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1、四川理工学院大学生创新基金项目结题报告书基于物联网的门禁系统设计学生：黄胜刚学号：专业：自动化班级：2009.4 指导教师：谭飞四川理工学院自动化与电子信息系二 O 一二 年四 月摘 要深入分析了国内安防门禁系统的发展现状和社会需求后，我们设计了基于物联网的无线门禁控制系统。本系统通过 RFID 射频识别技术对射频卡进行读写操作，使之赋予相应的开门权限，再通过 zigbee 无线通信技术将实时数据，如权限发送给各个门禁点，并且将门禁点的实时数据，如进出情况上传至管理中心统一备案管理。整个流程由 MSP430 单片机作为主控芯片，协调各方面的工作。本系统实现了管理中心对各个门禁点的完全无线的实时
2、监控、管理和控制，并对各个门禁节点的人员出入情况作实时备案。关键词：门禁，zigbee ，RFID ，物联网 ，MSP430- 1 -Abstract:We design a wireless access controls system based on the Internet 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 op
3、erations on the radio frequency card through the technology of RFID to give the corresponding open access and send the real-time data, such as access to each access point through the zigbee wireless communications and upload the real-time datas ,such as the statement of in and out to management cent
4、er 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 completely real-time monitoring, management and control, and to each entrance guard node of
5、 the personnel for real-time in the record.Key words: access controls (entrance guard), zigbee, RFID,ineternet of things,MSP430目 录第一章 前言11.1 国内门禁系统发展情况11.1.1 门禁系统诞生的社会背景11.1.2 门禁系统发展历程11.1.3 门禁系统发展现状21.2 门禁系统的社会需求31.2.1 门禁系统社会需求31.2.2 无线门禁系统的优势和难点31.3 基于物联网的门禁系统主要功能和特点41.3.1 主要功能41.3.2 主要特点5第二章 知识背景
6、62.1 物联网介绍62.1.1 物联网简介62.1.2 物联网的发展62.2 Zigbee 无线通信技术介绍72.2.1 什么是 Zigbee 技术72.2.2 Zigbee 技术的性能特点72.2.3 Zigbee 无线传输网络简介82.2.4 Z-STACK 简介102.3 单片机介绍112.3.1 单片机特点112.3.2 单片机的应用122.4 RFID 射频识别技术介绍122.4.1 什么是 RFID 技术122.4.2 RFID 基本组成部分122.4.3 工作原理简介132.4.4 RFID 应用领域142.4.5 RFID 工作频段14第三章 系统硬件设计153.1 硬件系统
7、概述163.1.1 系统框架概述163.2 硬件系统模块概述163.3 Zigbee 无线通信模块173.3.1 WG-M2430 型 zigbee 无线通信模块简介173.3.2 WG-M2430 型 Zigbee 无线通信核心芯片 cc2430 芯片概述183.4 RFID 模块203.4.1 M104B 特点203.4.2 M104B 型读卡器核心射频芯片 MFRC522 简介213.5 单片机模块223.5.1 主控芯片 MSP430F149 芯片概述223.5.2 MSP430F149 微控制器模块原理图243.6 人机界面模块253.6.1 液晶253.6.2 键盘查阅263.6.
