摘 要

6、 正文部分应包括：系统的设计要求、系统的总体方案设计、元件的选择，系统的硬件电路设计，系统的软件设计，系统调试及结果分析等；

7、 毕业设计成果在文字上要求字数15000字以上，设绘工作量：不少于3张图纸，阅读文献不低于20篇，其中外文文献不少于5篇.

（三） 完成任务的时间节点

1 － 2周  查阅相关文献，了解设计要求；

3 － 4周  翻译外语资料，提出合理的设计方案，写开题报告；

5 － 6周  方案论证并进行的总体方案设计；

7 － 8周  硬件电路设计；

9－10周  软件程序设计；

11－12周  系统调试，测试完善工作；

13－14周  撰写论文，完成初稿；

15周  修改论文，完成答辩PPT，并交与相关院系老师验收认证工作，参加毕业答辩。

（四）必读参考文献

[1] 张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社2010(06)

[2]张靖武.单片机系统的protues设计与仿真.北京：电子工业出版社，2007.  

[3] 赵军辉.射频识别技术与应用，出版地：北京: 机械工业出版社,  2008.

[4] 黄智伟，陈和. 采用射频识别技术的门禁系统设计[J]. 电子工程师，2001, 21(1), 134-136.

指导教师签名： 年 月 日

系主任签名： 年 月 日

院长签名（章）： 年 月 日

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 2

1.1课题的研究背景及目的意义 2

1.2课题的国内外研究现状 3

1.2.1国内发展现状 3

1.2.2国外发展现状 3

1.3课题研究内容 4

1.4预期目标 4

第2章 总体方案设计及关键技术介绍 5

2.1 总体方案设计 5

2.2关键技术介绍 6

第3章 系统硬件设计 9

3.1 控制模块设计 9

3.1.1 复位电路 10

3.1.2 晶振电路 10

3.1.3 下载电路 12

3.2 矩阵键盘模块设计 12

3.3 RFID读写模块设计 13

3.3.1 RC522模块供电设计 13

3.3.2 RC522读写模块设计 14

3.4 LCD1602液晶显示模块设计 15

3.5 提示系统模块设计 16

3.6 输出驱动模块设计 16

第4章 系统软件设计 18

4.1 总体程序设计 18

4.1.1 主程序设计 18

4.1.2 读卡检测处理设计 18

4.1.3 键盘扫描处理设计 20

4.1.4 登录处理流程设计 21

4.2 矩阵键盘程序设计 23

4.3 LCD1602显示程序设计 23

4.3.1 LCD1602初始化设置 23

4.3.2 LCD1602时序说明 26

4.4 RC522读卡程序设计 26

4.5 输出提示程序设计 27

4.6 功能程序设计 28

4.6.1 添加功能 29

4.6.2 删除功能 30

4.6.3 浏览功能 31

第5章 系统调试 33

5.1 LCD1602显示器调试 33

5.2 键盘调试 33

5.3 读卡调试 34

5.4 输出及提示调试 35

5.5 综合调试 37

5.6 遇到的问题及解决方案 43

结论 45

致谢 46

参考文献 47

附录1实物图 49

附录2 原理图 50

附录3 PCB图 51

附录4 源程序 52

摘 要

当今社会，特别是一些办公楼、学校、小区等，人口进出频繁，人流量大。传统的管理方式通常是在进出口处设置一个门卫室，里面有工作人员进行登记管理。这种方法费时费力、效率不高，且当人流量大时出错的概率也会随之增加。随着近年来各种自动识别技术的发展，这种现象得到了改善，有了很多的解决方案，本次论文研究的基于RFID的门禁系统设计就是其中一种。此次研究是为了实现人员进出的自动管理功能。即通过自动识别装置实现进出人员身份自动验证，并通过输出设备电子锁控制门是否打开。从而减少人工的参与，降低出错的概率和人工成本。

本次设计的主要工作包括学习自动识别技术中的射频识别技术原理、RC522射频模块的原理和使用方法、51系列单片机的控制和应用方法、矩阵键盘和显示屏的控制方法以及整个系统功能框架的搭建。当然，具体的设计还包括基本的硬件电路图的绘制和软件程序的编写调试。成果就是知道了射频识别技术的基本原理，学会了使用一款具体的读写器RC522对S50系列射频卡进行读写，并通过实物调试证明了设计的软硬件都是可行的，并且达到了题目的基本要求。

此次设计完成了从基本的器件选型到硬件系统设计、软件程序编写，以51单片机为核心，并加入了新的技术元素：射频识别技术作为传感器，再辅助以传统的矩阵键盘、显示器、指示灯以及蜂鸣器，实现了一个可以实际应用的新的系统，其最终产品具有可操作性强，简单易用的特点。

