電子信息工程基于RFID的門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于RFID的門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignofaccesscontrolsystembasedonRFID內(nèi)容摘要為了滿(mǎn)足現(xiàn)代居民對(duì)門(mén)鎖的要求，讓人們省去因?yàn)槌鲩T(mén)忘帶鑰匙或者丟失遺漏鑰匙的煩惱，幫助人們更好地生活。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們將設(shè)計(jì)一款擁有顯示器的智能RFID門(mén)鎖，具備多重錄入功能，可以錄入兩個(gè)UID的密碼，讓臨時(shí)居住的客人也不怕沒(méi)有鑰匙。本論文主要簡(jiǎn)述了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：分析RFID智能門(mén)鎖在國(guó)外的研究情況和發(fā)展歷程，針對(duì)現(xiàn)階段智能門(mén)鎖的發(fā)展和需要進(jìn)行分析，提出基于ARDUINO單片機(jī)的RFID智能門(mén)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案；構(gòu)造出智能門(mén)鎖的硬件和軟件礦機(jī)并且介紹了RFID的解鎖思路和其型號(hào)的特點(diǎn)，通過(guò)液晶顯示器實(shí)時(shí)觀(guān)察門(mén)鎖開(kāi)鎖閉合的情況，最后對(duì)應(yīng)已經(jīng)在市場(chǎng)上的產(chǎn)品經(jīng)行對(duì)比和測(cè)試，證明本設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：智能門(mén)鎖單片機(jī)RFIDAbstractInordertomeettherequirementsofmodernresidentsonthedoorlock,peoplecansavethetroubleofforgettingtotakethekeyormissingthekeywhentheygoout,andhelppeopleliveabetterlife.Inthisdesign,wewilldesignasmartRFIDdoorlockwithadisplay,whichhasmultipleinputfunctions,andcaninputtwouidpasswords,sothatguestswholivetemporarilyarenotafraidofnokey.Thispapermainlyintroducesthefollowingaspects:analyzingtheresearchsituationanddevelopmentcourseofRFIDintelligentdoorlockinforeigncountries,analyzingthedevelopmentandneedsoftheintelligentdoorlockatpresent,puttingforwardthedesignandimplementationschemeofRFIDintelligentdoorlocksystembasedonArduinosinglechipmicrocomputer,constructingthehardwareandsoftwaremineroftheintelligentdoorlock,andintroducingtheideaandmodelofRFIDunlockingThroughtheLCDreal-timeobservationofthedoorlockunlockingandclosing,finallythecorrespondingproductsinthemarkethavebeencomparedandtestedtoprovetheaccuracyandpracticabilityofthedesign.Keywords:smartdoorlocksinglechipRFID目錄1. 緒論 21.1課題研究的背景和意義 21.2RFID國(guó)內(nèi)國(guó)外的研究歷史和現(xiàn)狀 21.3本章小結(jié) 42．RFID相關(guān)技術(shù) 52.2RFID基本組成以及組成部分 52.2.2關(guān)于閱讀器 62.3RFID相關(guān)技術(shù)小結(jié) 63.系統(tǒng)硬件以及功能設(shè)計(jì) 73.1ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板 73.2MFRC522RFID讀卡器芯片 83.3LCD液晶顯示器 83.3.1LCD液晶顯示器概述 83.3.21602LCD簡(jiǎn)介 83.4電磁繼電器 93.4.1電磁繼電器工作原理概述 93.5紅外線(xiàn)接受發(fā)送模塊 93.5.1紅外線(xiàn)接受發(fā)送模塊原理概述 93.6系統(tǒng)硬件以及功能設(shè)計(jì)小結(jié) 104.模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 114.1RC522連接 114.2連接I2CLCD模塊 114.3連接紅外接收器 115.軟件設(shè)計(jì) 135.1讀取系統(tǒng) 175.2錄入系統(tǒng) 205.3實(shí)物演示 245.4代碼結(jié)構(gòu)圖 285.5本章總結(jié) 376.實(shí)體測(cè)試 386.1RFID智能門(mén)鎖安全性測(cè)試 386.2重置系統(tǒng)與錄入系統(tǒng)的測(cè)試 396.3章節(jié)小結(jié) 40總結(jié) 41參考文獻(xiàn) 42致謝 43第一章緒論1.1課題研究的背景和意義隨著現(xiàn)代科學(xué)和生產(chǎn)力的高速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)生活品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，很多傳統(tǒng)的東西已經(jīng)不能再滿(mǎn)足人類(lèi)。于是就誕生了越來(lái)越多的智能設(shè)備，比如說(shuō)智能窗簾智能臺(tái)燈等這些家庭日常經(jīng)常會(huì)使用到的智能設(shè)備。