基于单片机的图书馆刷卡系统设计.docx

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1、基于单片机的图书馆刷卡系统设计摘要随着生活质量以及科学技术的提高，人们对于安保问题的重视程度也越来越高，传统的机械锁会伴随着老化，生锈等外界因素对人民的财产安全有着一定的隐患，同时对于管理方面使用射频红外门禁刷卡系统可以减少钥匙丢失，钥匙被他人复制盗用等风险，同时也便于物业的管理,可以说这是一种使用难度低,适用人群大的设计，因此门禁刷卡系统便成为了许多人中意的选择。本设计借助STC89C52单片机作为处理信息的中枢实现密码开锁的操作和RC522射频模块用于IC卡的采集，IC卡是用的一系列依循ISO/IEC14443-A规格，频率为13.56MHZ的多种非接触式智能卡(Mifare卡),矩阵按键

2、用于实现密码锁功能时的输入，红外接收头VS1838用于实现红外遥控开锁的功能，同时HK4100F继电器、12864液晶显示模块、AT24C02存储芯片模块、红外遥控模块之间的相互配合则用于键盘密码开锁、射频开锁和红外遥控开锁三种模式。输入正确密码后，系统将调用管理员界面或直接打开电子锁。调出管理员界面后，可以进行IC卡的添加、删除、密码管理、修改等操作。一旦输入了正确的密码或者读取了有效的IC卡，继电器就会开启，1CD显示屏会指示门已打开,反之，蜂鸣器将发送警报。本设计采用无线射频识别(RF1D)技术设计的一种成本低、大众化、安全可靠的中小型门禁红外刷卡系统。如今中国的集成电路发展迅速，复杂的

3、器件也可以通过集成变得小巧便捷，性能也大幅度提高，便于日常生活的投入。门禁设计以方便人民群众生活为目的，运用如今的成熟的集成芯片赋予门禁智慧，能产生积极的影响。关键词：单片机，门禁系统，射频识别，键盘开锁目录摘要1第1章绪论31.1 研究背景和意义31.2 国内外研究现状31.3 研究内容5第2章方案论证及元器件选择52.1 方案设计与论证52.2 元器件的选择及功能6第3章硬件系统的设计83.1 系统设计框图83.2 密码输入模块93.3 RFID射频模块93.4 AT24C02和单片机的连接电路103.5 电磁锁控制113.6 红外遥控模块12第4章系统软件设计144.1 主程序流程图14

4、4.2 键盘管理程序设计流程174.3 1CD显示模块程序设计流程174.4 红外遥控设计流程18第5章系统调试与结果分析205.1 主要系统处理模块的调试205.2 显示与报警模块调试205.3 软硬件的联合调试21结论21参考文献23谢辞错误味定义书签。第1章绪论1.1 研究背景和意义随着科技的迅速发展，产品也渐渐智能了起来，各种芯片层出不穷，单片机以其体积小，价格低的优势备受青睐，以单片机为核心芯片的产品也是层出不穷，但仅仅靠一个单片机是远远不够的，必须要有其他的外围电路来共同组成一个完整的系统。外围电路往往用于检测与收集外界的信息，并把所收集到的信息传输给单片机，单片机对信息进行判断处

5、理，发送相关的指令从而实现整个系统的功能。RFID,即无线射频识别技术，具有非接触式的特点，射频标签对环境的要求极低，抗干扰能力强，具有更高的安全性。将RF1D技术应用于身边的管理系统之中，不仅提升了效率，增强了管理的便捷性，从经济方面来考虑也是降低了成本。RF1D系统包括RFID设备和相关的配套软件，主要由3部分组成分别是：RFID读写器(Reader),RFID标签(Tag)和RFID天线1。射频识别系统，是由阅读器、电子标签和应用软件系统三部分组成，其工作原理是读写器发射特定频率的无线电波能量，用于发送数据驱动电路中，读写器将获得解释数据序列，对应用程序做相应的处理2。门禁作为生活中处处

