基于STC89C52单片机和RFID读卡器模块校园智能门禁系统的研究
摘要:门禁系统作为家园入口的第一道防线，需要满足基本的安全防护要求。随着经济科技水平的提高，门禁管理系统应用的领域越来越多,如可以用在金融、企业、校园以及其他的领域内。而校园门禁系统与普通的门禁不同，因为学生对于社会的认知还不是很清楚，安全意识也较为薄弱，缺乏一定的自保能力，校园门禁需要保障他们的人身安全。本次毕业设计的核心是以单片机为核心设计完成的一套校园门禁系统，该系统包括STC89C52单片机、RFID读卡器模块（含有RFID卡，RFID读卡器类型RC522）、蜂鸣器报警电路、电源电路、LCD12864显示电路，可以实现刷卡解锁，密码解锁，系统门禁等功能。
关键词：智能门禁系统、校园、RFID技术、STC89C52单片机
Reseach on Campus Intelligent Access Control System
Abstract：As the first line of defense at home entrance, access control system needs to satisfy simple security protection work. With the development of science and technology, access control management system is applied more and more widely, such as in office buildings, enterprises, campuses and other places. The campus entrance guard system is different from the ordinary entrance guard system, because students'awareness of society is not very clear, safety awareness is relatively weak, lack of self-protection ability, campus entrance guard needs to protect their personal safety. This graduation project is based on STC89C52 single-chip computer as the core control, and completed a access control system research. The design consists of STC89C52 single chip computer, RFID card reader module (including RFID card, RC522 type of RFID card reader), buzzer alarm circuit, power circuit, LCD12864 display circuit. The functions of card swipe unlocking, password unlocking and system access control are realized.
Keywords: Intelligent Access Control System、Campus、RFID Technology、STC89C52 Single Chip Microcomputer
目录
一、序言 4
1.1 课题的背景 4
1.2 国内外研究现状 4
1.3 研究的意义 5
1.4 应用前景 5
1.5 研究内容 6
二、门禁系统设计方案 6
2.1 设计思路 6
2.2 技术特点 7
2.3 关键部件的选型 7
2.3.1 主控芯片的选用 7
2.3.2 显示器件的选择 8
2.3.3 数据存储芯片的选择 9
2.3.4 输入设备的选择 9
2.3.5 报警模块的选择 10
2.3.6 读卡器的选择 11
三、系统的总体设计 11
3.1 总体方案 11
3.2系统硬件电路构成 12
3.2.1 主控模块设计 12
3.2.2 键盘设计 13
3.2.3 显示读卡模块 14
3.2.4 报警模块 15
3.2.5 存储模块 15
