基于STC89S51单片机智能RFID门禁系统控制器的设计
摘要：因为科技不断发展，人们的安全意识越来越高，所以智能RFID门禁系统也成为了安全主流。本次课题是刷卡式——简易门禁控制器的设计，该门禁系统控制器的电路以STC89S51单片机为核心设计，通过控制继电器、RC522电路、SD存储电路等刷卡开锁。
关键词：门禁控制器；刷卡；STC89S51
Intelligent RFID access control system controller
Abstract: Because of the continuous development of science and technology, people's safety awareness is becoming higher and higher, so the intelligent RFID access control system has also become a safe mainstream. This topic is to brush card, simple and easy entrance guard controller design, the entrance guard system with STC89S51 single-chip microcomputer as the core controller circuit design, through the control relay, RC522 circuit, SD memory card lock, etc.
Key words: access control controller；Pay by card； SCT89S51.
目录
第一章 引言 1
1.1门禁系统课题的背景及意义 1
1.2国内外研究背景分析 2
1.3门禁系统的技术特点 3
1.4门禁系统课题研究的内容 6
第二章 门禁系统的设计方案 7
2.1方案的设计思路 7
2.2门禁系统的功能 7
2.3 RFID技术与系统组成 8
2.4 RFID读卡器的选择 10
第三章 门禁系统控制器的硬件设计 12
3.1 系统电路总图 12
3.2 单片机最小系统的设计 13
3.3 射频读写器的设计 16
3.4声光报警电路的设计 17
3.5 OLED显示电路的设计 17
3.6 SD存储电路的设计 20
第四章 门禁系统的软件设计 21
4.1门禁卡的识别 21
4.2子程序分析 22
第五章 软硬件调试 25
5.1硬件调试步骤 25
5.2系统调试步骤 25
第六章 结论及展望 26
致谢 28
参考文献 29
附录 30
第一章 引言
1.1门禁系统课题的背景及意义
自古以来，人们保护个人私有物品和财产的一个很重要方式就是进行上锁，例如保护自己的家宅房屋时，需要设置门锁，这种方式在保护私人财产方面既简单又有效，人们已经应用了至少上千年的时间，但是在过去的门锁中，门锁与钥匙一一对应，每个锁需要一个对应于它的钥匙。如果一个人要去的地方众多，这些地方都有门锁保护，这也就意味着需要带着众多钥匙，大多数的钥匙均为金属制品，众多钥匙合在一起的重量将会比较大，非常难以携带，并且一大串钥匙戴起来非常醒目，容易成为小偷等偷盗的目标，显然并不安全。信息技术、自动化技术、智能化设备等的快速发展也革新了新的门锁保护方式，即采用智能门控系统同样可以起到保护私人物品和场所的作用。智能门控系统融合了现阶段发展的等多种高科技技术，是新时代的优秀产品。
大家所知晓的，公司大门、高校宿舍大门、以及其他重要场所都安装了门禁系统，实际也是出入口控制系统。现阶段，随着门禁技术的不断成熟，门禁系统已经成为现代的功能管理系统。进出口不再是简单的钥匙和锁。对内部管理是非常有益的。你可以随时记录、访问时间和访问限制，也可以对违法的人员实施拒绝权利。它还可以防止非法损害财富。门禁系统是公共安全系统的重要组成部分。随着当今社会的快速发展，它已广泛应用于写字楼、宾馆、智能大厦、智能房等房间。在现在社会，房地产开发正热火朝天地进行着。门禁系统已成为社会必不可少的住宅设施。保护人身安全和财产安全。
现阶段，国内对门禁系统的研发虽然取得了一定的进展，但是在程序设计方面以及系统开发研究方面，还有很多不足的地方：（1）系统缺乏自主研发创新，大多属于模仿产品；（2）国内的产品系统缺乏集成，各部分功能比较分散，而国外在集成方面的研究已经趋于成熟；（3）产品样式太少，生产成本高。
关于门禁系统的关键技术研发尚有不足，国内的系统大多都利用国外的系统，在市场上，公司的做法分为两类，一种是进行部分购买产品，再经过二次设计和研发，这样得到的系统质量较好，但是成本也高，相应的售价也是不菲的。