而這些當(dāng)中，人們最常要用到的便是家里大門(mén)的門(mén)鎖。門(mén)鎖是人們每天都要接觸的東西，上班、下班，只要出門(mén)人類(lèi)就會(huì)碰到它。那自然傳統(tǒng)的門(mén)鎖也就無(wú)法滿(mǎn)足人們浮夸的思想所帶來(lái)的要求。即便如此，它的存在也常常被人遺忘。于是懶惰的人們開(kāi)始對(duì)門(mén)鎖打起了壞主意，商人們絞勁腦汁想著怎樣能讓門(mén)鎖變得更加方便快捷，最后智能門(mén)控系統(tǒng)就出現(xiàn)在了我們的眼前。智能門(mén)控系統(tǒng)將電子、光學(xué)、生物識(shí)別、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)等高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)與傳統(tǒng)的工藝門(mén)鎖相結(jié)合。即避免了人們因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)門(mén)鎖時(shí)忘帶鑰匙而導(dǎo)致被門(mén)鎖拒之門(mén)外的尷尬，也滿(mǎn)足了人們對(duì)現(xiàn)代生活安全的需求——出門(mén)在外就算不帶鑰匙家里也能安全的鎖著，回家就算不帶鑰匙也能順利的進(jìn)門(mén)。而這次要提的技術(shù)便是這里面的一環(huán)：RFID技術(shù)。1.2RFID國(guó)內(nèi)國(guó)外的研究歷史和現(xiàn)狀其實(shí)RFID射頻技術(shù)是一項(xiàng)很早的技術(shù)，早在上世紀(jì)中期六十年代時(shí)，RFID射頻識(shí)別技術(shù)理論就已經(jīng)有了一定的發(fā)展并展開(kāi)了一部分的嘗試性的應(yīng)用。RFID的起源是與雷達(dá)有關(guān)系的，利用雷達(dá)的耦射原理由此發(fā)展出了一種充滿(mǎn)生機(jī)的全新技術(shù)——AIDC新技術(shù)——RFID技術(shù)，隨后1948年哈里斯托克曼發(fā)表了一篇名為“利用反射功率的通訊”的文章奠定了射頻識(shí)別技術(shù)RFID的基礎(chǔ)理論。開(kāi)始了長(zhǎng)達(dá)十年從1951年到1960年的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程。緊接著到了二十世紀(jì)七十年代RFID技術(shù)理論得到了爆炸性的發(fā)展，商用產(chǎn)品也隨之爆炸性增加，各種RFID技術(shù)測(cè)試得到加速，出現(xiàn)了一些早期的RFID應(yīng)用。從全球范圍來(lái)看，美國(guó)政府應(yīng)該是RFID應(yīng)用最為積極的推動(dòng)者，在他的推動(dòng)下RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域?qū)儆谑澜缜把亍W洲的RFID標(biāo)準(zhǔn)緊緊的追隨著美國(guó)主導(dǎo)的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)。雖然日本也很快的提出了屬于自己的RFID標(biāo)準(zhǔn)，但是僅僅得到的是自己本國(guó)廠(chǎng)商的支持與承認(rèn)，距離走上世界級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)還有這很長(zhǎng)的路要走。觀(guān)國(guó)內(nèi)，相對(duì)較為發(fā)達(dá)的歐美地區(qū)，我國(guó)在RFID產(chǎn)業(yè)上的發(fā)展可以說(shuō)是非常落后。目前在我國(guó)RFID技術(shù)應(yīng)用上的企業(yè)雖然總數(shù)超過(guò)一百家，但是真正擁有核心技術(shù)的，特別是超高頻RFID方面的技術(shù)可以說(shuō)是寥寥無(wú)幾。如果從芯片、天線(xiàn)、標(biāo)簽和讀寫(xiě)器等硬件方面上看，低高頻RFID技術(shù)門(mén)檻較低。國(guó)外發(fā)展早，在技術(shù)方面已經(jīng)十分成熟，產(chǎn)品應(yīng)用十分廣泛，目前完全處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)；超高頻起步較晚技術(shù)門(mén)檻較高，國(guó)內(nèi)發(fā)展較晚所以從事相關(guān)方面的國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商可以說(shuō)幾乎沒(méi)有，更被說(shuō)缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新企業(yè)，與發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大的差距。到現(xiàn)代，RFID的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)深入我們的生活與各個(gè)領(lǐng)域的不同行業(yè)當(dāng)中，每個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有一個(gè)不存在RFID技術(shù)的應(yīng)用。例如物流：貨物運(yùn)輸是物流必不可少的環(huán)節(jié)，利用RFID技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)全面的貨物運(yùn)輸過(guò)程追蹤自動(dòng)化，信息采集自動(dòng)化，以及倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)錄入的自動(dòng)化還有進(jìn)入港口時(shí)將信息自動(dòng)錄入系統(tǒng)。就像最近發(fā)生的疫情，利用RFID技術(shù)可以幫助勞動(dòng)密集型的企業(yè)倉(cāng)庫(kù)減少或者杜絕人與人之間的接觸，減少降低傳染的風(fēng)險(xiǎn)。具體為讓客戶(hù)以物件為單位，等待電子標(biāo)簽中加入產(chǎn)品型號(hào)等信息，并將電子標(biāo)簽按照要求貼在產(chǎn)品的貨架上。