摘 要
门禁系统是一种面向人们生活的社区，家庭，旅馆等地方，并且可以通过一个锁一张卡进行独立管理，或者一个锁多张卡进行集中管理的系统。本文设计了一种使用方便，安全性高的基于单片机的RFID门禁系统。
本设计主要利用STC89C52单片机对系统进行控制，由最小系统、射频识别模块、液晶显示模块等组成的硬件系统，以及通过C语言开发程序进行代码的设计和编写的软件系统，最终实现射频识别功能以及密码识别功能。本设计的目标是使设计出来的系统能提高安全指数，刷卡识别准确，给生活带来方便，被更多人所应用。
结果表明本设计很好地实现了射频识别功能以及密码识别功能，预期功能全部实现。使用单片机进行控制保证了系统的稳定性，RFID技术的应用使得门禁系统的管理和使用更加方便和安全。RFID技术已经被应用在了便携式和小型轻量化方向上的许多电子产品中，且已经开发出了许多的非接触式RFID卡控制系统。目前，非接触式RFID卡已经在公交卡、金融卡、门禁卡、校园一卡通等许多领域得到了广泛的应用。这使人们在实际生活中不需要为环境是否安全而困扰，也让许多管理更加详细，高效和准确。
关键词：RFID； 门禁系统； 液晶显示； 单片机控制
1 项目总体设计
本项目基于单片机的RFID门禁系统设计由：STC89C52单片机、矩阵键盘、12864液晶显示、报警、继电器驱动模块、RFID-RC522射频识别模块、AT24C02存储模块组成。通过密码识别和射频识别控制门锁，构成完整的门禁系统。由如下模块组成：
（1）最小系统模块：STC89C52单片机作为系统的主控制器，接收密码识别模块和射频识别模块的信息[21]，经过处理再传递到液晶显示模块和继电器驱动模块；
（2）液晶显示模块：LCD12864液晶显示屏，接收密码识别模块和射频识别模块的信息，显示密码或RFID卡是否正确，是否可以通过；
（3）密码识别模块：由存储器、解调器、键盘等组成，通过对键盘输入密码信息进行分析识别，最终传递到液晶显示模块，实现密码识别功能[1]；
（4）射频识别模块：首先通过MFRC522读卡器读取用户的RFID卡信息，然后读取的信息用来识别RFID卡是否为已注册卡，最终传递到液晶显示模块，实现RFID卡识别功能[17]；
（5）AT24C02存储模块：读卡器读取到RFID卡信息之后，信息会存储在AT24C02中，这时单片机再接收到新的数据，就可以和AT24C02中的信息作比较，看信息是否相同，从而决定开关门[12]。
（6）继电器驱动模块：接收到的新的信息与AT24C02中存储的信息进行比较之后，结合蜂鸣器和指示灯[4]，控制电磁锁的吸合，进而控制门的状态。
本系统结构框图如图1.1所示。
图1.1 系统结构框图
电源供电后，单片机通过对RFID卡信息和按键输入信息进行处理，经转换后传输给步进电机驱动电路、液晶显示电路、报警电路，完成系统的运行。
2 项目硬件设计
2.1 单片机控制模块
2.1.1 单片机型号选择
基于单片机的RFID门禁系统设计，对单片机存储空间的要求是有拥有4K字节EEPROM。其次为了保证系统更好地运行，要选用稳定性高的控制器，还要考虑到价格、编程下载难易程度等方面。基于此有以下两种方案可供选择。
方案一：主控制器选用STC89C52单片机[16]。该单片机可以满足对单片机存储空间的要求拥有4K字节EEPROM。具有低功耗、高性能、可直接使用串口下载的特点。STC89C52单片机具有开发简单[3],可在线编程下载,成本相对较低的优点。
方案二：主控制器选用AT89S52单片机[7]。AT89S52单片机的内部存储器密度高，而且在断电之后，其内部存储的信息会保存起来。该单片机自带2KB的EEPROM存储空间、8K字节程序存储空间[8]。适用于常规编程器。但是AT89S52的价格相对来说比较高，开发方法相对复杂，难度较高。
综上，与AT89S52单片机相比，STC89C52单片机开发难度较低、稳定性高，而且价格在可以接受的范围内，结合本设计预期实现的功能对产品性能的要求，最终决定使用STC89C52单片机作为主控制器。
2.1.2 单片机的引脚说明
STC89C52单片机共有32位I/O口线，引脚图如图2.1所示。本设计刚好需要32个，其中11个I/O口与LCD12864液晶显示模块相连接，使其能显示信息；1个I/O口与蜂鸣器报警模块相连接，使其发出声音；8个I/O口与按键模块相连接，使按键可以使用；RFID模块需要5个，AT24C02存储模块需要1个，复位电路需要1个，时钟电路需要2个，继电器驱动模块需要1个，下载口需要2个。STC89C52单片机的工作电压为5V。
图2.1 STC89C52单片机引脚图
单片机的下载接口如图2.2所示，单片机的P30与P31管脚作用是下载相关的程序[8]，与下载接口相连，用来下载程序。