二是除了购买核心芯片之外，还开发来自世界其他地区的高质量产品。
1.2国内外研究背景分析
新时代的门禁系统是智能化的系统，也是自动化技术的应用产品之一。就全球范围内的生产门禁系统比较有影响力的公司大多分布在美国、以色列、英国等，以美国为例，休斯、西屋、洛泰克三家公司的影响力最大。国内对门禁系统研究较多的公司有北京青云公司以及捷顺公司等。如今，全球范围内门禁系统的研究重点在于感应识别类的门禁系统和能够进行生物识别的门禁系统。生物识别方式有多种，以指纹识别应用最为广泛。信息技术的发展带动了门禁系统各项功能的集成以及提高了门禁系统的数据处理能力，使得门禁系统的识别能力越来越高，而相应的体积却越来越小，更加便于安装和携带，生产所需要的成本也越来越低。
国内涉入门禁系统的研究时间较短，尤其是在访问控制系统研究方面，而访问系统控制系统对于整个门禁系统而言都是十分重要的，直接关系着门禁卡的质量高低。目前，国内的门禁系统主要构成部分，有需要预先设定程序的口令式接入系统部分、起着门禁作用的射频卡门禁止系统部分、具有识别能力的指纹门禁系统，在这三个部分中，最为关键的是起着门禁作用的射频卡门禁止系统部分。
国产感应门禁系统和指纹门禁系统的价格比国外同种产品低约10%～50%，但是产品的可靠性和安全性比较差。中国仍然处于相对落后的状态，在要求高安全性和IC卡制作与读写设备的保密性。目前国内绝大多数门禁系统只能对门进行简单的开关控制，没有任何一种全方位实时显示控制系统，例如对于安全方面和门控方面等不能同时实现实时显示。因此，这类的门禁系统仅仅只能达到控制门的开关以及安全等最基本的要求，一旦需要控制要求更高的门禁系统时，就需要更换高级门禁系统进行控制。国内在这方面也进行了初步的研究，并取得了一定的成果，在访问控制系统研发上有了不少的突破性成果。
在国外很早就开始了对访问控制系统在的应用研究，和访问控制系统的普及是高于中国。国外卡的应用相对较早。自门禁卡的应用以来，门禁系统的应用在市场是也活跃了起来，得到了多家生产公司的关注。国外对门禁系统的研究开发已经十分成熟，市场已经开始细化，门禁系统的不同构件由不同公司进行生产。
门禁市场的快速发展也催生了很多专业生产制造门禁系统的大公司，目前已经开始出现了垄断现象。而随着市场经济的发展，门禁系统的需求也越来越大，有更多的大型公司开始投入生产，目前门禁系统的连接方式是TCP/IP网络连接方式。在门禁系统的生产制造和研发方面，国外较国内的产品技术以及产品市场都更加成熟，并且厂家生产的产品比国内产品具有更大的稳定性和兼容性。这些产品虽然功能多，性能好，但价格昂贵，操作也比较复杂。
1.3门禁系统的技术特点
1、门禁系统工作原理
在电控装置的入口处安装有电控锁装置和电感器（如应用十分广泛的读卡器和指纹读取器等）进行控制门的开关的自动化的电控门。允许进入的人员就会携带进去的钥匙，钥匙可以有多种类型，如密码、指纹等，钥匙识别成功后，然后打开电控门。所有的访问信息都记录在后台计算机上，授权人员的访问和授权并不是固定不变的，可以根据需要通过计算机进行修改，重新设置。
为便于在公司等的应用，有些门禁系统还集成了考勤功能，甚至可以进行网络考勤。
门禁系统通过识别持卡人信息来判断是否为授权人。因此能被门禁认可为授权人的前提是门禁系统内必须有持卡人的信息，只有当持卡人信息预先输入进控制管理系统中，才可以成为授权人，进而完成识别打开门。
当发生特殊情况，需要门禁系统的大门自由出入时，只需要切断门禁系统，系统会将电锁一直处在打开状态，此时人们出入大门不再受限。
现阶段，访问控制系统根据应用划分，主要有两种控制类型，工业控制类型和楼宇控制类型，访问控制系统的操作分为三个步骤，即传感、管理、执行，整个系统的结构十分严谨，使用起来也很便捷，非常容易操作。
1)传感器详细介绍：门禁系统中的传感器包括众多，例如读卡器、门按钮、密码键盘等等都属于传感器，传感器在门禁系统的作用主要是接受命令任务，向上传递信息，以及做一些检查。
2)布线管理详细介绍：在门禁系统中起着关键管理作用的设备是控制器以及具有管理功能的软件，控制器收到传感器信息，据此信息做出判断，符合要求则开门。
3) 执行：当电子锁接收打开或关闭门（电源或关机）的命令时，它执行命令以将工作状态调整到顺序。电子锁中的锁状态传感器起到反馈的作用和监督的功能。某些控制器还可以通过一定的方式来控制摄像机和灯。
2、传输线路详细情况介绍
综上分析，门禁系统的传输线路大致可以分为三大类。
