基于射频技术的门禁管理系统

引言
基于 ，随着科学水平的不断提高RFID 技术的门禁管理体系越来越成熟。目前已被大学、公司、政府机关等敏感地区使用。它的强大功能已经被人们深刻理解。它已进入人类社会的主要安全领域，并发挥着至关重要的作用。越来越多的管理者意识到门禁管理系统的重要性，并在未来几年可以预见，基于 RFID随着技术的发展， 技术的门禁管理系统将逐渐普及到学校、住宅和公共场所，成为公众熟知的日常设施。本文是对毕业设计的详细描述和分析，将基于 RFID 分析了技术的门禁系统，并进行了改进和发展。市场上大部分是基于 RFID 技术访问控制管理系统的核心结构是使用 51 单片机作为主控制模块，所有设备集成在板上，虽然射频卡识别实现无线传输，但仍不能实现远程控制开门，在现实生活中，没有相应的软件管理系统，无法实现人员信息管理。在此背景下，设计以 为基础RFID 技术的门禁管理系统将着手解决这些问题，RFID 通过 技术实现读卡识别功能ZigBee 模块的无线传输技术实现了远程开门，并设计了配套的软件管理界面，实现人员管理和信息存储。

1 项目概述
1.1 选题背景
在这个科技越来越发达的社会，信息技术早已融入人们的生活，成为不可或缺的一部分。随着生活水平的提高，人们对个人或公共财产的安全和防盗意识逐渐加深，越来越多的研究方向开始向安全系统发展。目前，门禁系统已广泛应用于涉及公共或个人财务安全的主要公司、大学、住宅等场所。它是一个安全系数高的控制和管理系统。机械锁、磁卡锁、密码锁等传统门禁系统在特定条件下存在一定的缺点或安全隐患，难以满足人流量大、人口密集场所的安全要求。目前，为了保证各领域的安全，管理者通常在建筑物主要管理区、工作场所、会议室等安全问题上增加敏感的出入口，不仅可以保证安全，还可以管理进出人员，并运行相对简单快捷的门禁管理系统。因此，一种新的门禁管理系统是基于此。RFID 射频识别技术的访问控制管理系统应运而生。它可以通过射频识别技术动态识别出具进出权限的人来判断是否释放，并管理进出人员的数据和信息，以确保人身和财产的安全。

通过上表的测试，我们可以看到，虽然远程控制客厅灯和报警功能正常，但存在一定的误码。通过多次测试，系统的远程通信误码率小于10%，基本满足预设。主要原因是我们使用的公共信息MQTT受服务器拥堵的影响，服务器的传输速率和正确率得不到保证，可以在后续工作中申请个人独家建设MQTT服务器解决了这种情况。
6.6本章小结
本章主要测试控制系统的功能。分析了测试方法和测试效果，实现了家庭环境温度、湿度、光照监测功能、声光报警功能、远程监测和远程控制功能。测试结果表明，STM32单片机智能家居监控系统能满足系统设计功能的要求。