关键词：门禁系统、自动识别、射频技术、RC522模块、、51单片机

Abstract

In today's society, especially in some office buildings, schools, residential quarters and so on, the population is in and out frequently and the flow of people is large. The traditional way of management is usually to set up a guard room at the entrance and exit, which has staff for registration management. This method is time-consuming, laborious and inefficient, and the probability of error increases when the traffic is large. With the development of various automatic identification technologies in recent years, this phenomenon has been improved, and there are many solutions. The design of access control system based on RFID in this paper is one of them. The purpose of this research is to realize the automatic management function of personnel in and out. That is to say, the automatic identification device is used to realize the automatic identification of the entry and exit personnel, and the electronic lock of the output device is used to control whether the door is opened or not. Therefore, it can reduce the labor participation, the probability of error and the labor cost.

The main work of this design includes studying the principle of radio frequency identification technology in automatic identification technology, the principle and use method of RC522 radio frequency module, the control and application method of 51 series MCU, the control method of matrix keyboard and display screen, and the construction of the functional framework of the whole system. Of course, the specific design also includes the drawing of basic hardware circuit diagram and the debugging of software program. The result is have known the basic principle of radio frequency identification technology, learned how to use a specific reader RC522 to read and write S50 series of radio frequency cards, and through physical debugging prove that the design of hardware and software are feasible, and meet the basic requirements of the topic.

This design completes the selection of basic devices, the design of hardware system and the compilation of software program, with 51 single chip computer as the core, and adds new technical elements: radio frequency identification technology as a sensor, and then assists with traditional matrix keyboard, display, indicator and buzzer, realizes a new system which can be applied in practice. The final product is operable. Strong workability, simple and easy to use.

Key words: access control system, aomatic identification, radio frequency technology, RC522 module,51 single chip computer

第1章 绪论

1.1课题的研究背景及目的意义

射频识别技术是利用无线电进行信息传递和识别的技术。射频技术起源很早，自19世纪40年代开始，电磁能被发现，接着电磁辐射理论的建立，特别是二战，为识别敌机，对射频技术进行了研究，为射频技术的发展奠定了基础^[1]。随着生产力的提高，很多行业每天都会产生大量的数据，有许多货物需要进行信息核对，这时，自动识别技术就显得尤为重要。

自动识别技术除了射频识别外还有条形码、OCR、NFC等，早期由于射频识别卡的成本较高，很多行业大量使用条形码进行信息的记录和识别，随着生成技术的提高，射频卡的成本越来越低。且射频卡相对于其它的识别技术有它独有的特点。射频卡和条形码相比，在识别时对光线、角度无要求。因此使用更为方便。射频技术与NFC技术相比，各有特点，其原理基本相同，都是通过特定频率的读写器发出的无线电进行通信，电子标签都主要有存储器、数字逻辑控制器、天线和模拟电路等部分。其识别原理均可理解为存储器通过天线的无线电与读写器进行信息交流^[1]。只是NFC与RFID相比，感应距离更短，更适用于安全性要求高的场合，如支付方面就常用NFC。可以简单地理解为NFC是一种特意衰减过的RFID。近年来，射频识别技术被广泛应用于各个领域，特别是在物流和门禁管理方面应用颇多。在物流领域中，货物的各种信息均可记录到它的电子标签中，这样就可以实现无接触的读取货物信息，大大加快了物流的速度，且数据信息化以后，也更方便了数据的统计。目前我国的射频识别技术还处于上升阶段，在通信协议，信息安全方面还有大量的工作需要完善，因此发展前景十分广阔。

随着社会的发展，人口流动越来越大，人们之间的协同作业显得越发重要，而且我国人口众多，人口分布不均，在很多地方或一些单位都存在着管理上的问题，一些高校宿舍、国家实验室等类似机构，人口流动大,如果仅靠一个门卫来判断每个人是否具有通行权限,无论是效率还是可靠性都会随着管理人数的增加而急剧下降。而基于RFID(Radio Frequency Identification)的门禁系统可以有效的解决这一个问题。RFID即射频识别，它是通过电子标签向读写器发送信息，读写器判断电子标签身份的一种新兴技术。采用RFID技术的门禁系统可以实现大流量人口管理，且出错的概率较人工大大降低，它可以一天到晚工作，可以和其它网络设备通信，实现了高效可靠的管理。而大量的数据又还可以进一步扩展，通过对数据的分析可实现更多的功能，比如智能化管理，自适应管理，风险等级管理等。

