基于Arduino智能RFID门禁系统控制器的设计
摘要：本设计总结现有市场上门禁控制器的特点，结合我国的实际市场情况，从消费者真真切切的需求出发，设计并实现了一种功能多样的智能RFID门禁系统控制器。整个系统选用Arduino Mega 2560作为核心微处理器，外部设备包括RFID读写器、SD卡存储模块、OLED显示模块、驱动模块、蜂鸣器、火焰和气体传感器和电源模块，软件基于Arduino IDE开发环境，采用C语言编写。本设计最终实现了刷卡开门，火情和燃气泄露警报，存储刷卡开门信息等功能，很好地满足了当前市场的需求。
关键词：Arduino；智能门禁；RFID；火灾警报；燃气泄露警报
Smart RFID Access Control System Controller
Abstract: This design summarizes the characteristics of the existing access control controller in the market. According to the actual market situation of our country, this paper designs and implements a variety of intelligent RFID door control system controller, starting from the real and true needs of the consumers. The whole system uses Arduino Mega 2560 as the core microprocessor, and the external equipment includes RFID reader, SD card storage module, OLED display module, drive module, buzzer, flame and gas sensor and power module. The software is based on the Arduino IDE development environment and is written in C language. This design has finally realized the functions of swiping card, opening fire, fire and gas leakage alarm, storing credit card opening door information and so on, so as to meet the needs of the current market.
Keywords: Arduino; smart access control; RFID; fire alarm; gas leak alarm
目录
第一章 绪论 1
1.1课题的意义和研究背景 1
1.2国内外的发展现状 2
1.3设计的目的和意义 2
1.4目标和功能 2
第二章 门禁系统控制器的设计方案 3
2.1门禁系统的整体设计 3
2.2开发平台的选择 3
2.3软件语言的选择 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1整体电路 6
3.2单片机最小系统的设计 6
3.3 RFID读卡器电路的设计 8
3.4环境检测电路的设计 10
3.5 OLED显示电路的设计 12
3.6存储电路的设计 13
3.7电源的设计 15
3.8驱动电路的设计 15
第四章 软件设计 17
4.1软件功能需求 17
4.2主程序的设计 17
4.3识别检测IC射频卡子程序的设计 19
4.4显示和警报子程序的 19
4.5检测周边环境子程序的设计 20
4.6存储信息子程序的设计 20
第五章 系统调试 21
5.1硬件调试 21
5.2软件调试 21
5.3系统调试 22
第六章 总结和展望 23
6.1总结 23
6.2展望 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1课题的意义和研究背景
