一个简易的校园智能门禁系统的设计

黄怡龙 毛丽莎 卢丙芳

摘要：智能门禁卡系统是当今世界新科技的代表，也是未来生活能够进入智能化的开端，为人类的生活带来了便捷化、智能化的收益。以51单片機为核心，外接一个LCD显示屏电路和键盘输入电路，设计一个简易的校园智能门禁系统。该门禁系统可以通过非接触式读卡和密码输入两种方案，以及时发现和记录针对陌生人进出校园信息，来实现校园门禁系统的功能，为校园的安全性管理提供了有力保障。

关键词：智能门禁;51单片机;非接触式读卡;密码输入

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：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

随着人们生活节奏的变快，以及科技的飞速发展，人们生活方式也在不变化。门禁系统的出现，为人类的生活增强了安全感。二十一世纪，随着人工智能、云计算、物联网等技术的发展，为门禁市场带来了巨大的机遇和改变。极大地丰富和创新了门禁系统的内容。门禁系统已经逐渐代替了传统的门锁，同时也解决了传统门锁钥匙丢失而导致门不能正常打开的情况。同时也为校园带来了更强的安全，减少了危险事件的发生。

科技的飞速发展的同时，门禁系统也获得了飞跃式的进步，智能门禁系统已经从萌芽时期，逐渐成熟起来。目前，国内外生产和使用的智能门禁系统主要集中在射频识别门禁系统和生物识别的智能门禁系统，在生物识别的智能门禁系统中而以每个人的手指指纹采集门禁系统应用最为广泛[1]。随着电脑对图像处理和模式感知识别理论以及大规模集成式电路技术的不断发展与成熟，手指的指纹采集识别系统的体积不断缩小，它的价格也不断降低。随着人们安全意识的提高，人们越来越需要门禁系统，首当其冲的就是校园安全。每年全国都会发生校园危险人物直接进入校园的事件，该门禁系统将会减少此类事件的发生，从而对校园内学生保护起来。因此，在未来，门禁系统的发展将被推向高潮。基于此，本文设计一个基于51单片机的简易智能门禁系统，用来方便社区管理服务，以及校园进出人口的安全管理。该门禁系统可以采集整个小区或者校园的师生信息，如若不是该系统内采集的人物信息，将会发出提示信息。

2 门禁系统的设计

2.1 开发环境

本门禁系统采用C语言为编程语言，运行环境为Keil uVision5，电路设计采用Altium Designer 2016。

2.2 门禁系统的组成

1）控制器

门禁系统的大脑，控制整个系统。

2）读卡器

门禁系统输入设备，感应卡和密码输入。

3）系统软件

编写软件来控制系统。

4）显示器

显示是否进入校园成功和是否为本校的人（授权进出校园的用户）。

5）键盘输入装置

用于进行手动输入键盘区密码。

2.3 设计思路

本门禁系统可以结合实际，采用两种设计方案，通过非接触式读卡和密码输入两种方案。

1）非接触式读卡

该卡是一张无线射频电磁卡，无线射频电磁卡内部具有感应芯片和电子标签，以及包含接收和发送电磁信号的天线，电子标签是无线射频电磁卡的重要部分。并且无线射频电磁卡具有防水、适应信号较差环境等优点，在使用的时候非常方便[2];无线射频电磁卡的反应速度非常快，能为人们的生活节约了大部分时间。

2）借助密码的输入式

这种方案是以防师生进入校园未带感应卡。密码输入式是通过乱序键盘输入0～9共10个数字，与以往固定键盘是不同的，这样减少了在输入密码时，以防被陌生人发现，记住按键位置并且进行模仿，进入校园。键盘采用“乱键排列”设计，也就是0～9这共10个数字在键盘上显示的排列方式并不是固定不变的，而是随时随地打开就会不一样，顺序是无规律的，每次在使用时键盘出现的字母和数字是不一样的，这样就极大地降低密码被他人偷看而导致的密码泄露，极大地增强了智能门禁系统的安全性。

无论以上哪两种方案设计，师生在进入校园时，都会产生记录以及与先前录好系统里的数据进行比较，若发现不对之处就会立刻发出警报。能够在第一时间避免危险事件的发生[3]。

2.4 门禁系统密码键盘设计

门禁系统键盘采用4×4的矩陣设计，如图1所示。键盘上每行每列存在不同功能的按键。将这些每行每列联合编码就可以实现对整个按键功能的编程设计，然后将键盘与电脑的内部总线连接。不同的按键在被按下时就会显示不同的功能。键盘各个按键的功能设计如图2所示。

3 门禁系统的主要功能实现

为门禁系统事先设置好六位的数字和字母密码。密码被设置好后，它将被保存在智能门禁系统内的寄存器中，并且掉电数据也不会丢失，而是永久保留。可以通过电脑对不接触的电磁卡进行授权以及注销。具有自动识别不接触式的电磁卡功能。如果刷了经过系统授权的不接触式电磁卡，显示屏会显示正确卡。如果使用了不接触式的电磁卡，系统会提示错误卡，不能够开门。如果没有携带不接触式打电磁卡，可以通过键盘手动把密码输入进去。若用户输入的密码不正确，整个系统就不能够成功打开门;若用户输入的密码正确，整个系统就能够成功开门[3]。该门禁系统功能实现的总体框图如图3所示，门禁系统的电路图如图4所示。

同时该门禁系统能够实时连接电脑，并具有保存用户数据功能，取代了传统门禁系统控制进出人员的权利，可以用于存储进出人员信息[4]。当然，当客户忘记携带不接触式的电磁卡时，可以通过手动输入密码，以验证用户的进出权限。此外，保存在电脑中的数据可以通过不同的时间段进行查询。

4 结束语

本文设计了一个简易的、但功能较为齐全的校园智能门禁系统，目前已初步运用于试点环境，效果良好，能够满足设计目标，为校园生活提供了简便和相关的安全保障，减少危险事件的发生。在智能门禁系统“开门钥匙”的选择上，选择了不接触式的IC卡，与以往的接触式IC卡相比有所不同，并有了更多的价值和优点，这不仅符合当前实际环境，又加强了人机的交互性，使系统安全性更强等。

当然，本设计中也有存在有待改进的地方。在未来的工作中，将对本门禁系统进行设计升级，例如，本门禁系统采用了不接触式的电磁卡和手动输入密码方式相结合的控制方式，但是需要在程序上可以进一步去稍做整改，用来减少系统占用资源加快处理速度。将在门禁系统显示模块上选用其他的显示模块代替原有的LCD显示模块，可在长期的使用中减少成本等。此外，在当前人工智能与大数据时代下，如何通过本地计算机“海量”的存储各种类别的用户数据（如用户各类脸部识别数据等），并高效地识别，这也将是未来的主要工作。

参考文献：

[1] 向雅琴.无线门禁系统的设计与研究[D].武汉：华中科技大学，2007.

[2] 肖骁，戈文祺.电气传动系统中单片机技术的应用解析[J]. 中国标准化，2017（22）：250-252.

[3] 张丽.基于非接触式IC卡的智能门禁系统的设计与开发[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[4] 杨国君.单片机技术在机器人智能控制系统的协调运用[J]. 电子制作，2018（Z2）：58-59.

【通联编辑：梁书】