3.2.6 继电器驱动电路 15
3.3 系统电路原理图 16
四、软件设计 16
4.1 主函数设计 16
4.2 显示模块设计 17
4.3 匹配IC卡程序设计 19
4.4 矩阵键盘检测函数的设计 19
五、结束语 21
六、参考文献 21
小结与致谢 21
一、序言
1.1 课题的背景
时代在进步，社会在发展，我国经济发展过程从最初改革开放到现在的全力推行一带一路，建立开放型经济体，人们的生活质量水平越来越高，同时科技的发展也是日新月异。在追求高质量生活的过程中，也出现了很多问题，在舒适安逸的生活环境下，高科技犯罪越来越多，这对人们的生活产生很大影响，生命财产安全受到很大的威胁。虽然市场上有很多防盗设施售卖，但高科技犯罪的案例依然不在少数。人们已经意识到普通的门锁、防盗门窗等传统安全保障设施已经不能阻止高科技犯罪的“入侵”。为了更好地保障人们的生命财产安全，“智能门禁系统”诞生了。
时代的快速变化，门禁系统随着这些变化而成长，是信息领域中的新兴产业。智能门禁系统目前运用的范围是非常广泛，只要在其中上添加一些内容，就可以运用到不同的方面，银行的进出，电梯的使用进出控制等方面。
1.2 国内外研究现状
门禁体系是基于自动识别技术的提升而提升的，自动识别技术水平的不断提高，门禁系统的应用范围也不断扩大，在门禁行业，美国的霍尼韦尔安防Honeywell、泰科Tyco、HIDGlobal、德国的SIEMENS西门子、BOSCH博世安防，英国的集宝、韩国的韩华Techwin等是在国际上比较有名气，做的比较好的品牌。国内从事门禁系统行业的有深圳捷顺Jieshun、科松COSON、达实智能DAS、中控智慧ZKTeco、同方锐安等公司，他们处于行业领先的地位。在国内外门禁系统的研究制作中，大都使用到了RFID技术和生物特征识别技术；在生物识别体系中，被采用次数最多的是识别指纹。大规模计算机影像处理技术的成熟，生物识别技术的完善，集成电路的技术水平不断提高，指纹门禁系统的体型慢慢地变小，价格也一直变低。
来自国际生物认证团（IBG）的展望：美国生物门禁市场2002年将会冲破七亿美元，其中运用到指纹识别占据了一半的比率，虹膜识别占8%。到2005年，美国门禁系统的市场总金额将到达十九亿美元，指纹识别技术的市场占有率为40%，虹膜识别也将会占10%左右。在将来的几年中，门禁系统的市场应该还是十分的火爆，会呈现一个高速发展的趋势，回顾门禁系统出现和发展的历史，人们的居住环境不断的变换，对于门禁的要求也会发生改变，在未来的几年内，中国门禁市场将会发生质的变化。
现在虽然国内外的研究方向相同，但是制造的水平还是有一些差距的，海外的门禁系统安全性能高，但是价格昂贵；国内的类似的门禁系统价格稍低，但是安全性能，可靠性稍弱一点。采用RFID技术的门禁控制系统，价格有很大的不同，包括读写器，软硬件系统等大概需要花费万元以上。
当前门禁系统正在往联网式方向发展，与其他系统联合起来，运用到更多的方面。
1.3 研究的意义
门禁系统使用的时候结合其他技术就可以应用于其他的不同场所，银行，酒店，校园等。门禁系统现在在人们的日常生活中经常能使用到，比如上班打卡，公司根据员工打卡的时间来确定员工是否迟到，一些安保服务较好的大楼需要刷卡进门，这些已经随着科技的发展门禁系统已经慢慢的进入到我们的生活，我们已经习惯于它的存在，门禁系统的兴起，人民的生命财产安全得到了一定的保障。高楼越盖越多，楼盘社区越建越多，人们在工作住房的时候肯定优先考虑安全性更高的场所。所以对于根据市场的要求，门禁系统需要进行不断的更新完善。
本课题是针对校园门禁系统而讲述的。大学的门禁与其他场所门禁不同，大学校园是学生生活与学习的场所，校园宿舍是学生在学校除了学习度过的时间最长的场所，但是校园内人员的构成比较复杂，人员可以随意的进出，近年来宿舍盗窃案屡屡发生，这就引起了我们的重视。目前校园对于人员的进出还是靠人工管理，人工的管理难免会有疏忽，让不法分子乘虚而入，教师学生的生命财产受到威胁，门禁系统可以一定程度上保证他们的安全。
1.4 应用前景
为了提高人们在日常生活中的安全感，，门禁系统被越来越广泛的使用。人们对门禁系统的应用已不限制在简单的进出口的控制管理，而且还要求它不仅可用来管理办公大楼的进出、公司的考勤系统、图书馆的借阅管理系统、还可与其它系统联动实现等多种控制功能。
