基于物聯(lián)網(wǎng)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(已修改)

　

【正文】 基于物聯(lián)網(wǎng)的門禁系統(tǒng)設(shè)計 四川理工學(xué)院 大學(xué)生創(chuàng)新基金項目結(jié)題報告書 基于物聯(lián)網(wǎng)的門禁系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生：黃勝剛 學(xué) 號： 專 業(yè)：自動化 班 級： 指導(dǎo)教師：譚飛 四川理工學(xué)院自動化與電子信息系 二 O 一二 年 四 月 摘 要 深入分析了國內(nèi)安防門禁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和社會需求后，我們設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的無線門禁控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過 RFID 射頻識別技術(shù)對射頻卡進行讀寫操作，使之賦予相應(yīng)的開門權(quán)限，再通過 zigbee 無線通信技 術(shù)將實時數(shù)據(jù)，如權(quán)限發(fā)送給各個門禁點，并且將門禁點的實時數(shù)據(jù)，如進出情況上傳至管理中心統(tǒng)一備案管理。整個流程由 MSP430 單片機作為主控芯片，協(xié)調(diào)各方面的工作。 本系統(tǒng)實現(xiàn)了管理中心對各個門禁點的完全無線的實時監(jiān)控、管理和控制，并對各個門禁節(jié)點的人員出入情況作實時備案。 關(guān)鍵詞：門禁， zigbee ， RFID ，物聯(lián)網(wǎng) ， MSP430 Abstract: We design a wireless access controls system based on the Inter of things after a depth analysis of the status of development and social requirements of the domestic security entrance guard system. It does read and write operations on the radio frequency card through the technology of RFID to give the corresponding open access and send the realtime data, such as access to each access point through the zigbee wireless munications and upload the realtime datas ,such as the statement of in and out to management center for unified recording management. The msp430 will be the Master Chip to do coordination of various work in the whole process. This system realizes the management center to each of the wireless access point pletely realtime monitoring, management and control, and to each entrance guard node of the personnel for realtime in the record. Key words: access controls entrance guard , zigbee, RFID,ier of things, MSP430 目 錄 第一章 前言 1 國內(nèi)門禁系統(tǒng)發(fā)展情況 1 門禁系統(tǒng)誕生的社會背景 1 門禁系統(tǒng)發(fā)展歷程 1 門禁系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 2 門禁系統(tǒng)的社會需求 3 門禁系統(tǒng)社會需求 3 無線門禁系統(tǒng)的優(yōu)勢和難點 3 基于物聯(lián)網(wǎng)的門禁系統(tǒng)主要功能和特點 4 主要功能 4 主要特點 5 第二章 知識背景 6 物聯(lián)網(wǎng)介紹 6 物聯(lián)網(wǎng)簡介 6 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 6 Zigbee 無線通信技術(shù)介紹 7 什么是 Zigbee 技術(shù) 7 Zigbee 技術(shù)的性能特點 7 Zigbee 無 線傳輸網(wǎng)絡(luò)簡介 8 ZSTACK 簡介 10 單片機介紹 11 