单片机分享：基于单片机的图书馆刷卡系统设计

主要介绍

  本设计借助STCC52单片机作为处理信息的中枢实现密码开锁的操作和RC522射频模块用于IC卡的采集，IC卡是 用的一系列依循ISO/IEC 14443-A规格，频率为13.56MHZ的多种非接触式智能卡(Mifare卡),矩阵按键用于实现密码 锁功能时的输入，红外接收头VS1838用于实现红外遥控开锁的功能，同时HK4100F继电器、128液晶显示模块、 AT24C02存储芯片模块、红外遥控模块之间的相互配合则用于键盘密码开锁、射频开锁和红外遥控开锁三种模式。输 入正确密码后，系统将调用管理员界面或直接打开电子锁。调出管理员界面后，可以进行IC卡的添加、删除、密码 管理、修改等操作。一旦输入了正确的密码或者读取了有效的IC卡，继电器就会开启，LCD显示屏会指示门已打开， 反之，蜂鸣器将发送警报。
  本设计采用无线射频识别(RFID)技术设计的一种成本低、大众化、安全可靠的中小型门禁红外刷卡系统。如 今中国的集成电路发展迅速，复杂的器件也可以通过集成变得小巧便捷，性能也大幅度提高，便于日常生活的投 入。门禁设计以方便人民群众生活为目的，运用如今的成熟的集成芯片赋予门禁智慧，能产生积极的影响。
关键词：单片机，门禁系统，射频识别，键盘开锁

一、研究内容

  本文主要研究是基于单片机的RFID红外门禁刷卡系统，系统能够读取IC卡号，增加或者删除IC卡，用键盘控制 门禁开锁，用刷卡的方式，远程红外遥控的方式实现门禁开锁，蜂鸣器实现密码输入错误的提示。 该系统由单片 机、RFID射频模块、LCD显示模块、VS1838红外模块、电源模块、报警模块、电子门锁模块和存储模块八部分组成 [9]。系统开机后，当读卡器感知到IC卡， IC卡的ID便被读取，STCC52单片机将收到由串口输送过来的信息。 STCC52 单片机将传输过来的ID与原先设置好的正确ID进行比较。如果比对成功，则锁被解锁，指示灯亮起，表明 门已被打开。同样使用键盘或者遥控器输入密码，也是通过串行接口来传输密码以供单片机进行处理。同时此次设 计也将考虑给人们生活的适配度，门禁系统处于长时间工作下的稳定性，使用符合我国或国际标准的零件为了提高 门禁系统的安全性，设计的系统不能产生有冗余重复的部分，不仅增加了成本也不利于日后管理者的管理以及技术 后勤保障人员的维修。

二、方案论证及元器件选择

2.1 方案设计与论证

2.1.1 方案设计的要求

1、以STCC52单片机为核心中枢处理信息，发布指令，其余的模块均在指令下相互配合，例如通过遥控与按键模块 输入的密码要在存储模块和单片机的配合下进行判断，才能将结果传输到显示模块进行显示的同时控制继电器进而 控制门锁的状态。
2、可以实现三种解锁方式：矩阵密码解锁、射频解锁、红外遥控解锁，三者均可使用。
3、在准备解锁时，如果输入密码不同于储存在AT24C02内注册的密码或者使用未认证IC卡，门关闭的同时蜂鸣器也 将发出鸣叫用于提醒，提醒的信息也将通过液晶屏显示给管理者或者用户；如果输入密码相同于储存在AT24C02内注册的密码或者使用合适的IC卡，门打开的同时，密码符合的字样或者已注册的IC卡卡号将会在显示屏上有所显现。
4、采用价格低廉，可反复擦写的AT24C02存储密码，如若管理者或用户有修改密码的需求，只需连续输入两次 相同的密码，如若不然修改的操作便不能完成，修改的操作完成后AT24C02存储芯片将获得新的开锁密码。 5、通过4*4矩阵键盘的数字键或红外遥控输入六位密码能够进入管理菜单界面，便于管理者实现注册IC卡、删除IC 卡、查询已注册的IC卡、修改密码等功能。

2.1.2 单片机的选择

STCC52相比于另一款芯片STCC51来说，二者差别不大，具体对比如表2-1所示。
表2-1单片机对比表

两款芯片价格差别不大，但STCC52的功能性更强，从经济层面来看选STCC52更好。

三、硬件系统的设计

3.1 系统设计框图

本设计门禁系统在硬件方面主要由模块组成，以单片机STCC52为信息处理中枢，RC522射频模块、矩阵按 键模块与红外遥控模块的作用都是负责输入合适的开锁密码以供控制中枢单片机处理分析，从而引导继电器打开或 者关闭和声光报警，最后能够将处理结果显示在液晶显示屏上。电源供电模块提供稳定电压使系统能够正常运作