6、可见的事物在快速发展的今天仍然起到了非常重要的作用。即使在今天，有线仍然是许多老旧门禁系统的选择。有线系统虽然传输数据的容量大但缺乏灵活度,对于一些特殊的地势，设计的合理性便成了难题。使用无线传输便不存在这些顾虑。可以说无线化是未来门禁系统发展的重要趋势3o基于RF1D技术和以单片机为核心所制造出的门禁管理系统，能够对像停车场，图书馆等地的管理提供方便，应用的市场潜力巨大，具有很高的商业价值。门禁系统的开发设计不仅关系到物质财产上的问题，在学校，图书馆，餐厅等人多的场所人身安全更是重中之重。如果没有门禁管理,外人便可随意进入，个人的安全问题便得不到保障。门禁系统作为一种在生活中常见的安防系统，

7、不仅能防止罪犯从通道非法进入，在犯罪案件发生后也能对罪犯的逃跑达到阻止和限制的作用。本文的门禁设计相对于传统机械式锁具来说有更多优点，传统的锁具钥匙可以复制，缺少独特性，丢失等问题也令人头疼，非接触式的IC卡作为感应卡，通过对在系统端的注册授权许可，能够主动识别正确和错误的信息，通过信息的验证来确定用户的身份是否合法，从而决定是否开锁.射频卡门禁系统对于安保系统来说也是一次大的改良。同时价格也较为低廉，对比其他的门禁方式使用寿命更长，即使在夜晚也能准确的使用射频卡打开门禁，对于人口基数大的中国来说是一种值得大规模使用的产品。1.2 国内外研究现状欧美的一些发达国家最早研究门禁管理系统，至今发展

8、了50多年，因此对于国外来说属于他们的自主品牌已经在国际上占有一定的地位，例如美国ADEMCo的安定宝、英国的集宝、HONEYWE11霍尼韦尔以及以色列的DDS等知名品牌4。国外长期投资门禁行业，在市场上享有盛誉。这些品牌进入中国市场之前，产品质量便已经在国外市场经受住了严峻的考验5。美国在建立RF1D标准方面处于世界领先地位，其次是欧洲。从全球市场的占有率来看,欧美国家的统治力依旧十分强悍，占领了绝大部分的市场份额，说其是RF1D领域的龙头老大毫不为过。A1ienSymbO1在全球范围内都是RFID标签、天线等设备的著名制造商，在全球市场也有着举足轻重的显著地位。因难以突破技术壁垒，掌握集成

9、技术的少数厂家如微软、IBM等有着接近垄断产业的趋势。芯片设计也有NXP、T1等公司提供支持，可以说欧美产业链已经相当的完整。日本对于RF1D的研究可谓是十分重视，出台了各项鼓励政策来吸引人才的加入，只为了RF1D技术能够有所突破。目前，美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非等国家均有较为成熟且先进的RF1D产品6。当然进口的设备安全性高必然的价格也高，因此不能一味的依赖进口，因为技术瓶颈而被“卡脖子”是万万不行的。随着门禁市场的发展，国外众多有实力的知名品牌进入中国市场，想要在中国分一杯羹，不过此时国内的门禁厂商也在抢占市场份额，国内外产品的激烈竞争主要集中在北京，上海，广州，深圳等一线城

10、市7。中国的门禁系统还处在成长期。我国虽然也有许多投身于门禁系统制造事业的热血企业像吉利、北京青云等公司。但对于生产非接触式IC卡中国确实还是经验不足，被其他国垄断。不过中国也开始了奋起直追，从1994年的“金卡工程”再到对非接触式IC卡的投入，都能看出中国想要变成科技大国的决心。的确中国在运用RF1D技术做刷卡门禁这件事上和西方发达国家相比是还是有不小的差距。中国如今的刷卡门禁技术相当之前二十世纪中期的西方国家的技术水平。中国如今最缺乏的便是属于自己的核心技术，在超高频方面中国所掌握的技术实在是匮乏。显然对于超高频RF1D的相关技术中国还在追赶那些欧美的发达国家。虽然起步较晚，但是中国敢于运

11、用到生活之中，中国白1994年实施“金卡”工程以来，大到金融、商业，小到银行，医疗，交通，社会保险，税务甚至是服装上的品牌防伪。电子溯源通常应用在产品包装上，利用RF1D技术而做成的标签，能够详细的了解每一批次产品的运输库存情况，产品每一个流程步骤在芯片上都有详细的记录。电子溯源系统用于给买家提供从生产到制作等环节的详细情况，实现眼见为实的安全保障,具有双向可追溯性的能力。可溯性在食品方面也大有用处,借助RF1D技术以提高食品的可追溯已得到了许多地区的重视，纷纷采取先试点后推广的方案，现如今广州、上海等地已经投入使用，溯源也是为了安全，通过了解食品的来历以便当发现存在问题的商品时，方便于找到问

