一個簡易的校園智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計

黃怡龍 毛麗莎 盧丙芳

摘要：智能門禁卡系統(tǒng)是當(dāng)今世界新科技的代表，也是未來生活能夠進(jìn)入智能化的開端，為人類的生活帶來了便捷化、智能化的收益。以51單片機為核心，外接一個LCD顯示屏電路和鍵盤輸入電路，設(shè)計一個簡易的校園智能門禁系統(tǒng)。該門禁系統(tǒng)可以通過非接觸式讀卡和密碼輸入兩種方案，以及時發(fā)現(xiàn)和記錄針對陌生人進(jìn)出校園信息，來實現(xiàn)校園門禁系統(tǒng)的功能，為校園的安全性管理提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：智能門禁;51單片機;非接觸式讀卡;密碼輸入

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0069-02

Abstract： Intelligent access control is an intelligent administration pattern， which plays an important role in social security.Its core is 51 Single Chip Micyoco （SCM）， and it is connected with LCD display screen and input circuit，which is advantageous to designing a simple intelligent access control system of campus. The access control system uses two modes of contactless card reading and password input to pass. As well as it can find and records information about strangers in time， this creates a safe administration for campus.

Key words： intelligent access control; 51 Single Chip Micyoco; contactless card reading; password input

1 引言

隨著人們生活節(jié)奏的變快，以及科技的飛速發(fā)展，人們生活方式也在不變化。門禁系統(tǒng)的出現(xiàn)，為人類的生活增強了安全感。二十一世紀(jì)，隨著人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，為門禁市場帶來了巨大的機遇和改變。極大地豐富和創(chuàng)新了門禁系統(tǒng)的內(nèi)容。門禁系統(tǒng)已經(jīng)逐漸代替了傳統(tǒng)的門鎖，同時也解決了傳統(tǒng)門鎖鑰匙丟失而導(dǎo)致門不能正常打開的情況。同時也為校園帶來了更強的安全，減少了危險事件的發(fā)生。

科技的飛速發(fā)展的同時，門禁系統(tǒng)也獲得了飛躍式的進(jìn)步，智能門禁系統(tǒng)已經(jīng)從萌芽時期，逐漸成熟起來。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的智能門禁系統(tǒng)主要集中在射頻識別門禁系統(tǒng)和生物識別的智能門禁系統(tǒng)，在生物識別的智能門禁系統(tǒng)中而以每個人的手指指紋采集門禁系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛[1]。隨著電腦對圖像處理和模式感知識別理論以及大規(guī)模集成式電路技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，手指的指紋采集識別系統(tǒng)的體積不斷縮小，它的價格也不斷降低。隨著人們安全意識的提高，人們越來越需要門禁系統(tǒng)，首當(dāng)其沖的就是校園安全。每年全國都會發(fā)生校園危險人物直接進(jìn)入校園的事件，該門禁系統(tǒng)將會減少此類事件的發(fā)生，從而對校園內(nèi)學(xué)生保護(hù)起來。因此，在未來，門禁系統(tǒng)的發(fā)展將被推向高潮。基于此，本文設(shè)計一個基于51單片機的簡易智能門禁系統(tǒng)，用來方便社區(qū)管理服務(wù)，以及校園進(jìn)出人口的安全管理。該門禁系統(tǒng)可以采集整個小區(qū)或者校園的師生信息，如若不是該系統(tǒng)內(nèi)采集的人物信息，將會發(fā)出提示信息。

2 門禁系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 開發(fā)環(huán)境

本門禁系統(tǒng)采用C語言為編程語言，運行環(huán)境為Keil uVision5，電路設(shè)計采用Altium Designer 2016。

2.2 門禁系統(tǒng)的組成

1）控制器

門禁系統(tǒng)的大腦，控制整個系統(tǒng)。

2）讀卡器

門禁系統(tǒng)輸入設(shè)備，感應(yīng)卡和密碼輸入。

3）系統(tǒng)軟件

編寫軟件來控制系統(tǒng)。

4）顯示器

顯示是否進(jìn)入校園成功和是否為本校的人（授權(quán)進(jìn)出校園的用戶）。

5）鍵盤輸入裝置

用于進(jìn)行手動輸入鍵盤區(qū)密碼。

2.3 設(shè)計思路

本門禁系統(tǒng)可以結(jié)合實際，采用兩種設(shè)計方案，通過非接觸式讀卡和密碼輸入兩種方案。

1）非接觸式讀卡

該卡是一張無線射頻電磁卡，無線射頻電磁卡內(nèi)部具有感應(yīng)芯片和電子標(biāo)簽，以及包含接收和發(fā)送電磁信號的天線，電子標(biāo)簽是無線射頻電磁卡的重要部分。并且無線射頻電磁卡具有防水、適應(yīng)信號較差環(huán)境等優(yōu)點，在使用的時候非常方便[2];無線射頻電磁卡的反應(yīng)速度非?？欤転槿藗兊纳罟?jié)約了大部分時間。

