义书签。第1章绪论.. (1)

1.1课题背景及意义 (1)

1.1.1 课题研究的背景 (1)

1.1.2 课题研究的意义 (1)

1.2门禁系统的国内外研究状况及发展趋势 (2)

1.2.1 门禁系统国外研究状况 (2)

1.2.2 门禁系统国内研究状况 (2)

1.2.3 门禁系统的发展趋势 (2)

1.3RFID门禁系统的优越性 (3)

1.4本文主要研究内容与论文结构 (4)

1.4.1 研究的主要内容 (4)

1.4.2 本论文结构 (4)

第2章RFID门禁系统理论基础 (5)

2.1射频识别技术 (5)

2.2射频识别技术原理 (5)

2.3射频识别系统的结构 (6)

2.4门禁系统设计的基本原则 (7)

2.5本论文拟解决的关键问题与解决方法 (8)

2.5.1 拟解决的关键问题 (8)

2.5.2 解决方法 (8)

2.6本章小结 (9)

第3章门禁系统的硬件电路设计 (10)

3.1门禁系统工作原理和电路设计主框图 (10)

3.2FM1702SL读卡器 (11)

3.2.1 SPI总线协议 (12)

3.3M IFARE射频卡介绍 (13)

3.4串行EEPROM存储电路 (14)

3.4.1 EEPROM存储器接口 (16)

3.4.2 I2C总线协议 (16)

3.5时钟芯片 (17)

3.6步进电机电路 (18)

3.7红外传感器 (19)

3.8硬件实物展示 (20)

3.9本章小结 (21)

第4章门禁系统的软件设计 (22)

4.1门禁系统软件设计模块框图 (22)

4.2门禁系统主程序介绍 (23)

4.3读卡过程及程序设计流程图 (24)

4.3.1 寻卡 (25)

4.3.2 防冲突 (25)

4.3.3 选择卡片 (25)

4.3.4 验证 (25)

4.3.5 读取卡号 (26)

4.3.6 卡挂起 (26)

4.4其他程序设计流程图 (26)

4.4.1 LCD1602显示程序设计 (26)

4.4.2 按键控制程序设计 (27)

4.4.3 定时器模块程序设计 (29)

4.4.4 存储程序设计 (30)

4.4.5 开门模块程序设计 (31)

4.5程序编译与调试 (32)

4.5.1 建立项目工程 (32)

4.5.2 程序编译调试 (33)

4.6本章小结 (33)

结论 (34)

参考文献 (35)

致谢.................................................................................... 错误！未定义书签。附录1 ................................................................................. 错误！未定义书签。附录2 .. (42)

附录3 (47)

附录4 (54)

第1章绪论

第1章绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 课题研究的背景

射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。同时，经济水平的高速发展让人们越来越关心建筑内部的安全性。为了适应信息时代的需要，保证建筑内部的安全性，满足用户当时的各种需求，门禁系统应运而生。门禁系统集电脑技术、电子技术、机械技术、磁电技术和射频识别技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能，以智能卡来控制门锁的开启，开创了门禁管理的新概念，它不仅给管理者提供了更安全、更快捷、更自动化的管理模式，而且也给使用者带来了极大的方便。本文研究的基于射频识别技术的门禁系统就是这样的一种系统[1]。

1.1.2 课题研究的意义

当今科技飞速发展，给人们带来利益的同时，也带来了不法份子利用高科技进行盗窃、抢劫和犯罪等问题。怎样才能使人们的安全防范措施跟上科技的发展、有效的阻止这些犯罪行为呢？仅依靠普通的防盗门、门锁和监控是不够的。原始的安防措施就是把门锁上，由人巡逻保证安全，随着科技的进步，智能化的门禁系统已成为现代化管理的重要手段。智能门禁系统是智能建筑楼宇自动化系统中的安全系统，作为一种新型现代化安全管理系统，门禁系统把自动识别技术和现代安全管理措施结合起来。在社会财富不断增长的今天，建筑物内的主要管理区、出入口、贵重物品的库房、设备控制中心、电梯口等重要部门的通道口都需要加强安全防护措施，这就需要开发出与之相对应的智能门禁系统，识别出入口人员的身份，对出入口进行控制。本课题提出了基于射频识别的门禁控制系统，具体分析和研究了其中的一个

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重要部分“门禁控制系统”。门禁控制系统作为居民人身和财产安全的重要措施，其研究结果具有深远的现实意义[2]。

1.2 门禁系统的国内外研究状况及发展趋势

1.2.1 门禁系统国外研究状况

欧美门禁系统市场开始进入成熟阶段，其产业分工明确，如美国的HID 公司、Hl-dala公司、德国的Destele公司。生产控制器的公司只研究生产控制器和软件程序。由于市场的不断成熟发展，人们在感受到门禁系统带来的便利性和使用性后，可以自行购买零部件组装而成一套完整的门禁系统。从目前门禁系统的发展趋势和运用前景来看，磁卡和接触式门禁系统开始逐渐退出市场，非接触式门禁系统以它优越的性能和运用领域开始主导门禁系统市场。