12、题的根源以及召回缺陷的产品。产品防伪也是射频识别技术经历几十年发展后，成熟技术应用的产物，普通货物加上一个RF1D防伪电子标签，标签本身相当于一个产品身份证，记录着商品的种种独特信息防止假冒伪劣商品的出现。小区的门禁刷卡系统、公交地铁卡可以说是包含着生活中的方方面面，在不断的自身体验中完善和改良产品，更新技术凶。在RF1D接口标准方面，韩国和日本都有将其自己国家的标准推向国际的想法但均没有成功，对于在起步阶段的中国来说在成为国际承认的标准还为时尚早，由于国内未能对电子标签产品制定国家标准导致各生产厂家自主开发的电子标签产品可谓是各式各样。由于标准不同有些数据便无法正常传输达不到兼容的效果，所以

13、制定PFID国家标准便成了迫在眉睫的任务。1.3 研究内容本文主要研究是基于单片机的RFID红外门禁刷卡系统，系统能够读取IC卡号，增加或者删除IC卡，用键盘控制门禁开锁，用刷卡的方式，远程红外遥控的方式实现门禁开锁,蜂鸣器实现密码输入错误的提示。该系统由单片机、RFID射频模块、1CD显示模块、VS1838红外模块、电源模块、报警模块、电子门锁模块和存储模块八部分组成9o系统开机后，当读卡器感知到IC卡,IC卡的ID便被读取，STC89C52单片机将收到由串口输送过来的信息。STC89C52单片机将传输过来的ID与原先设置好的正确ID进行比较。如果比对成功，则锁被解锁，指示灯亮起，表明门已被

14、打开。同样使用键盘或者遥控器输入密码,也是通过串行接口来传输密码以供单片机进行处理。同时此次设计也将考虑给人们生活的适配度，门禁系统处于长时间工作下的稳定性，使用符合我国或国际标准的零件为了提高门禁系统的安全性，设计的系统不能产生有冗余重复的部分，不仅增加了成本也不利于日后管理者的管理以及技术后勤保障人员的维修。本文的组织结构可分为六个部分，内容如下：第一部分为绪论。主要介绍了本系统的研究背景，研究目的及意义，分析国内外相关应用研究的历史发展与现状。最后阐述本设计所能实现的功能以及对群众生活的积极影响。第二部分为方案设计及元器件选择。对所研究的门禁刷卡系统进行方案论证即提出设计要求和任务要求，

15、然后解释了元器件的选择包括功能和用途，各种芯片的工作原理。第三部分为硬件设计。对硬件系统的框架设计和基本原理进行解释，同时阐述了门禁刷卡的读卡、密码、存储、开锁、遥控等电路的结构。第四部分为软件设计。重点阐述了门禁开锁的多种方式流程，说明了各流程在本设计中的作用。第五部分为初次设计后的系统调试。对整个系统进行了功能测试，对系统进行调试包括对软硬件联合的测试，对主要系统处理模块的调试，对显示与报警模块的调试等等以此来检测整个系统的稳定性和安全性。最后一部分则为结论。阐述了此次设计的特点与不足，同时讲述了在这次设计中的感悟与启发。第2章方案论证及元器件选择2.1 方案设计与论证2.1.1 方案设计

16、的要求1、以STC89C52单片机为核心中枢处理信息，发布指令，其余的模块均在指令下相互配合，例如通过遥控与按键模块输入的密码要在存储模块和单片机的配合下进行判断，才能将结果传输到显示模块进行显示的同时控制继电器进而控制门锁的状态。2、可以实现三种解锁方式：矩阵密码解锁、射频解锁、红外遥控解锁，三者均可独立使用。3、在准备解锁时，如果输入密码不同于储存在AT24C02内注册的密码或者使用未认证IC卡，门关闭的同时蜂鸣器也将发出鸣叫用于提醒，提醒的信息也将通过液晶屏显示给管理者或者用户；如果输入密码相同于储存在AT24C02内注册的密码或者使用合适的IC卡，门打开的同时，密码符合的字样或者已注册的IC卡卡号将会在显示屏上有所显现。4、采用价格低廉，可反复擦写的AT