待產(chǎn)品貨架粘貼保存好相關(guān)信息的電子標(biāo)簽并且包裝好后，把產(chǎn)品貨架自動(dòng)到倉(cāng)庫(kù)完成入庫(kù)。入庫(kù)管理人員在系統(tǒng)中輸入入庫(kù)的任務(wù)單內(nèi)容，包括產(chǎn)品貨架內(nèi)的種類(lèi)、數(shù)量等信息，系統(tǒng)自動(dòng)生成入庫(kù)任務(wù)單，開(kāi)始經(jīng)行入庫(kù)操作：?jiǎn)?dòng)RFID讀寫(xiě)器，工作人員根據(jù)入庫(kù)任務(wù)單把鏟平貨架通過(guò)入庫(kù)讀寫(xiě)器。入庫(kù)讀寫(xiě)器讀取貨架上入庫(kù)的產(chǎn)品信息與數(shù)量，對(duì)照無(wú)誤后。將由系統(tǒng)自動(dòng)將產(chǎn)品貨架自動(dòng)搬運(yùn)到指定倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)去存放。等待入庫(kù)完成后，系統(tǒng)將打印出入庫(kù)清單，給管理員簽收。一次零接觸的入庫(kù)就這樣完成。再例如交通行業(yè)，RFID能為他們帶來(lái)什么呢？高速路是遠(yuǎn)程出行必不可少的條件，有了RFID技術(shù)過(guò)高速路口再也不用專(zhuān)門(mén)臨時(shí)停車(chē)取卡或者繳費(fèi)。減少了停車(chē)取卡或者繳費(fèi)帶了的交通堵塞，以及收費(fèi)人員的成本費(fèi)用，省去了隨身帶零錢(qián)的尷尬或者因?yàn)闆](méi)有零錢(qián)而煩惱的問(wèn)題，大大減少了出行者的時(shí)間浪費(fèi)。出行者只需申請(qǐng)帶有RFID的卡片經(jīng)過(guò)收費(fèi)站時(shí)慢行，等其系統(tǒng)識(shí)別后既可通過(guò)。同樣，交通方面，當(dāng)出租車(chē)管理遇上了RFID技術(shù)，一切都變得簡(jiǎn)單明了。有了RFID技術(shù)，出租車(chē)遺失的概率大大減少了。市面上很多違章假冒出租車(chē)的車(chē)輛也不復(fù)存在。因此對(duì)RFID技術(shù)的了解和提升成了我們現(xiàn)在刻不容緩的事情，也是本次設(shè)計(jì)的目的：一邊學(xué)習(xí)一邊制作基于單片機(jī)的RFID門(mén)控系統(tǒng)，相信在這次基于單片機(jī)的RFID門(mén)控系統(tǒng)的制作和學(xué)習(xí)中能對(duì)RFID這技術(shù)有更加深刻的了解和認(rèn)識(shí)。1.3本章小結(jié)本章主要講述了RFID在生活中的應(yīng)用場(chǎng)景，能為生活帶來(lái)很多的便利。RFID的歷史背景，從雷達(dá)的概念逐漸衍生過(guò)來(lái)至RFID射頻技術(shù)。從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)各個(gè)領(lǐng)域的使用。以及歐美國(guó)家對(duì)RFID極其深入的研究和日本的逐漸趕超，以及我國(guó)在這方面起步慢，不夠重視還有缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)等嚴(yán)重問(wèn)題。提及在商業(yè)上舉足輕重的，舉了幾個(gè)交通和物流的例子。最后結(jié)合現(xiàn)在疫情實(shí)例更加了解RFID在商業(yè)方面的重要性和便利性。第二章RFID相關(guān)技術(shù)RFID翻譯成中文即射頻識(shí)別技術(shù)即RadioFrequencyIdentification的英文縮寫(xiě)。其原理顧名思義就是利用空間的電磁感應(yīng)(InductiveCoupling)或者電磁傳播（PropagationCoupling）來(lái)進(jìn)行通信，為達(dá)到自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)物的目的。它的基本工作方式就是將無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別的標(biāo)簽（Tags）安裝到被識(shí)別的物體上，當(dāng)被識(shí)別的物體進(jìn)入系統(tǒng)識(shí)別閱讀器（Readers）的范圍時(shí)，標(biāo)簽和閱讀器之間進(jìn)行非接觸式型試通訊，標(biāo)簽向閱讀器發(fā)射自身id號(hào)等，閱讀器接受到信息后開(kāi)始進(jìn)行解碼并且后臺(tái)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，完成整個(gè)id的校驗(yàn)工作。2.1RFID基本概念工作原理RFID的技術(shù)基本原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器后，接受閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送儲(chǔ)存在芯片中的產(chǎn)品信息或者標(biāo)簽（無(wú)源標(biāo)簽或者被動(dòng)標(biāo)簽）或者由標(biāo)簽發(fā)出某種頻率信號(hào)（有源標(biāo)簽或者主動(dòng)標(biāo)簽），閱讀器解碼之后送至中央信息處理進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)處理。電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)模塊之間大致可以分成兩種基本通信耦合方式：反向散射耦合方式。讀寫(xiě)設(shè)備發(fā)射電磁波，當(dāng)電磁波到目標(biāo)后攜帶信息經(jīng)行反饋，它依據(jù)電磁波碰到目標(biāo)后攜帶的信息經(jīng)行反饋，它一句電磁波在空中的傳播規(guī)律，反向射耦合。電感耦合方式：通過(guò)交變的高頻磁場(chǎng)對(duì)線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)耦合，同變壓器的模型原理十分相似。2.2RFID基本組成以及組成部分一套完整的RFID系統(tǒng)應(yīng)該由標(biāo)簽（Tags）閱讀器（Readers）以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成如圖2.1所示（標(biāo)簽與閱讀器之間可加天線(xiàn)）