7结论
本文通过对国内外相关文献和相关市场的调查，分析了国内外智能家居产品的现状和存在的问题。本文从普通家庭的实际需发，实现了一种基于STM32系列单片机智能家居监控系统。系统的功能测试的基础上，验证了系统的功能需求。最终的测试结果表明，本文是基于STM32系列单片机智能家居监控系统在正常工作的基础上满足了相关功能的需求，实现了开发、安装维护成本低、操作简单的目的。
主要完成以下内容：
（1）监测系统集成了温湿度监测、光照监测、声光报警功能、照明控制和远程监测控制功能，通过温湿度传感器模块监测环境温湿度，结合OLED实现家居环境温湿度监测功能的液晶显示屏和手机微信小程序。
(2)系统通过WiFi通信模块与阿里云平台的数据交互实现了手机程序的远程监控功能。
(3)本设计采用市场上常见的即插即用传感器模块，发送故障时可直接更换。
毕业设计的控制系统根据设计理念实现并通过了相关功能测试，但在未来的学习和工作中仍存在一些不足。
1.2 目的和意义
在科学技术飞速发展的今天，各种功能多样化的电子技术产品层出不穷。然而，随着信息技术的推广，市场上的门禁系统逐渐趋于电子化，仅通过门锁或人员监督，人身安全和区域控制无法应对当前的科技手段。因此，在当今高科技设备层出不穷的情况下，我们需要解决的第一个问题是使安全防范系统能够跟上科学技术的发展。门禁系统是目前应用最广泛的安全措施，但目前传统的安全措施存在明显的漏洞和缺陷。原有的安全设备主要由门锁、防盗门、围栏和监控系统组成，安全措施是通过机械门锁禁止无关人员进入，并分配钥匙控制人员的进出权限。这种安全措施不仅容易突破，而且消耗不必要的人力、物力和财力。一旦钥匙丢失或损坏，就需要更换完整的门禁系统。
以 为基础RFID 技术的门禁管理系统可以克服传统门禁系统的各种缺点。
目前，门禁管理系统已成为现代管理的重要手段，并已应用于各大企业和机关。在这些领域
对于财产和人员信息管理敏感的区域，管理者需要加强建筑物内主要管理区域、出入口、仓库存放贵重物品、信息保密设备安置区域等地方的安全防护措施。此时，有必要开发一个安全、高效、简单、快速的访问控制管理系统来识别进出人员的身份权限。本设计是基于 RFID 射频识别技术的访问控制管理系统，重点分析和研究了其中一个重要部门的访问控制管理系统。访问控制管理系统作为保护人身安全和财产安全的重要措施，对未来安全系统的发展具有深远的现实意义。
1.国内外3 门禁系统的研究及发展趋势

1.3.1 国内门禁系统研究现状
门禁系统在国内研究领域发展缓慢。原因是中国起步较欧美发达地区较晚，传统的机械锁、密码锁也用于门锁控制。在一些经济资本雄厚的企业或有政府财政支持的重要机构中，已经采用了非接触式射频识别技术。然而，它仍然不能像国外市场那样得到家庭、住宅和学校的广泛认可。目前，国内智能门禁系统的研究已逐渐从认知教育和实验阶段进入研发阶段。由于吸收了国外早期的发展经验，国内 RFID 技术发展迅速，但仍有许多局限性。例如，国内相关产品的研发缺乏新的理念，无法跳出国外设计和研发的框架。它仍然局限于国外的研发领域，没有创新意识。国外现有的集成模块仍难以大规模独立开发和生产核心部件。
从技术层面来说，国内的门禁系统的自主研发硬件设施与国外的相比依旧有差距，并且相当大一部分是通过购买国外生产厂家所生产的核心部件，例如控制模块、读写器、芯片等等，然后将这些现有的设备进行硬件的改进以及软件系统的二次开发，使之成为适合国内用户的门禁管理系统的一部分。由此可见，国内门禁系统的研发相比于国外略微处于滞后状态，在创新和质量方面仍需努力，但成本相比国外的设备更加低廉。相信在不远的将来国内的 RFID 技术将广泛应用于门禁管理系统。
1.3.国外研究2 门禁系统的现状
国外门禁管理系统的技术应用相对成熟，管理方法科学方便，系统研发处于领先地位，现已在各大场所普及。RFID 技术在国外早已受到各个领域的重视，在门禁系统方面 RFID 技术应用于 RFID 在美国和欧洲的一些发达国家， 卡和读卡器的研究和设计RFID 技术已广泛应用于其重要场所的安全措施。目前，一些外国发达国家已经掌握了 RFID 技术设计和生产的关键技术可以大规模生产相关产品。目前，世界上射频识别卡的主流产品是飞利浦开发的 mifare 技术近年来已广泛应用于门禁安全系统、项目集成系统、安全防护系统、一卡通系统等日常生活中。该技术已制定为国际标准 ISO/IEC14443 U 型 A。目前，绝大多数射频读写器制造商都是基于 mifare 技术原理和 ISO/IEC1443 设计制造为标准。
RFID 技术在国外门禁系统中的应用已进入成熟阶段。该技术已广泛应用于门禁系统的各个地方。主要外国公司大力发展相关技术，积累专业人员，使门禁系统在国外产生垄断趋势。与国内门禁系统相比，国外主要公司对门禁技术的研究已经达到了相对成熟的水平。由于其起步早、发展快，这使得国外门禁系统制造商推出的产品在系统稳定性和功能性方面比国内产品更具优势。然而，它仍然没有在中国得到广泛的应用。主要原因是这些产品虽然功能复杂，性能好，但价格普遍高，操作复杂，大多数人在中国无法理解应用技术。因此，在安装和使用方面需要具有一定专业知识的专业技术人员的支持。
1.3.3 门禁系统的发展趋势
门禁管理系统顾名思义就是一种可以动态控制人员的进出权限，同时还可以准确记录

