基于RFID的门禁系统的设计与实现.pdf

目目 录录 1.引言引言1 1.1 研究的背景和意义.1 1.2 RFID 发展趋势.1 2.射频识别技术射频识别技术2 2.1 射频识别系统的工作原理.2 2.2 射频识别系统的功能介绍.2 3.门禁系统硬件设计门禁系统硬件设计3 3.1 非接触式读卡芯片 MFRC522.3 3.2 STC89C52 主控模块4 3.3 LCD12864 液晶显示模块7 3.4 按键.8 3.5 指纹.9 4.门禁系统软件设计门禁系统软件设计9 4.1 Keil C51 开发系统. 9 4.2 LCD 显示程序设计9 4.3 按键程序设计.12 4.4 指纹程序设计.13 5.系统的实现系统的实现15 5.1 仿真实现.15 5.2 实物实现.15 6.结结 语语15 参考文献参考文献.16 基于 RFID 的门禁系统的设计与实现 1 基于 RFID 的门禁系统的设计与实现 学生姓名：指导教师： 摘要：得益于科学的进步，日常生活中射频技术应用愈加广泛，在各个行业中均能见到该技 术的身影在现阶段的门禁安保体系内，把自动识别体系同安全管理技术统一为一个整体本系 统硬件部分主要采用射频识别模块 MFRC522， 单片机 STC89C52； 软件部分主要以 Keil 软件为主， 同时依靠 C 语言丰富其功能，直至实现同射频卡进行通信的目的，让二者在部分数据上能够自由 互换。

该门禁系统的实现在安全性上有了极大的提高 关键字：射频识别 门禁系统 MFRC522 STC89C52 1.引言引言 1.1 研究的背景和意义研究的背景和意义 随着科学技术的进步以及社会的不断发展，人们的生活条件和城市面貌都有了翻天覆地的变 化，随之而来的是各种突发事件的发生，各种安全问题也越来越受到人们的关注，最为重要的就 是门锁的安全在当今的社会背景下，此前普遍使用的锁，抑或是防盗门，都因其结构上的缺陷 而逐渐落后于时代，原始的一些锁已经没有安全的保障，传统的机械式开锁，无论使用蛮力破坏， 还是技巧开锁，都已成为很大的隐患，钥匙多了不方便携带，丢失后也可造成很大的安全隐患 本文从人们日常生活中的实际需求出发，通过利用射频识别技术是锁和卡之间建立通信，实现二 者之间的对话，并用更加智能和人性化的卡来取代传统的钥匙，使整体的门禁系统在安全性上有 了极大地提高，同时也给人们带来了极大的方便 RFID 本身是一种自动识别技术， 确切来说是一种无线射频识别技术 在本文所设计的系统中， 正是采用 RFID 射频识别技术实现门禁的相关功能，当射频读写器感知到智能卡时，可自动完成 对卡的读取和识别， 并且可以在 LCD 屏幕上显示出卡号的信息， 而且可以在人们忘记带卡的时候， 能够通过按键和指纹模块来进行解锁，通过这种设计，整个门禁系统的安全性得以充分保证，进 一步保护用户的生命财产安全。

1.2 RFID 发展趋势发展趋势 RFID 技术的应用最早出现于二战中的飞机目标识别，但由于当时的特殊时代背景加之技术 的相对落后和成本等因素，该项技术没有引起广泛的关注随着近些年科学技术以及相关技术领 域的不断发展和探索，RFID 技术得到迅猛发展，RFID 产业更是如雨后春笋般成为一个兴起的高 科技产业群，为经济增长添砖加瓦所以该项技术在经济发展、改善大众生活水平、加速社会信 息化建设、改善社会公共安全状况及国家安全等等层面，都极具战略性意义最近几十年来，随 着集成电路、信息安全、网络通信等技术的快速发展和相关领域的不断突破，RFID 技术的实际应 用被不断的商业化，其涉及的技术领域极为广泛，比如材料领域、制造行业领域、信息领域等； 本科毕业设计 2 其涵盖的技术更是十分全面，在信息安全传输、芯片制造、通信、系统集成等方面都有体现国 际国内相关科技工作者以及政府都十分关注该项技术的发展动态，时刻不在鼓励和推动该技术的 研发和应用工作，因为 RFID 技术可对高速的运动物体进行精确识别、同时对多个运动物体识别 并具有非接触性的特性和优点，最有本世纪重要的信息技术之一，其在目标追踪等领域有着极大 的发展空间和远景。