圖2.1RFID系統(tǒng)框架圖2.2.2關(guān)于閱讀器閱讀器是將標(biāo)簽中的信息讀出，或?qū)?biāo)簽所需要儲(chǔ)存的信息寫(xiě)入標(biāo)簽的裝置。根據(jù)不同的使用結(jié)構(gòu)和不同的技術(shù)，閱讀器大致可以分為讀/寫(xiě)裝置兩類(lèi)裝置，是RFID系統(tǒng)控制和處理中心。當(dāng)RFID在工作的時(shí)候，由閱讀器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)送射頻能量形成電磁場(chǎng)，區(qū)域大小取決于發(fā)射功率。在閱讀器覆蓋區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽被觸發(fā)，發(fā)送儲(chǔ)存在其中的數(shù)據(jù)。或根據(jù)閱讀器的指令修改儲(chǔ)存在其中的數(shù)據(jù)，并能通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)經(jīng)行通信。閱讀器的基本機(jī)構(gòu)通常包括：收發(fā)天線(xiàn)、頻率產(chǎn)生器、鎖相環(huán)、調(diào)制電路、微處理器、儲(chǔ)存器、解調(diào)電路和外設(shè)接口組成。2.3RFID相關(guān)技術(shù)小結(jié)本章主要介紹了RFID的相關(guān)技術(shù)以及它的原理。其本質(zhì)就是利用空間的電磁感應(yīng)或者電磁傳播來(lái)讀取芯片所記錄的數(shù)據(jù)。接受到ID信號(hào)后交給計(jì)算機(jī)來(lái)編譯識(shí)別是否符合。接著接受標(biāo)簽和閱讀器之間的兩種通訊耦合方式：反向散射耦合方式和電感耦合方式。最后詳細(xì)描述了最小的RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：由標(biāo)簽和閱讀器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。第三章系統(tǒng)硬件以及功能設(shè)計(jì)本系統(tǒng)將由單片機(jī)作為核心，要求在arduino上加入各種模塊連接，使得成為一個(gè)完整的智能門(mén)鎖。本設(shè)計(jì)基于主芯片arduinouno主要實(shí)現(xiàn)的功能有：UID的錄入U(xiǎn)ID的識(shí)別UID的重置其工作原理為：刷卡時(shí)液晶顯示器顯示讀取，如果卡的權(quán)限獲得允許便顯示允許進(jìn)入，同時(shí)繼電器動(dòng)作將門(mén)鎖打開(kāi)，指示燈點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后繼電器再次工作將門(mén)鎖關(guān)閉，指示燈熄滅。本系統(tǒng)將采用Arduino開(kāi)發(fā)板作為RFID智能門(mén)鎖的核心，RC522RFID讀卡器模塊作為此次的RFID標(biāo)簽和閱讀器。如圖3.1所示RC522RFIDarduinounoRC522RFIDarduinouno紅外線(xiàn)傳感器繼電器LCD液晶顯示器繼電器LCD液晶顯示器蜂鳴器蜂鳴器3.1系統(tǒng)框架3.1ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板是一個(gè)開(kāi)放原始代碼的軟硬件平臺(tái)，包括硬件和軟件兩個(gè)部分，硬件部分可以用來(lái)做電路連接的Arduino電路板；軟件部分則是在ArduinoIDE中編寫(xiě)程序代碼，并將程序上傳到ArduinoUNO微控制器，ArduinoUNO微控制器根據(jù)信號(hào)變化做出相應(yīng)的程序處理。3.2MFRC522RFID讀卡器芯片在現(xiàn)在的中國(guó)RFID讀卡器芯片市場(chǎng)上,芬蘭恩智浦公司的Mifare非接觸讀卡芯片系列中MFRC522系列最為熱銷(xiāo)，因?yàn)樗哂泻艿偷碾妷罕憧沈?qū)動(dòng)、很低的功耗、較小的尺寸、很低的成本等優(yōu)點(diǎn)。采用了統(tǒng)一的3.3v供電，工作頻率為13.56MHz，兼容ISO/IEC14443A及MIFARE模式。MFRC522包括兩個(gè)部分，分別為數(shù)字部分和模擬部分。其中數(shù)字部分是由狀態(tài)機(jī)、編碼解碼邏輯等組成；模擬部分是由調(diào)制器、天線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器和接收器和放大器組成。MFRC522的內(nèi)部發(fā)送器不用外部有源電路即可讀寫(xiě)天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)與符合ISO/IEC14443A或MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的卡片和通訊。接收器模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大而高效率的調(diào)節(jié)和解碼系統(tǒng)，用于接受兼容ISO/IEC14443A和MIFARE的卡片信號(hào)。3.3LCD液晶顯示器3.3.1LCD液晶顯示器概述 LCD的技術(shù)雖然在21世紀(jì)廣泛應(yīng)用，液晶顯示器顧名思義就是一種一種擁有液態(tài)的流動(dòng)性的特點(diǎn)，但卻又擁有晶體的特性的物質(zhì)。會(huì)根據(jù)電的變化而改變它的光學(xué)性質(zhì)，從而顯示出各種各樣的顏色和圖像。早在十八世界初，就有一位植物學(xué)家在觀(guān)察植物的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了這種神奇的物質(zhì)。為液晶奠定了技術(shù)。而隨后又過(guò)了一陣子到了二十世紀(jì)中期才有人發(fā)明出了液晶顯示器。到了現(xiàn)代LCD液晶顯示器是由兩片平行的玻璃基板里面裝著液晶，通過(guò)改變電壓的方式來(lái)改變液晶材料的內(nèi)部分子排序，使它出現(xiàn)遮光和透光的深淺不一，錯(cuò)落有致的圖像。但是這僅僅只是單色光，還需要再表面上加入三元色的濾光層才能實(shí)現(xiàn)真正的彩色圖像。至今到現(xiàn)代，幾乎有顯示功能的產(chǎn)品都會(huì)用到LCD技術(shù)。小到智能手表的屏幕，生活日常使用的手機(jī)，還有天天看的電視機(jī)，大到露天廣場(chǎng)的大熒幕電視，都在用著LCD。至此，當(dāng)然智能門(mén)鎖也不能落后于此。3.3.21602LCD簡(jiǎn)介本次采用1602LCD屏幕的基本信息:背景顏色為藍(lán)色。輸入電壓為3.3v本電路采用LCD1602輸出顯示信息。本芯片具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，不需要添加額外驅(qū)動(dòng)電路。此字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，更具顯示的容量可以分為一行十六的字、兩行十六個(gè)字、兩行二十個(gè)字等等，這里采用兩行十六個(gè)字的1602液晶模塊。本電路采用字符型顯示方式實(shí)現(xiàn)信息的顯示。再加入了I2C驅(qū)動(dòng)板使得原來(lái)16個(gè)接口的接線(xiàn)變成了僅僅只要四個(gè)接線(xiàn)，讓接線(xiàn)變得更加的簡(jiǎn)潔。3.4電磁繼電器3.4.1電磁繼電器工作原理概述繼電器是一種具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。能對(duì)被控電路進(jìn)行通斷控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)給；在繼電器輸入和輸出部分之間，還有對(duì)輸入量經(jīng)行耦合隔離，功能處理和輸出部分經(jīng)行驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