RFID卡在国外很早就得到重视并且开始大量的投入研究，特别是在美国和欧洲，但在近几年才开始RFID卡方面的研究使用。RFID卡、读卡器设计和生产关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲国家中，单只有美国能实现大批次的设计生产。当今世界上RFID卡主流产品是飞利浦（Philips）公司的Mifare技术，己经被制定为国际标准ISO/IEC14443 Type A标准。欧洲及其他发展中国家的一些RFID卡、读卡器制造商都以Mifare技术为标准进行设计生产[3]。

1.2.2 门禁系统国内研究状况

我国本土厂商（如爱迪尔、华本、芯微）等已经成功研发了指纹识别芯片，国内对门禁系统的研究已经从认识研究阶段发展到自主研究阶段，而在系统的结构方面，国内的门禁系统的核心就是控制器，门控器大多由国外企业开发研制，但国内大部分厂家对门禁系统的研究仍然处于仿制阶段，没有对门禁系统核心技术惊醒自主研究开发[4]。

1.2.3 门禁系统的发展趋势

出入口门禁系统顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，它是在传统的门锁基础上发展而来的。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论

第1章绪论

结构设计多么合理，材料多么坚固，人们总能通过各种手段把它打开。在出入人很多的通道（像办公室，酒店客房）钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。为了解决这些问题，就出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率高，安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，安全系数很低。同时这个时期的产品由于大多采用读卡部分（密码输入）与控制部分合在一起安装在门外，很容易被人在室外打开锁。这个时期的门禁系统还停留在早期不成熟阶段，因此当时的门禁系统通常被人称为电子锁，应用也不广泛。

最近几年随着感应卡技术，生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了感应卡式门禁系统，指纹门禁系统，虹膜门禁系统，面部识别门禁系统，乱序键盘门禁系统等各种技术的系统，它们在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特长，门禁系统的应用领域也越来越广[5]。

1.3 RFID门禁系统的优越性

(1)使用寿命长RFID卡和读卡器无需机械接触即可工作，从而避免了因机械磨损而导致的故障，大大延长了使用寿命。

(2)使用方便RFID卡使用非常简单，不需固定方向和位置，决不会有黑暗中找不到锁孔的烦恼。

(3)安全可靠每张卡在出厂时都写有唯一的不可更改的编号，卡和读卡器均不可复制，且防水、防磁，抗干扰。当卡片不慎丢失，不需再劳神费力换锁，只需在控制器或系统软件将卡片删除便可万无一失，确保系统的安全性和可靠性。

(4)一卡多用机械锁每门至少必须配一把钥匙，而RFID卡可以一张卡开多个门，只要随身带一张卡，便可通行任意通道，再也不用带很多沉甸甸的钥匙[6]。

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1.4本文主要研究内容与论文结构

1.4.1 研究的主要内容

本文针对国内目前的市场需求情况，通过51单片机实现了一套基于RFID的门禁系统。论文在探讨了基于射频识别技术的门禁系统的发展现状和技术基础上，设计了门禁系统的硬件设计和软件设计，给出了以51单片机和RFID读卡器为核心的门禁系统设计方案，包括设计主程序流程图和模块子程序，并进行实际电路调试。

1.4.2 本论文结构

第一章：绪论。简要论述了课题的背景及意义、探讨目前国内外研究现状以及发展趋势和论文结构等。

第二章：RFID门禁系统理论基础。主要概述了射频识别技术，说明了它的工作原理以及典型结构，介绍了门禁系统设计的基本原则，并且提出了论文拟解决的关键问题和解决方法。

第三章：门禁系统硬件电路设计。主要讲述门禁系统基本工作原理和设计框图及外围模块电路的设计以及展示了门禁系统的硬件实物。

第四章：门禁系统软件设计。主要讲述软件设计框图、主程序设计流程和各个子程序模块的设计，并且对程序的编译与调试做出了简要的说明。

第2章 RFID门禁系统理论基础

第2章RFID门禁系统理论基础

2.1 射频识别技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是从八十年代逐渐走向成熟的一种自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别是无线电识别的简称，它源于无线电通信技术，综合了现代计算机智能控制、智能识别等高新技术，顺应了电子商务、交通运输、物流管理的发展需要。是当前最受人们关注的技术之一。射频识别技术具有非接触、自动完成识别过程、不易损坏、可识别高速运动物体、数据存储量大等优点，极大地加速了有关信息的收集和处理，在近年来获得了极为迅速的发展[7]。

2.2 射频识别技术原理

通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成的，如图2-1所示：

图2-1 射频识别系统原理图

其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路芯片及其外接天线组成，其中RFID卡芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。

RFID 应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电

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流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理，所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线。一方面，无源的RFID 卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式[8]。

2.3 射频识别系统的结构

射频识别系统的典型结构如图2-2所示：主要是由两部份组成：读写器和射频卡。

射频卡读写器

图2-2 RFID 系统典型结构

读写器同RFID 卡之间通过无线方式通讯，因此它们都有无线收发模块及天线（或感应线圈）。RFID 卡中有存储器，内存容量为几个比特到几十千比特。可以存储永久性数据和非永久性数据。永久性数据可以是RFID 卡序列号，它是用来作为RFID 卡的唯一身份标识，不能更改；非永久性数据写在EEPROM 等可重写的存储器内，用以存储用户数据。RFID 卡可以根据