一個簡易的校園智能門禁系統的設計

黃怡龍 毛麗莎 盧丙芳

摘要：智能門禁卡系統是當今世界新科技的代表，也是未來生活能夠進入智能化的開端，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，設計一個簡易的校園智能門禁系統。該門禁系統可以通過非接觸式讀卡和密碼輸入兩種方案，以及時發現和記錄針對陌生人進出校園信息，來實現校園門禁系統的功能，為校園的安全性管理提供了有力保障。

關鍵詞：智能門禁;51單片機;非接觸式讀卡;密碼輸入

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：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

隨著人們生活節奏的變快，以及科技的飛速發展，人們生活方式也在不變化。門禁系統的出現，為人類的生活增強了安全感。二十一世紀，隨著人工智能、云計算、物聯網等技術的發展，為門禁市場帶來了巨大的機遇和改變。極大地豐富和創新了門禁系統的內容。門禁系統已經逐漸代替了傳統的門鎖，同時也解決了傳統門鎖鑰匙丟失而導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生。

科技的飛速發展的同時，門禁系統也獲得了飛躍式的進步，智能門禁系統已經從萌芽時期，逐漸成熟起來。目前，國內外生產和使用的智能門禁系統主要集中在射頻識別門禁系統和生物識別的智能門禁系統，在生物識別的智能門禁系統中而以每個人的手指指紋采集門禁系統應用最為廣泛[1]。隨著電腦對圖像處理和模式感知識別理論以及大規模集成式電路技術的不斷發展與成熟，手指的指紋采集識別系統的體積不斷縮小，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，首當其沖的就是校園安全。每年全國都會發生校園危險人物直接進入校園的事件，該門禁系統將會減少此類事件的發生，從而對校園內學生保護起來。因此，在未來，門禁系統的發展將被推向高潮?；诖?，本文設計一個基于51單片機的簡易智能門禁系統，用來方便社區管理服務，以及校園進出人口的安全管理。該門禁系統可以采集整個小區或者校園的師生信息，如若不是該系統內采集的人物信息，將會發出提示信息。

2 門禁系統的設計

2.1 開發環境

本門禁系統采用C語言為編程語言，運行環境為Keil uVision5，電路設計采用Altium Designer 2016。

2.2 門禁系統的組成

1）控制器

門禁系統的大腦，控制整個系統。

2）讀卡器

門禁系統輸入設備，感應卡和密碼輸入。

3）系統軟件

編寫軟件來控制系統。

4）顯示器

顯示是否進入校園成功和是否為本校的人（授權進出校園的用戶）。

5）鍵盤輸入裝置

用于進行手動輸入鍵盤區密碼。

2.3 設計思路

本門禁系統可以結合實際，采用兩種設計方案，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，無線射頻電磁卡內部具有感應芯片和電子標簽，以及包含接收和發送電磁信號的天線，電子標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、適應信號較差環境等優點，在使用的時候非常方便[2];無線射頻電磁卡的反應速度非?？?，能為人們的生活節約了大部分時間。

2）借助密碼的輸入式

這種方案是以防師生進入校園未帶感應卡。密碼輸入式是通過亂序鍵盤輸入0～9共10個數字，與以往固定鍵盤是不同的，這樣減少了在輸入密碼時，以防被陌生人發現，記住按鍵位置并且進行模仿，進入校園。鍵盤采用“亂鍵排列”設計，也就是0～9這共10個數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，順序是無規律的，每次在使用時鍵盤出現的字母和數字是不一樣的，這樣就極大地降低密碼被他人偷看而導致的密碼泄露，極大地增強了智能門禁系統的安全性。

無論以上哪兩種方案設計，師生在進入校園時，都會產生記錄以及與先前錄好系統里的數據進行比較，若發現不對之處就會立刻發出警報。能夠在第一時間避免危險事件的發生[3]。

2.4 門禁系統密碼鍵盤設計

門禁系統鍵盤采用4×4的矩陣設計，如圖1所示。鍵盤上每行每列存在不同功能的按鍵。將這些每行每列聯合編碼就可以實現對整個按鍵功能的編程設計，然后將鍵盤與電腦的內部總線連接。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計如圖2所示。

3 門禁系統的主要功能實現

為門禁系統事先設置好六位的數字和字母密碼。密碼被設置好后，它將被保存在智能門禁系統內的寄存器中，并且掉電數據也不會丟失，而是永久保留。可以通過電腦對不接觸的電磁卡進行授權以及注銷。具有自動識別不接觸式的電磁卡功能。如果刷了經過系統授權的不接觸式電磁卡，顯示屏會顯示正確卡。如果使用了不接觸式的電磁卡，系統會提示錯誤卡，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去。若用戶輸入的密碼不正確，整個系統就不能夠成功打開門;若用戶輸入的密碼正確，整個系統就能夠成功開門[3]。該門禁系統功能實現的總體框圖如圖3所示，門禁系統的電路圖如圖4所示。

同時該門禁系統能夠實時連接電腦，并具有保存用戶數據功能，取代了傳統門禁系統控制進出人員的權利，可以用于存儲進出人員信息[4]。當然，當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，以驗證用戶的進出權限。此外，保存在電腦中的數據可以通過不同的時間段進行查詢。

4 結束語

本文設計了一個簡易的、但功能較為齊全的校園智能門禁系統，目前已初步運用于試點環境，效果良好，能夠滿足設計目標，為校園生活提供了簡便和相關的安全保障，減少危險事件的發生。在智能門禁系統“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點，這不僅符合當前實際環境，又加強了人機的交互性，使系統安全性更強等。

當然，本設計中也有存在有待改進的地方。在未來的工作中，將對本門禁系統進行設計升級，例如，本門禁系統采用了不接觸式的電磁卡和手動輸入密碼方式相結合的控制方式，但是需要在程序上可以進一步去稍做整改，用來減少系統占用資源加快處理速度。將在門禁系統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，在當前人工智能與大數據時代下，如何通過本地計算機“海量”的存儲各種類別的用戶數據（如用戶各類臉部識別數據等），并高效地識別，這也將是未來的主要工作。

參考文獻：

[1] 向雅琴.無線門禁系統的設計與研究[D].武漢：華中科技大學，2007.

[2] 肖驍，戈文祺.電氣傳動系統中單片機技術的應用解析[J]. 中國標準化，2017（22）：250-252.

[3] 張麗.基于非接觸式IC卡的智能門禁系統的設計與開發[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[4] 楊國君.單片機技術在機器人智能控制系統的協調運用[J]. 電子制作，2018（Z2）：58-59.

【通聯編輯：梁書】