与此同时，密码在建筑物和信息敏感区域的行为，并给予统计管理的数字进出控制系统，是从传统的机械门锁逐步发展而来的。传统的门禁系统不涉及门锁控制电路和软件系统，只涉及机械门锁、安保人员或监控系统手动控制和记录人员的进出，这无疑有很大的缺点。随着时代的发展，无论机械门锁的设计有多精确，材料有多坚固，人们总是会找到各种方法通过外力破解。而且在正常情况下，机械门锁往往对应一把钥匙，一旦钥匙丢失，出于安全考虑，通常只能更换整个门锁系统。为了解决这个问题，出现了几种新型的电子门锁。主要有电子密码锁和磁卡锁。与传统的机械门锁相比，这两种门锁提高了人们对进出人员信息的管理水平，使门禁管理系统进入电子控制模式。然而，随着这两种门锁的广泛应用，这两种电子门锁的安全系数也很容易被其他人员读写。此外，密码复制后，密码容易被其他人员容易泄露。
目前，随着非接触式感应卡和生物识别技术的出现，门禁系统在各个方面都得到了质的改进。它们在安全性和便利性方面有了质的飞跃，这种智能门禁系统也得到了公众的广泛认可。
2 相关技术
2.1 射频识别技术
本次设计的门禁管理系统所使用的核心技术是射频识别(RFID)技术，该技术是一种非接触的自动识别技术。该技术自 20 世纪八十年代以来日趋成熟,是一种逐步在现代社会中流行的自动识别技术。它的技术实现过程是利用射频信号通过空间耦合如交变磁场或电磁场，来进行无接触的信息传递，在传递信息的同时需要接收设备接受信号并完成识别[1]。射频识别也被称为无线电识别，它源自无线电通信技术，其基本原理是利用射频的方式进行非接触的双向通信以达到识别与数据交换的目的[2]。射频识别技术在应用到了电磁场的性质，使得在进行信息识别时具有无需接触，传播途径不可见，信息识别可靠的特点。这使得在采集和处理相关信息时具有识别距离合适、适应各种极端条件，信息收集处理迅速等优势，射频识别技术的广泛应用和快速发展对于无线传输领域的进步具有里程碑意义，为今后门禁系统的发展奠定了坚实的基础。
2.1.1 射频识别技术基本原理
一般情况下，射频识别技术的应用系统通常由 RFID 高频读卡器和高频 RFID 卡组成以及应用软件系统组成，其原理如图 2-1 所示。

系统上电后，首先进行设备初始化，各模块以及串口初始化完成后，ZigBee模块将通过程序中预设的账号名称及密码连接到服务器，然后系统执行主程序，各传感器每秒采集一次数值并提供OLED模块实时显示，系统每五秒向服务器发送一次相关的信息，其中包括温度、湿度、传感器数值，以及客厅灯LED和报警器BEEP的工作状态。并且软件我们可以向设备下发关灯和关闭声光报警的指令。
在程序端，我们可以通过程序的主页面实时查看设备所在地的天气情况，以及实时查看家居环境中的温度、湿度和光照度数值情况，并且可以实现远程监测和远程控制客厅灯和报警器的功能，程序端进入界面与接收到服务器数据如图6-5，6-6所示。
图 2-1 射频识别技术原理图
Fig.2-1 Radio Frequency Identification Technology Principle Diagram
读写器一般与计算机配合使用以实现对 RFID 卡的识别和对数据信息的管理。它一般由控制单元，高频通讯模块组成，一般与天线组合使用才能收发信息。而射频卡则是一种无源的应答器，主要有一块集成电路芯片和天线组成，如图 2-1 所示，其内部结构包括射频前端，逻辑控制和存储器，同时也被称为应答器或电子标签[3]。
所谓的智能家居，归根到底还是为了住户的服务，旨在为住户提供更加舒适方便、智能协调、安全环保的居家环境。而随着互联网的快速发展