發布日期：2022-10-09 點擊率：65
射頻識別技術，主要是一種非接觸式的自動識別技術，在其應用的過程當中，需要在電磁原理的基礎上利用射頻信號來對目標對象進行信息的獲取，由于其應用的廣泛，可以實現在不同區域內的應用，因此被廣泛的應用在了各種環境的作業當中。在射頻識別系統當中，射頻讀卡器的輸出數據需要嚴格遵守Wieggand格式當中對其作出的規定，也就是利用兩根傳輸分別為0和1的數據線進行傳輸。
基于單片機和射頻識別技術的門禁系統是基于單片機STC89C52和IC射頻卡設計的射頻識別鎖系統，可用于實驗室、機房、辦公樓、檔案室、財務室等安全性要求較高的場所.
1、系統設計方案
此門禁系統由安裝在門上的客戶端和對新卡進行授權寫入的授權端兩部分組成.客戶端由電源模塊、單片機最小系統、串行通信模塊、刷卡模塊、蜂鳴器模塊和電磁鎖模塊組成，如圖1。在客戶端，當用戶需要開門的時候，需要把IC射頻卡放在讀卡器的感應區對卡內信息進行讀取，當讀取出來的信息驗證成功時，則在蜂鳴器“嘀”一聲的同時，門鎖打開，延遲一秒后重新上鎖;若信息驗證失敗，則蜂鳴器會發出四聲連續短促的鳴叫.授權端用于對每一張IC卡進行授權信息寫入.整個系統使用單臺刷卡機就能工作，操作方便。
圖1 硬件系統模塊框圖
2、系統硬件設計
2．1、電源模塊電路設計
電源模塊的作用為整個系統供電.在系統中，刷卡模塊要用到3.3V的供電電壓，電磁鎖模塊需要用12V的電壓，而單片機最小系統部分則需要用到5V的電壓，因此，電源模塊需要提供的電源種類有12V、5V和3.3V三種.該模塊通過LM7805和AMS1117兩個芯片分別實現12V向5V和5V向3.3V電壓的轉換.如圖2為系統電源模塊電路設計.
圖2 電源模塊電路
2．2、刷卡模塊電路設計
射頻讀寫芯片MFRC522是NXP推出的一款低功耗、封裝小、高度集成的非接觸式(13.56MHz)讀寫卡芯片，它利用調制和解調的原理，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議.支持ISO14443A的多層應用.其內部發送器部分可驅動讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應答機的通信，無需其他的電路.接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應答器信號.數字電路部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶&CRC).此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產品.MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接觸式通信，雙向數據傳輸速率高達424kbit/s.它與主機間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據用戶的不同需求，選取SPI、I2C或串行UART(類似RS232)模式之一，有利于減少電路連接，縮小電路板體積，降低生產成本.MFRC522在刷卡模塊中的應用電路如圖3.
圖3 刷卡模塊電路
2．3、蜂鳴器模塊電路設計
當用戶刷卡時，如果信息驗證成功，則單片機的P2.0引腳被賦予低電平(軟件設置)，三極管Q2(PNP型)導通，蜂鳴器發出一聲蜂鳴.當信息驗證不成功，蜂鳴器發出四聲連續短促的鳴叫.該模塊電路設計如圖4.
圖4 蜂鳴器模塊電路
2．4、電磁鎖模塊電路設計
用戶刷卡時，若信息驗證成功，則系統賦予單片機P2.5引腳一個低電平，此時三極管Q1(PNP型)導通，繼電器通電產生磁性吸合銜鐵，使得動、靜觸點接觸，從而高壓工作電路接通工作，電磁鎖打開;斷電時，繼電器的電磁鐵失去磁性，對銜鐵失去吸引力，從而動靜觸點分開，工作電路斷開，重新上鎖.該模塊電路如圖5.其中的二極管D2起到續流的作用.
圖5 電磁鎖模塊電路
3、系統軟件設計
3．1、客戶端軟件設計
系統首先對MFRC522射頻讀卡器進行初始化，延遲一定的時間等待天線穩定，接著進行尋卡、防碰撞、選卡、讀卡、授權信息驗證操作.若授權信息驗證成功，則門鎖打開，延遲一秒后，重新上鎖;若授權信息驗證失敗，則報警提示.圖6為客戶端軟件流程圖.
圖6 客戶端軟件流程圖
3．2、授權端軟件設計
系統利用授權端對新卡的授權信息進行寫入.工作流程為系統初始化、發送系統初始化信息、系統啟動提示、打開串口接收、等待權限寫入狀態標記、權限寫入初始化設置、授權信息寫入、寫入失敗則進行報警提示，如圖7.
圖7 MFRC522授權信息寫入流程
4、實驗及結果分析
系統測試過程中設置了三個電磁鎖，分別代表公司大門、銷售部和財務部.授權端分別對三張IC卡進行了授權，一張卡的授權為開三門，一張卡授權開公司大門和銷售部兩門，還有一張卡授權開公司大門和財務部兩門.實驗驗證，系統操作方便，穩定實用.系統測試如圖8.
圖8 系統測試圖
5、結束語
針對傳統機械式、固定鍵盤式密碼鎖、接觸式刷卡等門禁系統的不足，設計實現了一種基于單片機和射頻識別技術的門禁系統.系統采用模塊化設計，以STC89C52單片機作為控制核心，外圍由讀卡模塊、顯示模塊、電磁鎖模塊和蜂鳴器模塊組成.采用非接觸式IC卡刷卡進門，具有身份識別、自動開關門及報警提示等功能.
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