图2.2 下载接口原理图
3 项目软件设计
3.1 软件开发环境及流程
本设计选用Keil μVision4软件作为单片机的开发环境，该软件开发环境稳定，界面完整，而且支持C语言开发，该软件的运行显示界面如图3.1所示。
图3.1 软件开发界面图
开发时，第一步要在软件中创立一个新的工程文件，点击"New Vision Project"[6]，然后给刚刚创建的工程起一个名字，接下来点击保存，下一步因为本设计选用的是STC89C52单片机，所以点击本设计的单片机型号"STC89C52"；这样就成功建立了一个工程，选择"Source Group"按键，可添加.c文件，如果想编辑文件，可以点击"Add"。Keil μVision4软件开发流程如图3.2所示。
图3.2 Keil μVision4软件开发流程图
4 项目调试
4.1 电路焊接
（1）清理焊接点：清除电路板上的锈迹，除去附着在表面上的附着物，例如不必要的焊锡，并露出铜箔的颜色。清理掉电源线的外壳，用刀片轻轻刮蹭，直到露出铜色。
（2）电烙铁通电，等到电烙铁达到一个合适的温度，大概是260度左右时，将电烙铁接触焊锡，并在焊料熔化时立即进行焊接。此时，在电路板铜箔表面上的焊锡应该是半球形。
（3）将导线与焊锡一起放置，并迅速将烙铁放置在导线旁边，焊锡熔化附着在导线上，形成类似于火柴头的形状。
（4）这时导线和电路板铜箔上面均带有焊锡，把他们两个放在一起，利用电烙铁的温度，导线和电路板铜箔会连接在一起，这步焊接就完成了。
（5）注意事项：焊锡粗细不一，我们可以根据焊点的大小来选择。另外，电烙铁的温度也要保持不是特别高，不然松香挥发的快，温度过低也不可以，这样会导致焊接的不够牢固。
在焊接的过程中，将电路板对着原理图进行检查，发现出现了元件方向弄错的问题。解决方法是，对照电路图，确定好该元件的方向，使用吸锡器进行吸锡，把焊错的元件拆下来，重新焊接。
焊接完成后，发现LED指示灯不亮，使用万用表检测是否存在短路与断路等情况，在需要检测的元件或导线的两端分别用两支表笔连通，发现当检测到有些地方时表笔不响，说明电路有问题，接下来对有问题的地方重新焊接。
由于本设计的布线比较复杂，在焊接之前要细心地研究电路图，防止焊接位置错误。如果在焊接时焊锡不够用，加焊锡时要格外小心，因为如果加太多的话，用电烙铁继续焊接时就容易因为焊锡过多而不小心牵连到其它器件。如果遇到焊锡过多的问题，可以用电烙铁放在焊接处来回滑动，这样电烙铁就会将多余的焊锡带走，去除焊锡的另外一个方法是吸锡器，使用十分方便。焊接完毕后的实物图如图4.1所示。
图4.1 焊接实物图
4.2 系统程序调试
（1）首先在Keil μVision4软件中创建一个新的工程：单击菜单栏中的"工程"并为新工程命名，命名后进行保存；选择单片机型号为"STC89C52"；
（2）代码编写与保存：然后在新建的文本中编写本设计的源代码，编写完成之后，对文件进行保存，注意命名为".c"文件[11]，这样就完成了本设计代码的编写。在新建的空白文本中编写程序源代码，在编码完成后保存文件，文件拓展名"设计名称.c"，新文件创建完成；
（3）程序编译和调试：点击编译按键，让刚刚编写的代码运行，在下面的结果显示框中，可以看到运行是否正确与出现错误的地方[6]，根据错误提示把代码修改成正确的，直到提示没有错误且实物功能均符合要求为止。
在编译程序的过程中，编译结果显示有两处错误，根据错误提示，发现在LCD12864初始化部分，源代码末尾没有加分号，加上分号之后，重新编译，结果没有错误。
还有一处错误是在连续三次输入错误密码，蜂鸣器报警部分，发现没有编写"BeepNum=10"，加上该部分代码后，重新编译，结果没有错误。
最后结果显示界面如图4.2所示。
图4.2 程序无错误显示图
4.3 实物调试
根据本设计预期实现功能，对实物进行调试
（1）LCD12864液晶显示屏显示刷卡是否成功与密码是否正确等状态；
（2）系统集成两种解锁方式：RFID卡解锁、密码解锁，在忘记带RFID卡时可通过密码进行解锁；
（3）刷卡之后，通过MFRC522读卡器可以读取到卡内的信息，信息匹配成功继电器吸合门锁打开，十秒左右会自动关闭门禁；如果匹配失败声光报警提醒；
（4）可以通过管理界面进行RFID卡的注册和注销，同时也可以进入管理界面，把原密码修改为新密码。
（5）4×4矩阵键盘定义，分别为数字键、进入管理键、切换上一项键、切换下一项键、退格键、确定键、返回上一级菜单键。
本设计的所有功能均能实现，实物如图4.3所示。
图4.3 设计实物图
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