2）借助密碼的輸入式

這種方案是以防師生進(jìn)入校園未帶感應(yīng)卡。密碼輸入式是通過亂序鍵盤輸入0～9共10個數(shù)字，與以往固定鍵盤是不同的，這樣減少了在輸入密碼時，以防被陌生人發(fā)現(xiàn)，記住按鍵位置并且進(jìn)行模仿，進(jìn)入校園。鍵盤采用“亂鍵排列”設(shè)計，也就是0～9這共10個數(shù)字在鍵盤上顯示的排列方式并不是固定不變的，而是隨時隨地打開就會不一樣，順序是無規(guī)律的，每次在使用時鍵盤出現(xiàn)的字母和數(shù)字是不一樣的，這樣就極大地降低密碼被他人偷看而導(dǎo)致的密碼泄露，極大地增強了智能門禁系統(tǒng)的安全性。

無論以上哪兩種方案設(shè)計，師生在進(jìn)入校園時，都會產(chǎn)生記錄以及與先前錄好系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)不對之處就會立刻發(fā)出警報。能夠在第一時間避免危險事件的發(fā)生[3]。

2.4 門禁系統(tǒng)密碼鍵盤設(shè)計

門禁系統(tǒng)鍵盤采用4×4的矩陣設(shè)計，如圖1所示。鍵盤上每行每列存在不同功能的按鍵。將這些每行每列聯(lián)合編碼就可以實現(xiàn)對整個按鍵功能的編程設(shè)計，然后將鍵盤與電腦的內(nèi)部總線連接。不同的按鍵在被按下時就會顯示不同的功能。鍵盤各個按鍵的功能設(shè)計如圖2所示。

3 門禁系統(tǒng)的主要功能實現(xiàn)

為門禁系統(tǒng)事先設(shè)置好六位的數(shù)字和字母密碼。密碼被設(shè)置好后，它將被保存在智能門禁系統(tǒng)內(nèi)的寄存器中，并且掉電數(shù)據(jù)也不會丟失，而是永久保留?？梢酝ㄟ^電腦對不接觸的電磁卡進(jìn)行授權(quán)以及注銷。具有自動識別不接觸式的電磁卡功能。如果刷了經(jīng)過系統(tǒng)授權(quán)的不接觸式電磁卡，顯示屏?xí)@示正確卡。如果使用了不接觸式的電磁卡，系統(tǒng)會提示錯誤卡，不能夠開門。如果沒有攜帶不接觸式打電磁卡，可以通過鍵盤手動把密碼輸入進(jìn)去。若用戶輸入的密碼不正確，整個系統(tǒng)就不能夠成功打開門;若用戶輸入的密碼正確，整個系統(tǒng)就能夠成功開門[3]。該門禁系統(tǒng)功能實現(xiàn)的總體框圖如圖3所示，門禁系統(tǒng)的電路圖如圖4所示。

同時該門禁系統(tǒng)能夠?qū)崟r連接電腦，并具有保存用戶數(shù)據(jù)功能，取代了傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)控制進(jìn)出人員的權(quán)利，可以用于存儲進(jìn)出人員信息[4]。當(dāng)然，當(dāng)客戶忘記攜帶不接觸式的電磁卡時，可以通過手動輸入密碼，以驗證用戶的進(jìn)出權(quán)限。此外，保存在電腦中的數(shù)據(jù)可以通過不同的時間段進(jìn)行查詢。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一個簡易的、但功能較為齊全的校園智能門禁系統(tǒng)，目前已初步運用于試點環(huán)境，效果良好，能夠滿足設(shè)計目標(biāo)，為校園生活提供了簡便和相關(guān)的安全保障，減少危險事件的發(fā)生。在智能門禁系統(tǒng)“開門鑰匙”的選擇上，選擇了不接觸式的IC卡，與以往的接觸式IC卡相比有所不同，并有了更多的價值和優(yōu)點，這不僅符合當(dāng)前實際環(huán)境，又加強了人機的交互性，使系統(tǒng)安全性更強等。

當(dāng)然，本設(shè)計中也有存在有待改進(jìn)的地方。在未來的工作中，將對本門禁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計升級，例如，本門禁系統(tǒng)采用了不接觸式的電磁卡和手動輸入密碼方式相結(jié)合的控制方式，但是需要在程序上可以進(jìn)一步去稍做整改，用來減少系統(tǒng)占用資源加快處理速度。將在門禁系統(tǒng)顯示模塊上選用其他的顯示模塊代替原有的LCD顯示模塊，可在長期的使用中減少成本等。此外，在當(dāng)前人工智能與大數(shù)據(jù)時代下，如何通過本地計算機“海量”的存儲各種類別的用戶數(shù)據(jù)（如用戶各類臉部識別數(shù)據(jù)等），并高效地識別，這也將是未來的主要工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 向雅琴.無線門禁系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007.

[2] 肖驍，戈文祺.電氣傳動系統(tǒng)中單片機技術(shù)的應(yīng)用解析[J]. 中國標(biāo)準(zhǔn)化，2017（22）：250-252.

[3] 張麗.基于非接觸式IC卡的智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

[4] 楊國君.單片機技術(shù)在機器人智能控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運用[J]. 電子制作，2018（Z2）：58-59.

【通聯(lián)編輯：梁書】