電磁繼電器主要利用電磁控制工作電路的通斷開(kāi)關(guān)利用輸入電路內(nèi)電流在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用而工作3.5紅外線(xiàn)接受發(fā)送模塊3.5.1紅外線(xiàn)接受發(fā)送模塊原理概述紅外線(xiàn)接受頭又稱(chēng)為紅外線(xiàn)接受模組，是集成紅外線(xiàn)接受PD二極管、放大、濾波和比較輸出等的IC模塊。擁有小型設(shè)計(jì)、內(nèi)置專(zhuān)用IC、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。IR紅外通訊時(shí)最常用的無(wú)線(xiàn)通信方法之一，因?yàn)樗麄円子谑褂?、價(jià)格合理。波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，不會(huì)顯示在人眼中、當(dāng)你按下遙控哦、控制器上LED會(huì)持續(xù)打開(kāi)和關(guān)閉，并使調(diào)制的紅外信號(hào)從遙控器發(fā)送像紅外線(xiàn)接受器。等該信號(hào)解調(diào)后執(zhí)行。3.6系統(tǒng)硬件以及功能設(shè)計(jì)小結(jié)本章節(jié)主要講述了RFID智能門(mén)鎖的具體硬件構(gòu)造，由arduino、RCC522RFID讀卡器和卡、1602LCD液晶顯示屏以及蜂鳴器、繼電器和電機(jī)組成。還有他們之間的具體連接關(guān)系和簡(jiǎn)單的介紹。第四章模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1RC522連接RC522RFID讀卡器模塊連接到Arduino,根據(jù)用戶(hù)操作手冊(cè)對(duì)應(yīng)接線(xiàn)RC522:

ARDUINOSDA<>D10

SCK<>D13

MOSI<>D11

MISO<>D12

RST<>D9

IRQ<>不接

3V3<>3.3VGND<>GND

LCD:

ARDUINO

SCL<>SCL4.2連接I2CLCD模塊GND->GNDVCC->5.0VSDA->SDASCL->SCL4.3連接紅外接收器

圖4.1紅外線(xiàn)傳感器框架三個(gè)引腳分別對(duì)應(yīng)用于VOUT、VDD、GND繼電器：GND->GNDVCC->5VSIGNAL->3常閉->電機(jī)正極共端->GND如圖4.2所示

圖4.2參考電路圖

第五章軟件設(shè)計(jì)將MFRC522模塊用SPI通訊與Arduino配合使用#include<LiquidCrystal_I2C.h>#include<SPI.h>#include<MFRC522.h>啟動(dòng)通訊協(xié)議lcd.begin();//LCDscreenSPI.begin();//InitSPIbusmfrc522.PCD_Init();//InitMFRC522在loop（）函數(shù)中，程序首先查早是否在讀卡器附近放置新標(biāo)簽。如果查找到便繼續(xù)loop。否則繼續(xù)尋找。放置新標(biāo)簽后將讀取該標(biāo)簽接著存儲(chǔ)相關(guān)的四字節(jié)UID編號(hào)//Lookfornewcardsif(!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()){return;}//Selectoneofthecardsif(!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()){return;}第一次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將要求錄入無(wú)法更改的UIDMFRC522::MIFARE_Keykey;for(bytei=0;i<6;i++)key.keyByte[i]=0xFF;MFRC522::StatusCodestatus;Stringtag="";for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i]<0x10?"0":""));tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));Serial.print(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));}Serial.println();tag.toUpperCase();if(f==0){for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){host[1][i]=mfrc522.uid.uidByte[i];Serial.print(String(host[1][i],HEX));f++;}接下來(lái)，放置rfid卡檢測(cè)四字節(jié)UID號(hào)是否與保存的UID號(hào)相匹配，如果匹配則通過(guò)改變繼電器高低電平啟動(dòng)電機(jī)，液晶屏顯示W(wǎng)elcomehomefor(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){if(host[1][i]==mfrc522.uid.uidByte[i]||host[2][i]==mfrc522.uid.uidByte[i])//判斷是否和主UID副UID相同e++;}Serial.println(e,f);if(e==mfrc522.uid.size)//e作為標(biāo)識(shí)判斷是否相同{lcd.clear();lcd.print("Welcomehome");Serial.println("right");digitalWrite(Pin,HIGH);//輸出高電平delay(500);digitalWrite(Pin,LOW);//輸出低電平delay(500);delay(500);e=0;delay(5000);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");}如不符合則液晶屏顯示W(wǎng)rongID，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲else{lcd.clear();lcd.print("WrongID");Serial.println("wrong");for(b=0;b<2;b++){//b控制響兩聲for(i=0;i<80;i++)//輸出一個(gè)頻率的聲音{digitalWrite(buzzer,HIGH);//發(fā)聲delay(1);digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲delay(1);//}for(i=0;i<100;i++)//輸出另一個(gè)頻率的聲音{digitalWrite(buzzer,HIGH);//發(fā)聲音delay(2);digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲音delay(2);}}delay(3000);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");e=0;}啟動(dòng)IR庫(kù)#include<IRremote.h>定義代碼指定連接到接收器模塊輸出的引腳intRECV_PIN=6IRrecvirrecv(RECV_PIN);初始化接受IR信號(hào)Irrecv.enableIRIn()if(irrecv.decode(&results))此函數(shù)對(duì)接收到的IR信號(hào)經(jīng)行解碼并將解碼存儲(chǔ)到變量之中，沒(méi)有任何值則返回為0。lcd.begin();開(kāi)啟lcd屏幕。SPI.begin();初始化SPI總線(xiàn)。mfrc522.PCD_Init();初始化MFRC522。本系統(tǒng)使用模塊化的理念，將軟件分為兩大部分。第一部分為直接讀取RFID并判斷是否符合，稱(chēng)其為讀取系統(tǒng)。第二部分為錄入或者重置RFID的部分，稱(chēng)之為錄入系統(tǒng)。