基于单片机和射频识别技术的门禁系统设计

射频识别技术，主要是一种非接触式的自动识别技术，在其应用的过程当中，需要在电磁原理的基础上利用射频信号来对目标对象进行信息的获取，由于其应用的广泛，可以实现在不同区域内的应用，因此被广泛的应用在了各种环境的作业当中。在射频识别系统当中，射频读卡器的输出数据需要严格遵守Wieggand格式当中对其作出的规定，也就是利用两根传输分别为0和1的数据线进行传输。

基于单片机和射频识别技术的门禁系统是基于单片机STC89C52和IC射频卡设计的射频识别锁系统，可用于实验室、机房、办公楼、档案室、财务室等安全性要求较高的场所．

1、系统设计方案

此门禁系统由安装在门上的客户端和对新卡进行授权写入的授权端两部分组成．客户端由电源模块、单片机最小系统、串行通信模块、刷卡模块、蜂鸣器模块和电磁锁模块组成，如图1。在客户端，当用户需要开门的时候，需要把IC射频卡放在读卡器的感应区对卡内信息进行读取，当读取出来的信息验证成功时，则在蜂鸣器“嘀”一声的同时，门锁打开，延迟一秒后重新上锁;若信息验证失败，则蜂鸣器会发出四声连续短促的鸣叫．授权端用于对每一张IC卡进行授权信息写入．整个系统使用单台刷卡机就能工作，操作方便。

图1  硬件系统模块框图

2、系统硬件设计

2．1、电源模块电路设计

电源模块的作用为整个系统供电．在系统中，刷卡模块要用到3．3V的供电电压，电磁锁模块需要用12V的电压，而单片机最小系统部分则需要用到5V的电压，因此，电源模块需要提供的电源种类有12V、5V和3．3V三种．该模块通过LM7805和AMS1117两个芯片分别实现12V向5V和5V向3．3V电压的转换．如图2为系统电源模块电路设计．

图2  电源模块电路

2．2、刷卡模块电路设计

射频读写芯片MFＲC522是NXP推出的一款低功耗、封装小、高度集成的非接触式（13．56MHz）读写卡芯片，它利用调制和解调的原理，完全集成了在13．56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议．支持ISO14443A的多层应用．其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFAＲE卡和应答机的通信，无需其他的电路．接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A兼容的应答器信号．数字电路部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶＆CＲC）．此外，它还支持快速CＲYPTO1加密算法，用于验证MIFAＲE系列产品．MFＲC522支持MIFAＲE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s．它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据用户的不同需求，选取SPI、I2C或串行UAＲT（类似ＲS232）模式之一，有利于减少电路连接，缩小电路板体积，降低生产成本．MFＲC522在刷卡模块中的应用电路如图3．

图3  刷卡模块电路

2．3、蜂鸣器模块电路设计

当用户刷卡时，如果信息验证成功，则单片机的P2．0引脚被赋予低电平（软件设置），三极管Q2（PNP型）导通，蜂鸣器发出一声蜂鸣．当信息验证不成功，蜂鸣器发出四声连续短促的鸣叫．该模块电路设计如图4．

图4  蜂鸣器模块电路

2．4、电磁锁模块电路设计

用户刷卡时，若信息验证成功，则系统赋予单片机P2．5引脚一个低电平，此时三极管Q1（PNP型）导通，继电器通电产生磁性吸合衔铁，使得动、静触点接触，从而高压工作电路接通工作，电磁锁打开;断电时，继电器的电磁铁失去磁性，对衔铁失去吸引力，从而动静触点分开，工作电路断开，重新上锁．该模块电路如图5．其中的二极管D2起到续流的作用．

图5 电磁锁模块电路

3、系统软件设计

3．1、客户端软件设计

系统首先对MFＲC522射频读卡器进行初始化，延迟一定的时间等待天线稳定，接着进行寻卡、防碰撞、选卡、读卡、授权信息验证操作．若授权信息验证成功，则门锁打开，延迟一秒后，重新上锁;若授权信息验证失败，则报警提示．图6为客户端软件流程图．

图6  客户端软件流程图

3．2、授权端软件设计

系统利用授权端对新卡的授权信息进行写入．工作流程为系统初始化、发送系统初始化信息、系统启动提示、打开串口接收、等待权限写入状态标记、权限写入初始化设置、授权信息写入、写入失败则进行报警提示，如图7．

图7 MFＲC522授权信息写入流程

4、实验及结果分析

系统测试过程中设置了三个电磁锁，分别代表公司大门、销售部和财务部．授权端分别对三张IC卡进行了授权，一张卡的授权为开三门，一张卡授权开公司大门和销售部两门，还有一张卡授权开公司大门和财务部两门．实验验证，系统操作方便，稳定实用．系统测试如图8．

图8  系统测试图

5、结束语

针对传统机械式、固定键盘式密码锁、接触式刷卡等门禁系统的不足，设计实现了一种基于单片机和射频识别技术的门禁系统．系统采用模块化设计，以STC89C52单片机作为控制核心，外围由读卡模块、显示模块、电磁锁模块和蜂鸣器模块组成．采用非接触式IC卡刷卡进门，具有身份识别、自动开关门及报警提示等功能．