随着改革开放的逐步展开和深入进行，在新时代中国特色社会主义思想的正确指导和引领下，在党和全国人民的努力下，中国这个古代的超级大国，近代倍受屈辱的国家各个方面飞速发展（政治，科学，经济，文化），取得的成果震惊了整个世界。人民生活水平日益提高。在达到了全面小康之后，满足人们的幸福感，实现全民富裕成了下一个目标。近年来物联网的高速发展，智能家居普及程度越来越高，广大消费者逐渐发现普通门禁系统已经不能满足现在的需求，新型的智能RFID门禁系统有着光明的市场前景。
管理出入的系统就是我们日常所说的门禁系统，和传统的门相比，门禁系统更加智能化、安全可靠性高。现在的社会人口流动性加剧，小区的人流越来越复杂，租房对于在大城市工作的年轻人来说是常态，传统机械锁的弊端开始显现出来（安全程度不够，换租客通常要换锁芯，不够智能化和人性化）。伴随着时代的告诉进步和科学技术日新月异的发展，传统的机械门已无法满足消费者的需求，所以传统的机械锁开始向带有RFID的门禁系统改变。可能普通人没有发觉我们生活中的很多地方都受到门禁系统的影响，小区、公司的门卡，学校公园等公共场所的出入和停车场中，我们的生活早已经离不开门禁系统。就以我们身边的事为例，使用了门禁系统的小区（小区的门禁系统是当前较为普及的出入安全监管系统）可以对出入人员进行有效的管理，可以有效阻止犯罪分子进入，减少违法事件的发生给住户带来更安全舒适的居住环境。
不仅如此，伴随着近年来手机NFC功能（近距离无线通信技术，NFC设备只要在一定距离内就可以进行数据交换，手机模拟公交卡，Apple Pay等就是使用了NFC技术，相对于传统的RFID技术更加智能、方便）的兴起，生物识别技术（通过计算机与光学，声学，生物传感器等高科技手段紧密结合的生物统计学原理，利用人类固有的生理特征和行为来识别一个人就是生物识别技术）的成熟和飞速发展的人工智能技术（通过深度学习和大数据，使用电脑模拟人类大脑的思考），门禁系统会朝着智能化，人性化发展。
RFID技术介绍：射频识别（英语：Radio?Frequency?Identification，缩写：RFID）这是一种短距离无线通信技术，通过识别特定目标，使用无线电信号读取和写入相关数据，而无需RFID系统和被识别物物理接触。部分组成通常有阅读器、射频卡和标签。无线电信号通过电磁场传输。一些标签在被识别时从识别器发出的电磁场中接收能量，并且不需要电池。
门禁系统介绍：门禁系统是智能体系结构中的一种。现代安全管理系统最近几年来发展很快，门禁系统就是其中较为受欢迎的一种，它有效的将现代安全措施和计算机自动识别技术等等新技术作为一个整体联合起来。门禁系统可不仅仅是门禁和密钥的管理，它逐渐演变成一个完整的系统。
1.2国内外的发展现状
我国的在智能门禁领域起步较晚，落后于欧、美、日、韩等发达国家。门禁系统在我国的应用特别是在家庭方面，相对于发达国家远远落后。在我国民用消费市场上受到消费者青睐的家庭智能门禁系统主要是三星和罗斯曼两个品牌的产品。国产品牌的门禁系统相比于其他发达国家起步晚，市场占有率很低。不仅如此我国消费者对与智能门禁系统的可靠性抱有疑问。还有一项重要因素，外国品牌的智能门锁都是根据国外的门的标准设计的，运用到我国标准的门时需要对门进行钻孔和改装。现阶段智能门禁系统的价格普遍偏高，距离走进普通老百姓的日常生活还有很长的一段距离。
1.3设计的目的和意义
本设计主要针对现在尚未完全成熟的家庭智能门禁市场。我从普通消费者的角度出发，以用户切身的使用便利性为第一标准，竭力追求用户体验，解决市场上现有门禁系统的痛点，根据我国的实际情况和消费者的习惯做一款方便，易用，安全性高，人性化的智能RFID门禁系统。
1.4目标和功能
?出入时，刷卡开门，随后关门的基本需求；
?显示出入者的信息，提醒出入者；
?为了方便用户查看管理记录，我们会记录每一次的刷卡出入信息；
?具有火灾警报功能，发生火灾时自动开门并发出警报，保障用户的生命安全；
?具有燃气泄漏警报功能，检测到燃气泄漏时，发出警报告知用户；
参考文献
【1】Massimo Banzi，Michael Shiloh，爱上Arduino（第3版）【 M】，北京：人民邮电出版社，2011.8
【2】Michael Margolis，Arduino权威指南（第2版）【M】，北京：人民邮电出版社，2015.3
【3】陈吕洲，Arduino程序设计基础（第2版）【M】，北京：北京航空航天出版社，2015.3
【4】李永华，王思野，高英，Arduino实战指南【M】，北京：清华大学出版社，2012.3
【5】明日科技，C语言项目开发实战入门（全彩版）【M】，长春：吉林大学出版社，2017.4
【6】姜香菊，传感器原理及应用【M】，北京：机械工业出版社，2010.5