科技水平的发展变化，人们生活水平的不断提高，人们的思想也在不断的进化，所以对门禁系统提出了更进一步的要求，在保障用户安全的同时，也要方便用户正常通过门禁。对于解锁的方式也不再仅仅局限于刷卡解锁、指纹解锁、密码解锁。传统的刷卡解锁和指纹解锁不能够应对用户很多的意外状况，容易导致用户不能正常的快速通过门禁系统，保障用户生活安全的系统反而成为了生活的阻碍。渐渐地，人脸识别解锁、虹膜识别、掌纹识别、指静脉识别、声纹识别等识别技术开始普及。新兴识别方式流行的原因有两点：（1）人脸、虹膜、掌纹等识别部位都是人们自身带有，并且独一性高。通过门禁系统时，人们可以随时提供识别，可识别度高。（2）识别部位状态稳定，出现识别失败的概率低，让使用者更快速的通过门禁系统。
由此可见，门禁系统改善和开发的方向是优化识别方式，提高识别效率，根据不同的场景使用合适的识别方式。
1.5 研究内容
本次是基于校园的单片机门禁系统，它是保障学生安全的一道防护线，本设计以52单片机为核心，采用门禁卡感应，查看学生使用的是校园门禁卡，判断该学生是否安全，是否能进入学校，从而保障校园安全，维持校园学习生活的和谐。
本次的门禁系统还设计了一个报警模块，当学生使用未注册过的门禁卡时，门蜂鸣器报警，LED灯闪烁，无法开锁，这样就能提醒管理人员注意到情况，从而保障进出的安全。
二、门禁系统设计方案
2.1 设计思路
本校园门禁系统是针对教师学生的进出方便而作出的，也能够限制外来人员的进出，一定程度上保证了教师学生的人身财产安全。例如，我们出入宿舍的时候，经常会忘记带自己的门禁卡，那么就会需要在本子上签到，费时费力。
本次门禁系统为了解决现实中所遇到的问题，可以采用两种解锁方式：刷卡解锁和密码解锁。我们都会碰到忘带门禁卡的时候，为了不影响正常的进出，可以使用密码，进行解锁打开门禁。系统可进入管理系统，可完成注册卡，注销卡、修改密码等管理操作，那么可以将需要使用该教室的学生IC卡进行注册，使他们有权限刷卡进入教室，避免了等待开锁的时间。
2.2 技术特点
本设计是采用STC89C52单片机系统，该单片机高速、低功耗、受外界影响小，而且操作简单；利用RFID技术，它识别的能力比传统的芯片更加精准，识别更加灵活，不受距离的影响，RFID门禁卡的信息可以多次的增加删除内部的数据，方便信息的迭代更新。
2.3 关键部件的选型
本设计由主控芯片，显示器件，数字存储芯片，输入器件等器件组成，各部分选型方案如下：
2.3.1 主控芯片的选用
主控芯片是本次门禁系统核心部件， 是各种芯片之间的建立连接纽带，也是控制设备运行的大脑。芯片的种类很多，我们有很多种选择，常用的STC单片机，MSP430单片机，PIC单片机等，常见典型单片机特点如下：
方案一：选择STC89C52作为主控芯片，STC89C52是STC公司出产的内部含有8K字节的Flash,512字节的RAM, 32 位的I/O口的一款低功耗、高性能8位CMOS微控制器，在日常的教学实验中使用较多，操作方法简单易懂，传输下载用户的数据，可以使用串口直接下载用户数据。
方案二：采用MSP430单片机作为主控芯片。美国德州仪器（TI）的MSP430 是拥有精简指令集的16位单片机，低功耗，它的特点是处理能力强，计算速度快，可以在一个芯片上，集成多个不一样功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器，总而言之，MSP430的显著优势是功能强大，运行效率高，速度快。针对许多具体应用场景，MSP430单品机许多功能未必有用，在电池供电的便携式仪器仪表中较多采用此单片机。由于研究难度相对比较大、价格也不便宜。所以在一些比较简单的设计中不适合被采用。
方案三：采用PIC单片机作为主控芯片。PIC是Microchip企业发布的一款精简指令型的单片机，指令数量少，采用汇编语言完成单片机程序的编写，有一个很大的缺陷就是PIC需要翻页，所以编写程序时比较困难。
STC89C52单片机操作方式简单，拥有在线编程的功能，所需要的成本和其他两个相比也要少，本设计也比较简单，MSP430开发成本较高，难度也较大，操作上手也有一些困难，PIC输入输出接口简单，功能较少，编写程序较为麻烦，因此就采用了STC89C52作为核心控制芯片。
参考文献
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