2.射频识别技术射频识别技术 所谓射频识别技术（英文简称为 RFID），即一种基于射频通信的自动识别技术，该技术的核 心部分主要有标签、读写器和天线构成，采用非接触的方式实现相关的识别RFID 技术的核心思 想是当射频读写器感知到智能卡时，可自动完成对卡的读取和识别，并将读取到的相关信息上传 至系统，最终通过 LCD 显示屏幕显示出来相较于传统的识别技术，该技术最大的特点在于非接 触便可实现自动识别，同时数据读取和存储的速度很快，而且数据存储量很大，通过这一系列优 点，使得基于该识别技术的系统可快速的对相关信息进行处理和识别，迅速提取出关键信息 2.1 射频识别系统的工作原理射频识别系统的工作原理 本文独立构建的 RFID 系统，是基于无源系统展开的，射频脉冲信号为射频卡提供工作中所 需的相关能量该系统通信质量的优劣直接与射频脉冲信号能否较好地为被射频卡所感应倘若 该射频卡所在位置恰好在读卡器的感应范围之内时，前者就能够感应并截获到脉冲信号，随后以 电流的形式将芯片内的重要数据传播出去，同时借助读卡器中的相关操作，最终将要传递的信息 传输至信息系统进行相关的操作和处理 图 1 RFID 系统典型结构图 2.2 射频识别系统的功能介绍射频识别系统的功能介绍 本系统主要由射频识别模块 MFRC522、单片机 STC89C52、LCD12864 显示模块、按键模块、 指纹模块等组成，配置相应的硬件电路，完成本设计要实现的功能。

设计可以通过 MFRC522 对 射频卡进行读取和识别，LCD 可以将卡号和各个功能页面进行显示，键盘用来进行数字密码的输 入和修改等，可以实现以下功能： （1）读取射频卡 （2）显示卡号信息于 LCD （3）可用按键输入密码 （4）验证密码 （5）更改密码 （6）指纹验证 收发模块 控制模块 天 线 接口模块 天 线 收发模块 控制模块 电 池 存储器 计算机网络 基于 RFID 的门禁系统的设计与实现 3 图 2 RFID 系统原理结构图 3.门禁系统硬件设计门禁系统硬件设计 本文构建的系统内的电路是由单片机 STC89C52 支配的， MFRC522 芯片对相关信息数据进行 读取等操作，主要通过 MCU 将射频卡中的相关信息显示出来按键的功能主要是实现对用户输 入的密码进行验证以及完成用户修改密码的操作指纹的功能在于用户在无需键入密码的前提下 可以单通过用户的指纹达到解锁目的图 3 展现了门禁系统流程图 图 3 门禁系统流程图 3.1 非接触式读卡芯片非接触式读卡芯片 MFRC522 3.1.1 MFRC522 概述 MFRC522 芯片是主要用于高度集成的读写卡系列芯片之中， 该芯片适用于低频的系统之中且 为非接触式的，是 NXP 公司研发出的一种被广泛采用的芯片。

通过结合现阶段先进的调制及解调 技术， MFRC522 芯片实现在频率为 13.56MHz 以下的所有相关通信协议的集成， 在该频率范围内， 使得许多种工作模式可以进行读写射频卡同时，其所具有的发送器在某种意义上能够认为是属 于读写器模块天线，同射频卡、应答机模块三者连成一个整体，互相可以进行数据交换，这就不 再需要其他的电路来实现此目的 MFRC522 射频模块 LCD12864 显示模块 STC89C52 主控制模块 蜂鸣器 按键 指纹 本科毕业设计 4 3.1.2 MFRC522 特性 （1）高集成度的调制解调电路 （2）支持 ISO/IEC 14443 TypeA 和 MIFARE®通信协议 （3）支持多种射频卡的频率在 13.56MHZ 时，对数据进行数据的读写等操作 （4）支持 SPI 编程 （5）双向数据传输速率高达 424kbit/s （6）64 字节的发送和接收缓冲区 （7）灵活的中断模式 （8）可编程定时器 （9）内部振荡器，晶振频率为 27.12MHz （10）为提高整个系统的稳定性和安全可靠性，该芯片采用彼此独立的电源为整个系统进行供 电 （11）有三种节约用电的形式，分别是发生器掉电、软件掉电和硬件掉电。