图3-1 硬件总体框架

系统软件设计

4.1 主程序流程图
当整个系统通电时，各个模块均开始初始化，屏幕上会显示请输入密码的字样，单片机芯片也会开始扫描键 盘，检测用户按下按键的状况。如若察觉到有按键被按下的情况，系统会立即判断按键是功能键还是数字键。按键A 至按键D均为功能键除去返回、确定两按键外其余则为数字键，如若按键A被按下，便可以进入管理员界面，但需输 入数字密码且必须为6位后，按下确认键，系统会将输入的六位密码与存储的正确密码相对比，只有密码匹对成功才 能跳转到管理员界面，反之密码错误请重新操作的字眼将会显示在液晶屏上来提醒操作者。成功进入管理员界面 后，按键1至按键4可以完成四个不同功能的实现，按键1可立即打开门禁，按键2可进入修改密码服务，按键3可进行 卡片管理操作，按键4可立刻退出系统。按下按键1，便能直接命令继电器的开关，屏幕也会立刻显示门已打开的字 样。按下按键2，即可对密码进行修改，为了保险起见，系统会要求操作者连续输入两次相同的新密码，两次输入的 密码不相同则修改失败，屏幕会显示再按下任意按键将返回菜单界面的提示语来提醒操作者，方便于重新输入密 码。如若修改成功，原先储存在AT24C02内的密码会被抹除取而代之的是新密码。按下按键3，便进入了IC卡的管理 界面。按下功能按键C能向系统注册新的IC卡号，按下功能按键B可以行使删除多余IC卡号的操作，功能按键D屏幕会 显示出注册合格的IC卡号来供管理者查阅。
当使用刷卡解锁时，主要将RC522射频模块采集到的卡片信息与存储芯片中正确的信息相比对，当信息完全匹配 时，门锁便会打开。
软件部分主要包括以下内容的实现：(1)单片机内部EEPROM的读写(2)4×4矩阵键盘的管理(3)红外遥控设 备的管理(4)射频卡的识别读取与收集(5)LCD128液晶的显示。按键图如图4-1所示，实物图如图4-2所示，主 程序的工作流程图如图4-3所示。

图4-1 按键图

图4-3 主程序流程图

图4-2 实物图

总结

  此次的门禁系统设计的灵感来源于生活，RFID射频红外电子密码锁的设计是对现有的密码锁进行完善后的产 物，在设计过程中，要注意功能模块间布局的合理并尽可能美观因此，不管是电路的布线还是软硬件的选择都需要 在合适的同时追求更好。
通过此次的毕业设计，不仅对以前书本上的学到的知识包括STCC52单片机的结构及原理进行知识巩固的同时 由于研究的需要对书本外的知识例如射频模块的信息采集原理，红外遥控的工作原理进行了一定程度的研究，动手 能力有所提高，对国内外的科技形势也随着资料的阅读和探索从而拓展了眼界，给予了我很多的启发与想法。虽然 本次的毕业设计要求基本完成，但由于时间的原因很多方面做的还不够尽善尽美，不过相信随着科技的发展，门禁
刷卡系统的功能也会越来越丰富，越来越贴近大众的生活，应用前景也将越来越广阔。

目录

摘要 1
第1章 绪论 3
1.1 研究背景和意义 3
1.2 国内外研究现状 3
1.3 研究内容 5
第2章 方案论证及元器件选择 5
2.1 方案设计与论证 5
2.2 元器件的选择及功能 6
第3章 硬件系统的设计 8
3.1 系统设计框图 8
3.2 密码输入模块 9
3.3 RFID射频模块 9
3.4 AT24C02和单片机的连接电路 11
3.5 电磁锁控制 11
3.6 红外遥控模块 12
第4章 系统软件设计 14
4.1 主程序流程图 14
4.2 键盘管理程序设计流程 18
4.3 LCD显示模块程序设计流程 18
4.4红外遥控设计流程 19
第5章 系统调试与结果分析 21
5.1 主要系统处理模块的调试 21
5.2 显示与报警模块调试 21
5.3 软硬件的联合调试 22
结论 23
参考文献 24
谢辞 25