單片機特點 11 單片機的應(yīng)用 12 RFID 射頻識別技術(shù)介紹 12 什么是 RFID 技術(shù) 12 RFID 基本組成部分 12 工作原理簡介 13 RFID 應(yīng)用領(lǐng)域 14 RFID 工作頻段 14 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 15 硬件系統(tǒng)概述 16 系統(tǒng)框架概述 16 硬件系統(tǒng)模塊概述 16 Zigbee 無線通信模塊 17 WGM2430 型 zigbee 無線通信模塊簡介 17 WGM2430 型 Zigbee 無線通信核心芯片 cc2430 芯片概述 18 RFID 模塊 20 M104B 特點 20 M104B 型讀卡器核心射頻芯片 MFRC522 簡介 21 單片機模塊 22 主控芯片 MSP430F149 芯片概述 22 MSP430F149 微控制器模塊原理圖 24 人機界面模塊 25 液晶 25 鍵盤查閱 26 數(shù)據(jù)端口 27 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 Zigbee 模塊軟件設(shè)計： 27 協(xié)調(diào)器工作流程圖 27 開始 28 發(fā)送組網(wǎng)命令 28 終端工作流 程圖 33 RFID 工作流程圖流程圖： 37 第五章 測試效果 45 zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)測試 45 MCU 和人機接口模塊 PCB 圖 46 第六章 總結(jié)與展望 47 總結(jié) 47 展望 47 參考文獻 48 致 謝 49 第一章 前言 國內(nèi)門禁系統(tǒng)發(fā)展情況 門禁系統(tǒng)誕生的社會背景 當(dāng)今社會是科學(xué)技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展的信息時代。人們正感受著高科技給他們帶來的極大方便和益處，同時，人們對于高科技服務(wù)于生活的要求也越來越高。但隨著科技的發(fā)展，也帶來了許多不安全的方面 。例如，運用高科技手段進行盜竊、搶劫和間諜等萬巳罪行為與日增多。怎樣才能使人們的安全防范措施跟得上科技的發(fā)展、更有效的阻止這些犯罪行為的侵犯呢 ?僅僅依靠普通的門鎖、防盜門或者監(jiān)控、報警等系統(tǒng)是不夠的。于是智能門禁系統(tǒng)在千呼萬喚中應(yīng)運而生。 傳統(tǒng)的門鎖僅僅是單純的契合性機械裝置，無論它的結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜堅固，一把在街頭就可以配制的鑰匙就能打開，并且不留痕跡。如果鑰匙遺失連帶門鎖也要一起更換。為了彌補這些缺點，又產(chǎn)生了磁卡門禁系統(tǒng)。用磁卡控制鎖，各種性能均有所提高，但由于磁條存儲的信息量小，磁卡與讀卡器之間容易產(chǎn)生 機械磨損，并且讀卡器的刷卡口容易被人為破壞，它的安全性和可靠性便受到限制。隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)和管理的發(fā)展，各種酒店、賓館、寫字樓、智能大廈、政府機關(guān)和企事業(yè)單位、高級物業(yè)管理部門等，對門禁系統(tǒng)的需求正發(fā)生著重大的變化，其核心是對門鎖及其開啟、關(guān)閉實現(xiàn)智能化管理。 電子門鎖是近幾年隨著電子計算機技術(shù)，尤其是智能 IC 卡應(yīng)用技術(shù)的提高發(fā)展起來的，隨之而產(chǎn)生的接觸式智能 IC 卡和密碼鍵盤門禁系統(tǒng)也越來越被人們重視和使用。電子計算機作為系統(tǒng)管理主機，通過聯(lián)接系統(tǒng)的各個讀卡器 即開門控制器 管理門鎖。智能 IC 卡具有存儲運 算功能，經(jīng)初始化和授權(quán)后成為控制門鎖開和關(guān)的特殊鑰匙，從而便構(gòu)成一個現(xiàn)代化的門禁系統(tǒng)。 但是隨著接觸式智能 IC 卡門禁系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模的擴大，其本身不可克服的缺點成了它進一步發(fā)展的絆腳石，如接觸磨損、難以維護、基礎(chǔ)設(shè)施投入大等。隨著信息業(yè)和服務(wù)業(yè)的全球化，社會對信息載體的便攜性、高安全性及容易使用等方面提出更高的要求，于是非接觸式智能卡以其無機械磨損、容易維護、方便使用等優(yōu)點，成為智能卡潛力最大的新軍而倍受業(yè)界矚目。非接觸式門禁系統(tǒng)是當(dāng)今最具有用在各種場合均有大量應(yīng)用的機械鎖方面；機電一體化控制處理模塊，主要應(yīng)用 在各種獨立的，安全防范級別要求不高，且無需隨時檢測系統(tǒng)運行的環(huán)境中；全電子型控制處理模塊，是當(dāng)今門禁系統(tǒng)的真實代表。