基于c语言编程的智能RFID门禁系统控制器设计
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。
一、选题简介、意义
从古至今，人们习惯用普通的门锁来保护他们的财产，以及防止非法人员进出房间等私密场所，这种简单的方法一直延续了很久。然而普通的门锁始终离不开钥匙，而且每把门锁需要一把与之相对应的钥匙，需要加锁的地方也越来越多，导致需要随声携带很多把钥匙。钥匙多了就不方便于携带，并且容易丢失和被盗，安全很差。在科技高速发展的现在，传统的门锁已经不能满足人们对安防的需求，为了从根本上改变这种局面，产生了智能门禁系统，它是在电子、机械、光学、生物识别技术、计算机技术和通信技术等新技术的基础上开发出来的，它也是新时代很优秀的产物。但现阶段智能门禁系统的价格偏高，距离走进千家百户的生活还有很长的距离。
二、课题综述
1、主要研究内容
针对上述问题，我们设计了一种由单片机控制的智能门禁系统，主要是利用RFID读卡器和单片机来完成，LED显示器和蜂鸣器实现警报的功能，温度传感器，火焰传感器和气体传感器预防突发的危险情况。
1）RFID读卡器读取门禁卡的信息，对照房屋主人预设好的门禁卡信息进行比对，正确则开门，不对则发出警报。
2）各个传感器会检测房屋内部的信息（如：温度，烟雾，气体，湿度等）当放生危险情况时（如：火灾，煤气泄露等）会自动开门，方便逃生和救援。
3）选用单片机的理由有两点：一是单片机的价格便宜，其外围电路简单，干净，定时时间可以随意设定，可以设定多个时间段。二来，单片机作为电子专业主修的课程之一，拿到实际中亲自动手设计使用，无疑是给了我们很好的锻炼机会。
2、要解决的问题
1）对现有家庭智能门禁系统的使用状况进行调研。
2）根据调研和企业的要求论证课题方案。
3）根据技术指标对方案进行可行性分析论证，构建系统框图，确定主要器件的使用。
4）设计硬软件电路系统，搭建并不断进行优化。
3、预期目标
1）对于传感器：检测家庭是否有火栽，煤气泄露等意外灾害的发生，数据交由单片机处理。当火焰、温度、气体湿度检测的数值突然升高并达到警戒值，单片机判断火灾发生，开门并警报。当气体传感器检测到烷烃气体达到境界时，判断天然气泄漏，开门警报。
2）对于RFID读卡器：识别到的RFID卡，将数据传给单片机处理。单片机将其房屋主人的RFID卡进行比对，对则开门并显示个人信息和房屋内的温度、湿度等信息。若不对，则不开门。在连续5次RFID卡信息不对的情况下，发出警报。若门被外力强行打开则发出警报。当刷卡时，蜂鸣器响一下，如卡权限获得允许，显示模块显示卡号，同时继电器动作将门锁打开，指示灯点亮，延时一段时间后继电器再次动作将门锁锁闭，指示灯
3）对于单片机：单片机进行数据审核，并控制显示、警报、开门电路。只有当满足判断条件时才会触发对应操作。
5）为了达到降低成本和易普及推广，我们的设备尽量可以在原有防盗门的基础上进行改装
4、工作步骤：
1)熟悉课题，查阅、收集和整理资料，了解实际使用的过程，发现使用过程中出现的问题。
2)针对目前出现的问题，分析可行性方案，论证课题方案，完成开题报告。
3)根据构思，完成系统功能模块的划分，设计控制单元和执行单元，确定核心元器件的选取，传感器数据界限。
4)分析设计原理图，实物搭建。
5)软件编写，性能测试。
6)系统调试,完成毕业设计及答辩。
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