1.2课题的国内外研究现状

1.2.1国内发展现状

我国的RFID技术起步相对较晚，但近些年来，也在奋起直追，在技术标准的制定上，各个厂商也在制定自己的标准，但其权威性还不够，直到2013年我国政府才制定了自己的RFID技术标准^[2]。目前，国内尚没有一个统一的标准，很多的单位都希望自己的标准能够作为统一的标准，因此，市场上仍旧存在多种标准相互竞争。我国的市场大，发展快，虽然起步晚，但RFID技术现在也是应用到了很多领域，而且我国的RFID芯片产量全球最大，拥有着最大的市场，这吸引了很多国外企业进行投资。但在芯片设计上，特别是超高频射频芯片的设计上，我国目前能设计出来的企业比较稀少^[3]。在低频和高频电子标签的设计与制造方面技术已经趋于成熟，实现了量产。电子标签的芯片设计虽然是我们与国外的一大差距，但许多国企仍在努力。华虹已设计出了我国第一片RFID芯片，当然还有许多其它的企业也同样在努力。很多技术环节已经在逐步的国产化了。在读写器的设计与制造上，小功率读写器的设计与制造技术已经达到国际水平，但大功率的仍落后于国际水平。我国的RFID研究发展虽然迅速，芯片和读写器及相应的软件成本已经大幅降低，但要真的应用到各个行业，配套的整套体系价格还是让许多小单位宁愿选择成本相对较低的人工。这导致了一个问题，就是技术的研究基本由大公司完成，而小单位主要是获利，这也损害了一些大公司的利益。最后还有一个射频识别中的技术问题，多目标识别及多个读写器相互干扰的问题^[4]，虽然针对这种问题已经有一些比较成熟的防冲突算法，但在实际的应用中还是出现了一些问题，这就需要我们进一步提高读卡过程的抗干扰能力。总之，我国的RFID技术发展迅速，市场广阔，很多技术在逐步国产化，但不得不承认的是我国在RFID的核心技术上仍有待突破，特别是超高频的RFID技术。

1.2.2国外发展现状

RFID技术在美国发展的较早，技术也最为成熟，欧洲的一些国家也紧随其后，不过美国仍占主导地位，无论在技术上还是技术标准的制定上。目前国际上从事RFID技术标准制定的主要有欧洲电信标准化协会（ETSI）、美国国防部及国际上的各大零售商。目前国际上有五大标准组织EPCglobal、AIM、ISO、UID、IP-X。其中EPCglobal因得到沃尔玛等行业巨头的支持，较其它组织更有优势，但目前全球仍未能将射频识别技术的标准统一^[5]。射频识别技术的电子标签制造上，国际上已经实现了超高频的电子标签设计与制造的产业化，这一点领先我国^[6]。在RFID技术的应用方面，美国因为起步较早，RFID技术早已应用到社会生产领域的方方面面，还有一些其它的发达国家，射频识别技术的应用也比我国要更为广泛，虽然我国的总量更多。在上世纪九十年代，美国的轨道车均已采用RFID技术。如今更是已经开始将一些智能算法融入到控制中去^[7]，如基于RFID的风险自适应算法，根据情况采取不同的安全等级，当安全等级较高时，除了射频识别外还需其它的传感器作为辅助验证手段，以提高安全性。总之，国外的射频识别技术发展较早，目前已经发展成熟，应用的领域和范围均比较广，技术标准也更具有影响力，在芯片的设计上有着更为完整的技术方案。

1.3课题研究内容

本次设计研究的基本内容包括选择合适的控制器、传感器、键盘输入模块、输出显示模块、警报模块及驱动电路和执行部分。具体内容如下：

1)RFID读写器等的原理研究，系统总体方案设计及可行性分析。

2)选择合适的控制器，RFID读写器及其它系统所需的部分。

3)设计系统的硬件电路。

4)设计系统的软件流程及算法。

5)进行软硬件调试。

1.4预期目标

预期实现以下功能：

1)当有通行权限的电子标签在RFID读写器的感应范围内时，控制器控制显示器显示相关信息，并向驱动电路发出信号使得门打开。并且给驱动电路的信号是有时间限制的，即刷了卡以后，门不会一直处于可开启的状态，而是过了这个时间点后就需要再次刷卡才行。

2)当没有通行权利的电子标签进入读写器的感应范围时，显示器显示相关信息，门禁系统不开启。

3)当在键盘上选择登录，输入管理员密码正确后，可对系统中存取的电子标签权限作出更改或取消，也可以将没有通行权限的电子标签放在感应区内，通过管理员身份赋予其相应的权限。

第2章 总体方案设计及关键技术介绍

2.1 总体方案设计

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