5.1讀取系統(tǒng)if(rfid.isCard()){首先判斷是否有RFID卡放置//ReadingfromthecardSerial.println("Findthecard!");if(rfid.readCardSerial()){在串口監(jiān)視器查看RFID的UID編碼Serial.print("Thecard'snumberis:");Serial.print(rfid.serNum[0],HEX);Serial.print("");Serial.print(rfid.serNum[1],HEX);Serial.print("");Serial.print(rfid.serNum[2],HEX);Serial.print("");Serial.print(rfid.serNum[3],HEX);}for(inta=0;a<Host;a++){ 判斷UID是否和錄入的一致for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){if(host[1][i]==mfrc522.uid.uidByte[i]||host[2][i]==mfrc522.uid.uidByte[i])e++;}Serial.println(e,f);)如果一致，LCD液晶顯示器則顯示W(wǎng)elcomehome加錄入編碼，并顯示門(mén)已開(kāi)。if(e==mfrc522.uid.size){lcd.clear();lcd.print("Welcomehome");Serial.println("right");digitalWrite(Pin,HIGH);delay(500);digitalWrite(Pin,LOW);delay(500);delay(500);e=0;delay(5000);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");}如果顯示不一致則顯示Putcardhere，門(mén)不開(kāi)并蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲else{lcd.clear();lcd.print("WrongID");Serial.println("wrong");for(b=0;b<2;b++){//b控制響兩聲for(i=0;i<80;i++)//輸出一個(gè)頻率的聲音{digitalWrite(buzzer,HIGH);//發(fā)聲delay(1);digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲delay(1);//}for(i=0;i<100;i++)//輸出另一個(gè)頻率的聲音{digitalWrite(buzzer,HIGH);//發(fā)聲音delay(2);digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲音delay(2);}}delay(3000);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");e=0;}5.2錄入系統(tǒng)if(irrecv.decode(&results)){//檢測(cè)是否接收到紅外信號(hào)，接收到則啟動(dòng)錄入系統(tǒng)intvalue=results.value;Serial.println(value);按下數(shù)字1的按鍵啟動(dòng)錄入程序，液晶顯示器顯示ENTERNEWID，將RFID卡放置讀卡器switch(value){case12495:按下數(shù)字1的按鍵啟動(dòng)錄入程序lcd.clear();lcd.print("ENTERNEWID");delay(1000);if(!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())return;//選擇一張卡if(!mfrc522.PICC_ReadCardSerial())return;MFRC522::MIFARE_Keykey;for(bytei=0;i<6;i++)key.keyByte[i]=0xFF;MFRC522::StatusCodestatus;Stringtag="";for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i]<0x10?"0":""));tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));Serial.print(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));}Serial.println();tag.toUpperCase();for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){檢測(cè)讀取的UID是否與之前的卡相同，如果相同則自動(dòng)取消存儲(chǔ)，液晶屏顯示SameIDcancell。如果與已經(jīng)錄入的不同，則顯示SUCCESS。if(mfrc522.uid.uidByte[i]==host[1][i]||mfrc522.uid.uidByte[i]==host[2][i]){b++;}}if(b>=mfrc522.uid.size){lcd.clear();lcd.print("SameID");lcd.setCursor(0,1);lcd.print("cancell");b=0;delay(2000);}else{for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){host[2][i]=mfrc522.uid.uidByte[i];Serial.print(String(host[2][i],HEX));}Serial.println("");delay(500);lcd.clear();lcd.print("SUCCESS");delay(3000);}lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");}for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){Serial.println(String(host[1][i],HEX));Serial.print(String(host[2][i],HEX));}按下遙控器按鍵二，重置所有已經(jīng)錄入的UID，并且重新錄入主ID。switch(value){case6375:memset(host,0,sizeof(host));//重置數(shù)組的函數(shù)lcd.clear();lcd.print("ALREADYRESET");delay(500);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");lcd.setCursor(0,1);lcd.print("WIRTENEWID");f=0;}irrecv.resume();//重新啟動(dòng)紅外}5.3實(shí)物演示首先接通電源先顯示W(wǎng)elcometouse如圖5.1