3.1.3 MFRC522 管脚排列 图 4 列出了 MFRC522 管脚分布： 图 4MFRC522 引脚图 3.2 STC89C52 主控模块主控模块 3.2.1 STC89C52 简介 所谓 STC89C52，其属于 MCS-51 指令系统，兼容性较强，工业 80C51 产品指令以及引脚兼 容彻底的 51 单片机通常意义上的 51 单片机，其用作存储数据的字节数通常只有 128-256，对于 数据量较大的应用程序来说，这般大小的容量显然不能满足设计需求，不过，STC89C52 系列的 产品则在容量上比较有优势，相比较之下可多存储字节 256 个，在一定程度上可满足工程量较大 的设计需求，其实在实际的生产实践当中，该单片机也正在逐步取代传统的小容量单片机 与传统 51 单片机不同的是，STC89C52 系列的单片机还额外拥有 8K 字节 Flash 存储器，主 要方便用户实现进行编译，同时还支持 SPI 编程，拥有 32 位的 I/O 口线（双向）以及 2 个 16 位定时器/计数器全双工串行口 3.2.2 STC89C52 主要特性 基于 RFID 的门禁系统的设计与实现 5 （1）与 51 单片机兼容 （2）寿命：1000 次擦/写 （3）可保存 10 年 （4）全静态工作：0Hz-24Hz （5）内部存取存储器 512M （6）32 双向数据 I/O 线 （7）两个 16 位定时器/计数器 （8）5 个中断源 （9）能对串行通道进行编程 （10）该单片机的芯片内部带有振荡器和用作计时用的时钟电路。

3.2.3 STC89C52 管脚说明 图 5STC89C52 管脚图 VCC：电源电压 GND：接地 P0 口：是占 8 位的 I/O 口（双向），其内部本身没有上拉电阻，所以当其外接电路时，需要 额外的设置上拉电阻一般来说，在此端口处，配置的缓冲器允许通过的电流大小为 8TTL 门 倘使管脚最初写入的值是“1”，系统定义为高阻输入该端口的一个优点是可以当做一个外部程序 进行数据的存储，并且执行此功能时无需多次调用数据 P1 口：与 P0 口的区别在于在它的里面配置有上拉电阻，且缓冲器允许通过的电流是 P0 口的 一半，当其管脚首次写入“1”时，该位置出的电平受到上拉作用而增大，就将此时的管脚定义成输 入端，一样的道理，倘若电平受到上拉作用而减小，就将此时的管脚定义成输出端 P2 口：P2 口的 I/O 口及相关的门电流参数与的与 P1 端口一致，输出端和输入端的工作原理 也相类似不同的是，倘若是编程活验证 FLASH，其所起的作用就变为对高八位地址的截获以及 对信号的支配 P3 口：在它的里面配置有上拉电阻，其缓冲器接受的电流是 P0 口的一半，即 4 个 TTL 门电 流当其管脚写入“1”的时候，该位置的电平被拉高，就将此时的管脚定义成输入端。

其亦可以认 为是 STC89C52 的附加功能表 1 列出了详细的功能介绍： 本科毕业设计 6 表 1P3 口功能表 端口引脚第二功能 P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2INT0（外部中断 0） P3.3INT1（外部中断 1） P3.4T0（记时器 0） P3.5T1（记时器 1） P3.6WR（外部数据存储器写选通） P3.7RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入，高电平有效倘若有必要将某些器件做复位处理，应该做的就是维持引脚 2 周期高电平 ALE/PROG：ALE 代表的是地址锁存允许信号端，需要注意的是，该端口只适用于低电平， 除此之外的就不再起作用FLASH 编程过程中，此引脚能够被当做输入端使用，目的是将编程脉 冲导进来，并通过 PORG 输入倘使 ALE/PR。