1）电源线详细情况介绍：门禁系统所使用的电源是特别设置的，通常使用的是机房中的UPS电源，这是考虑到要避免故障引发误操作。电力线的电压为居民常用电压，即220V，这样做的目的在于降低压降。为保证控制器能够安全稳定的工作，还需要进行稳压和降压处理，最终稳压为12V，并且能够确保控制器和电子锁能够正常使用。门禁系统中采用的电锁正常工作电压通常就是12V，但是电子锁的开关操作容易引起电压的不稳定，进而影响到控制器的效果，因此控制器和电子锁的生产技术要求更高。门禁系统中共使用了两种电源模块，220V的交流电源，12V的直流电源，前者为控制器供电，后者为锁和控制器供电。如何选择合适的电力线路则是一个电工最基本的业务能力。
2）控制器信号线详细情况介绍：跟控制器有信号传输和控制关系的主要有三个部件，即读卡器、锁状态传感器、外键。因此控制器的信号线也有三种，并且这种信号线还可以利用双股绞合线代替使用。不同的信号线之间需要进行屏蔽电磁干扰，通常的做法是将三个信号线都进行屏蔽或者使用无屏蔽线也能起到作用。
3）远程传输线路详细情况介绍:在门禁系统中，最常用的信号传输洗衣主要是RS485，但是在实际使用中发挥的功能则比较类似RS232，门禁系统中采用的信号传输协议为TCP - IP协议，传输的网络使用的是以太网，在传输过程中，也可以进行请求快速传输速率。在门禁系统中主要应用上述两种传输协议，但是由于这两种传输协议应用比较广泛，还有别的用途。关于其他用途，在设计研发中需要进行屏蔽，屏蔽时采用双绞线，保证不会产生电磁干扰。为了使控制器达到良好的控制效果，在控制器进行控制硬盘录像机和信用卡同步开门时，也需要采用屏蔽线。但是灯电源的传送方式是硬接触的情况时，需要使用电源线。综上所述，应该根据输电功率以及所应用的设备种类来选择合适的电源线，电源线的横截面大小选择可依据电流的大小进行选择，而电流数据可通过计算或者查询相关手册获得。至于电缆是否屏蔽的问题，主要通过相关的安装手册查询得到。
3、综合布线应用产品详细情况介绍
如今，门禁系统由于既便捷又安全，被越来越多的公司所使用，特别是规模较大的公司或者单位。但是当这些规模较大的公司或者单位使用门禁系统时，也面临一个问题，就是门禁系统控制的门的种类和数量都比较多，那么就需要更强的信号传输能力和更快的数据处理速度，才能满足用户的要求。一般情况下，负责安装门禁设施的施工方同时也是布线方，为了减少不必要的电磁干扰，现在越来越多的电缆线都会使用双绞线。在商业大楼中安装门禁设施时，要注意双绞线的长度不能短于20米，因为此长度以下的双绞线是无法达到门禁系统的工作要求的。但是在另外一种场合，这种短于20米的双绞线还是能发挥作用的，如控制器采用分布式安装的方式进行安装的情况，传感器的信号传输电缆就可以利用这些短线。如果是远程信号传输问题，则必须使用双绞线，并且大多采用特殊的布线结构。门禁系统中常用的两种信号传输电缆建议使用双绞线，并且为保证摄像机正常工作，要求摄像机采用屏蔽双绞线。
4、综合布线特点详细分析说明
最大的特点就是综合性强，兼容性高。与以往的布线方式不同的是，现在的综合布线采用的电缆、电线等都是统一型号的，技术性能比较统一，因此兼容性非常强。
1）进行综合布线，布线系统具有很强的适应性和足够的灵活性。以往的布线方式决定了施工方在进行每次布线时都会采用不同的方式，采用不同的电缆，可以达到的技术要求也不同，因此当改变应用设备时，原有的布线系统很可能不适用于新的设备，这是需要重新布线，势必会增加投资资金和项目的施工时间，并且在重新布线的过程中也容易出现各类问题，而综合布线则不需要担心这些。
2）进行综合布线，布线系统的管理维护十分方便，并且可以很方便的进行扩展发展。综合布线采用的结构大多都是统一的，因此在进行重建或者扩展时十分方便。而布线系统的组件管理模式采用了模块管理方式，每个模块都是相对独立的，查找故障比较容易，维护起来十分方便
3）进行综合布线，需要的投资经济比较合理：进行综合布线时，往往对设备和材料要求较高，因此在设备和材料购买费用的投资方面是不菲的，但是一旦成功布线安装，系统的稳定性、安全性、可靠性都十分强，并且为维护简单方便，节省了维修费用，因此，从长远来看，所花费的经济成本还是合理范围之内的。
综合布线系统可以在门禁系统中使用，已得到供应商和安装人员的确认，但应在工程造价、施工和性能等方面进行综合评价，以达到最好的效果。
1.4门禁系统课题研究的内容
1）针对当前市场上现有门禁系统控制器的研究现状与发展趋势进行调研，完成开题报告；
2）对本方案的可行性进行分析介绍，另外详细介绍本课题的设计方案； 3）门禁系统中采用的硬件电路详细情况介绍，并对各个组成部分进行了详细分析，如单片机、读卡模块、功能模块（如按键、显示、报警、时钟等）；
4）实现功能，主要要求：非接触式读卡，如果是合法用户，显示持卡人的基本信息（如：姓名、性别等），自动打开安全门，否则，声光报警提示，安全门不打开。
参考文献
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