圖5.1

過(guò)幾秒后提示將卡放置讀卡器位置，顯示Putcardhere如圖5.2

圖5.2

接著將卡放置讀卡器，等待讀卡器讀取完信息后顯示W(wǎng)elcomehome，并且聽(tīng)到繼電卡擦聲，如圖5.3器卡的耦合聲，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)代表開(kāi)門(mén)

圖5.3放置未錄入的卡片則顯示W(wǎng)rongID并且蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲如圖5.4

圖5.4

按下按鍵1進(jìn)入錄入系統(tǒng)錄入新的ID顯示ENTERNEWID如果放置的卡片相同則顯示NEWIDCANCELL自動(dòng)取消錄入，跳回原先讀取卡片的界面如圖5.5

圖5.5

如果錄入的ID與主ID不相同則顯示SUCCESS如圖5.6

圖5.6

按下按鍵2進(jìn)入重置系統(tǒng)，顯示ALREADYRESET提示重置完成，如圖5.7

圖5.7

接著顯示PutcardhereWRITENEWID,提示輸入新的ID做為主ID。如圖5.8

圖5.85.4代碼結(jié)構(gòu)圖如圖5.9開(kāi)始開(kāi)始各種初始化各種初始化是否檢測(cè)紅外線(xiàn)重置系統(tǒng)錄入系統(tǒng)按鍵1按鍵2是否檢測(cè)紅外線(xiàn)重置系統(tǒng)錄入系統(tǒng)N是否有卡片放置是否有卡片放置Y蜂鳴器報(bào)警N蜂鳴器報(bào)警是否有相同I是否有相同IDY門(mén)門(mén)鎖打開(kāi)圖5.9此系統(tǒng)完整代碼#include<SPI.h>#include<MFRC522.h>#include<Wire.h>#include<LiquidCrystal_I2C.h>#include<IRremote.h>#defineRST_PIN9#defineSS_PIN10#defineHost2#include<unistd.h>#include<stdio.h>intRECV_PIN=6;IRrecvirrecv(RECV_PIN);decode_resultsresults;inthost[Host][5];MFRC522mfrc522(SS_PIN,RST_PIN);MFRC522::MIFARE_Keykey;//RFIDLiquidCrystal_I2Clcd(0x27,16,2);intbuzzer=8,a,b=0,i,c,z,f=0,e=0,k;//蜂鳴器intPin=3,D=0;//繼電器voidsetup(){irrecv.enableIRIn();lcd.backlight();lcd.init();lcd.print("Welcometouse");delay(700);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");SPI.begin();mfrc522.PCD_Init();Serial.begin(9600);pinMode(Pin,OUTPUT);pinMode(buzzer,OUTPUT);}voidloop(){if(irrecv.decode(&results)){//檢測(cè)是否有紅外信號(hào)輸入intvalue=results.value;Serial.println(value);switch(value){case12495://選擇按鍵1lcd.clear();lcd.print("ENTERNEWID");delay(1000);if(!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())return;//選擇一張卡if(!mfrc522.PICC_ReadCardSerial())return;MFRC522::MIFARE_Keykey;for(bytei=0;i<6;i++)key.keyByte[i]=0xFF;MFRC522::StatusCodestatus;Stringtag="";for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i]<0x10?"0":""));tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));Serial.print(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));}Serial.println();tag.toUpperCase();for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){if(mfrc522.uid.uidByte[i]==host[1][i]||mfrc522.uid.uidByte[i]==host[2][i]){b++;//判斷是否和之間錄入的ID一致}}if(b>=mfrc522.uid.size)//如果一致自動(dòng)取消{lcd.clear();lcd.print("SameID");lcd.setCursor(0,1);lcd.print("cancell");b=0;delay(2000);}else{//否則將ID錄入二號(hào)位for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){host[2][i]=mfrc522.uid.uidByte[i];Serial.print(String(host[2][i],HEX));}Serial.println("");delay(500);lcd.clear();lcd.print("SUCCESS");delay(3000);}lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");}for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){Serial.println(String(host[1][i],HEX));Serial.print(String(host[2][i],HEX));}switch(value){case6375://選擇按鍵2memset(host,0,sizeof(host));lcd.clear();lcd.print("ALREADYRESET");delay(500);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");lcd.setCursor(0,1);lcd.print("WIRTENEWID");//錄入新的IDf=0;}irrecv.resume();}if(!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())return;//選擇一張卡if(!mfrc522.PICC_ReadCardSerial())return;MFRC522::MIFARE_Keykey;for(bytei=0;i<6;i++)key.keyByte[i]=0xFF;MFRC522::StatusCodestatus;Stringtag="";for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i]<0x10?"0":""));tag.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));Serial.print(String(mfrc522.uid.uidByte[i],HEX));}Serial.println();tag.toUpperCase();if(f==0){for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){host[1][i]=mfrc522.uid.uidByte[i];Serial.print(String(host[1][i],HEX));f++;}}Serial.println("");for(bytei=0;i<mfrc522.uid.size;i++){if(host[1][i]==mfrc522.uid.uidByte[i]||host[2][i]==mfrc522.uid.uidByte[i])e++;}Serial.println(e,f);if(e==mfrc522.uid.size){lcd.clear();lcd.print("Welcomehome");//打開(kāi)繼電器開(kāi)關(guān)Serial.println("right");digitalWrite(Pin,HIGH);delay(500);digitalWrite(Pin,LOW);delay(500);delay(500);e=0;delay(5000);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");}else{lcd.clear();lcd.print("WrongID");Serial.println("wrong");//蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲for(b=0;b<2;b++){//b控制響兩聲for(i=0;i<80;i++)//輸出一個(gè)頻率的聲音{digitalWrite(buzzer,HIGH);//發(fā)聲delay(1);digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲delay(1);//}for(i=0;i<100;i++)//輸出另一個(gè)頻率的聲音{digitalWrite(buzzer,HIGH);//發(fā)聲音delay(2);digitalWrite(buzzer,LOW);//不發(fā)聲音delay(2);}}delay(3000);lcd.clear();lcd.print("Putcardhere");e=0;}}5.5本章總結(jié)本章主要講述了此RFID智能門(mén)鎖的軟件部分，對(duì)一些代碼以及系統(tǒng)進(jìn)行了解析，讓讀者更好的學(xué)習(xí)RFID智能門(mén)鎖的原理與使用方法。還有貼上了代碼結(jié)構(gòu)圖，讓讀者更好的去了解整個(gè)RFID智能門(mén)鎖的框架與核心。最后給出完整代碼給閱讀者更好的了解系統(tǒng)。第六章實(shí)體測(cè)試6.1RFID智能門(mén)鎖安全性測(cè)試測(cè)試方法：分別準(zhǔn)備三張RFID卡片，其中一張是已經(jīng)投入市場(chǎng)的RFID門(mén)禁卡，命名為A、B、C卡，分別將兩張卡片都錄入，然后使用第三張未錄入的卡片，測(cè)試是否會(huì)顯示錯(cuò)誤ID。如圖6.1

圖6.1

測(cè)試1錄入A、B卡，先把A卡和B卡分別放置，確認(rèn)無(wú)誤，有錄入系統(tǒng)后在將C卡放置。預(yù)期：A卡和B卡可以使系統(tǒng)解鎖而C卡則會(huì)觸發(fā)蜂鳴器，使它發(fā)出警報(bào)聲。結(jié)果：與預(yù)期的一致。測(cè)試2錄入B、C卡，先把B卡和C卡分別放置，確認(rèn)無(wú)誤，有錄入系統(tǒng)后在將A卡放置。預(yù)期：B卡和C卡可以使系統(tǒng)解鎖而A卡則會(huì)觸發(fā)蜂鳴器，使它發(fā)出警報(bào)聲。結(jié)果：與預(yù)期的一致。測(cè)試3錄入A、C卡，先