正是由于數(shù)字化的大量普及，高性能數(shù)字電路的不斷完善，各種保護電路的不斷改進，各種芯片的大幅降價，使得全世界的設(shè)計師有機會設(shè)計出性能千姿百態(tài)、結(jié)構(gòu)不斷推陳出新、性價比極高的優(yōu)秀產(chǎn)品。門禁系統(tǒng)所有的功能、概念、組態(tài)方式均是出自控制處理模塊這一門禁系統(tǒng)的靈魂中心，它能充分地表現(xiàn)出門禁系統(tǒng)對安防工作以及對日常管理工作的真實貢獻。 在讀卡器及卡方面，由于磁卡、接觸式 IC 卡對操作環(huán)境的要求較高，磁卡及 IC 卡本身的工作有一定壽命期，再加之識別過程中操作者的動作和所需時間明顯多于非接觸式卡，因而，雖然磁卡、接觸式 IC 卡、讀卡器在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中還有一部分市場，但從發(fā)展趨勢上看，除賓館鎖外，磁卡 IC 卡讀卡器已在逐步快速地退出門禁系統(tǒng)市場。 勢必將全面取代磁卡、 IC卡市場的是目前發(fā)展勢頭正旺的非接觸式 D卡和 IC卡。非接觸式卡和讀卡器的關(guān)鍵技術(shù)掌握在歐美國家和部分亞洲國家中，但真正形成大批量生產(chǎn)的廠家還只有美國；德國、英國次之；日本、臺灣、新加坡處于同一檔次；中國還正在起步跟進。 Aamp。S 安全雜志 2020 年底的“十大門禁 品牌 評選中，共收到全國內(nèi)門禁品牌近千家，產(chǎn)業(yè)規(guī)模年銷售達 1000 萬以上的企業(yè)卻不足百家， 70%的門禁企業(yè)廠商分布在珠江三角洲，根據(jù)廣州主辦的 2020 年 12 月 4 日中國智能建筑品牌獎頒獎中，榮獲 2020 年十大門禁識別系統(tǒng)品牌獲的企業(yè)有 排名不分先后 ： DDS、西門子、深圳達實智能、門吉利、杭州立方、英格索蘭、深圳捷順、英特韋特、科松電子、歐品 OPEN 另外根據(jù) Aamp。S 雜志在 2020 年的十大品牌調(diào)查中， HID、捷順、 honeywell、科松、中控、 DDS、披克、門吉利、 GE、深圳達實智能，對比中 70%的企業(yè)基本 相同 根據(jù)相關(guān)資料顯示， 20202020 年在中國國內(nèi)門禁市場中以 RFID 為主的門禁系統(tǒng)市場規(guī)模大約有 25~30 億左右，指紋門禁系統(tǒng)約 4 億元人民幣。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國從事以安防門禁產(chǎn)品經(jīng)營的企業(yè)包括系統(tǒng)工程商共有一萬多家，在主營業(yè)務(wù)中包含 門禁 的企業(yè)數(shù)量 2780 家，含安防報警門禁業(yè)務(wù) 1447 家，分布情況，廣東 3857 家、上海 1452 家、北京 1139 家、江蘇 796 家、浙江 632 家、福建 366 家、山東 349 家、遼寧 203 家、湖北 205 家企業(yè)等。 20%~25%以上的快速增長， 2020 年中國安防門禁系統(tǒng)及配 套 含身份識別的智能卡部分及電鎖等 產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌鲆?guī)模將達到 180 億。 圖 24 ZStack 流程圖 單片機介紹 將中央處理器、存儲器、 I/O 接口電路以及連接它們的總線都集成在一塊芯片上的計算機叫單片機，又稱微控制器（ MCU）。 單片機特點 單片機有著的特點，主要： 品種多樣，型號繁多。 CPU 從 1 32 到 64 位，有些還采用 RISC 技術(shù) 二、提高性能，擴大容量。集成度已達 200 萬個晶體管以上。指令執(zhí)行周期減到數(shù)十微秒。存儲器容量 RAM 發(fā)展到 1K、 2K， ROM 發(fā)展到 32K、 64K 三、增加控 制功能，外部接口。現(xiàn)今單片機已發(fā)展到在一塊含有 CPU 的芯片上，除嵌入 RAM、 ROM 存儲器和 I／ O 接口外，還有 A／ D、 PWM、 U ART、 Timer／Counter、 DMA、 Watchdog、 Serial Port、 Sensor、 driver、還有顯示驅(qū)動、鍵盤控制、函數(shù)發(fā)生器、比較器等，構(gòu)成一個完整的計算機應(yīng)用系統(tǒng) 四、低功耗。供電電壓從 5V 降到 3V、 2V 甚至 1V 左右。工作電流從 mA 級降到μ A 級。 單片機的應(yīng)用 目前單片機各個領(lǐng)域 。單片機因為具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展 靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中。 。用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 。現(xiàn)在的大量的家用電器的控制部分都采用單片機。 。 。 RFID 射頻識別技術(shù)介紹 什么是 RFID 技術(shù) 射頻識別 RFID（ Radio Frequency IDentification）技術(shù)，又稱