8、3 数据端口27第四章 系统软件设计274.1 Zigbee 模块软件设计：274.1.1 协调器工作流程图27开始28发送组网命令284.1.2 终端工作流程图334.1.3 RFID 工作流程图流程图：37第五章 测试效果455.1 zigbee 网络拓扑结构测试455.2 MCU 和人机接口模块 PCB 图46第六章 总结与展望476.1 总结476.2 展望47参考文献48致谢49第一章 前言1.1 国内门禁系统发展情况1.1.1 门禁系统诞生的社会背景当今社会是科学技术日新月异、飞速发展的信息时代。人们正感受着高科技给他们带来的极大方便和益处，同时，人们对于高科技服务于生活的要求也越
9、来越高。但随着科技的发展，也带来了许多不安全的方面。例如，运用高科技手段进行盗窃、抢劫和间谍等万巳罪行为与日增多。怎样才能使人们的安全防范措施跟得上科技的发展、更有效的阻止这些犯罪行为的侵犯呢?仅仅依靠普通的门锁、防盗门或者监控、报警等系统是不够的。于是智能门禁系统在千呼万唤中应运而生。1.1.2 门禁系统发展历程传统的门锁仅仅是单纯的契合性机械装置，无论它的结构如何复杂坚固， 一把在街头就可以配制的钥匙就能打开，并且不留痕迹。如果钥匙遗失连带门 锁也要一起更换。为了弥补这些缺点，又产生了磁卡门禁系统。用磁卡控制锁， 各种性能均有所提高，但由于磁条存储的信息量小，磁卡与读卡器之间容易产 生机械
10、磨损，并且读卡器的刷卡口容易被人为破坏，它的安全性和可靠性便受 到限制。随着现代化经济建设和管理的发展，各种酒店、宾馆、写字楼、智能 大厦、政府机关和企事业单位、高级物业管理部门等，对门禁系统的需求正发 生着重大的变化，其核心是对门锁及其开启、关闭实现智能化管理。电子门锁是近几年随着电子计算机技术，尤其是智能 IC 卡应用技术的提高发展起来的，随之而产生的接触式智能 IC 卡和密码键盘门禁系统也越来越被人们重视和使用。电子计算机作为系统管理主机，通过联接系统的各个读卡器(即开门控制器)管理门锁。智能 IC 卡具有存储运算功能，经初始化和授权后成为控制门锁开和关的特殊钥匙，从而便构成一个现代化的
11、门禁系统。但是随着接触式智能 IC 卡门禁系统应用规模的扩大，其本身不可克服的缺点成了它进一步发展的绊脚石，如接触磨损、难以维护、基础设施投入大等。0随着信息业和服务业的全球化，社会对信息载体的便携性、高安全性及容易使 用等方面提出更高的要求，于是非接触式智能卡以其无机械磨损、容易维护、 方便使用等优点，成为智能卡潜力最大的新军而倍受业界瞩目。非接触式门禁 系统是当今最具有用在各种场合均有大量应用的机械锁方面；机电一体化控制 处理模块，主要应用在各种独立的，安全防范级别要求不高，且无需随时检测 系统运行的环境中；全电子型控制处理模块，是当今门禁系统的真实代表。正 是由于数字化的大量普及，高性能
12、数字电路的不断完善，各种保护电路的不断 改进，各种芯片的大幅降价，使得全世界的设计师有机会设计出性能千姿百态、结构不断推陈出新、性价比极高的优秀产品。门禁系统所有的功能、概念、组 态方式均是出自控制处理模块这一门禁系统的灵魂中心，它能充分地表现出门 禁系统对安防工作以及对日常管理工作的真实贡献。在读卡器及卡方面，由于磁卡、接触式 IC 卡对操作环境的要求较高，磁卡及 IC 卡本身的工作有一定寿命期，再加之识别过程中操作者的动作和所需时间明显多于非接触式卡，因而，虽然磁卡、接触式 IC 卡、读卡器在门禁系统的应用中还有一部分市场，但从发展趋势上看，除宾馆锁外，磁卡 IC 卡读卡器已在逐步快速地退
13、出门禁系统市场。势必将全面取代磁卡、IC 卡市场的是目前发展势头正旺的非接触式 D 卡和IC 卡。非接触式卡和读卡器的关键技术掌握在欧美国家和部分亚洲国家中，但真正形成大批量生产的厂家还只有美国；德国、英国次之；日本、台湾、新加坡处于同一档次；中国还正在起步跟进。1.1.3 门禁系统发展现状当今国内门禁系统发展现状基本可以分为两类。一类未联网的门禁系统，该系统无管理中心实时监控管理各个门禁点，该类门禁系统结构简单，成本低廉，但是致命的缺点是为设计管理中心对各门禁点管理，其安全性能达不到大多场合的要求。第二类是联网门禁系统，该系统实现了管理中心对各个子门禁点的监控和管理，但是由于现在无线短距离通
14、信技术传输距离小，信号损失大，楼层穿透力不强等技术难关的制约，该类门禁系统大多是通过有线方式将各个门禁点与管理中心联系起来。该类门禁系统由于其布线困难，维护困难以及成本高的缺10陷制约了它的发展。近几年出现了较为先进的半有线门禁系统，该系统将同楼层近距离之间的门禁点通过无线方式联系在一起，再将汇聚到改点的信号通过RS-485 有线的方式上传至距离较远的管理中心，该类系统虽然减小了有线门禁系统的缺点，但是布线难、维护难、成本高等问题为从根本上得到解决。1.2 门禁系统的社会需求1.2.1 门禁系统社会需求根据 A&S 安全杂志 2008 年底的“十大门禁品牌评选中，共收到全国内门禁品牌近千家，产
15、业规模年销售达 1000 万以上的企业却不足百家，70%的门禁企业厂商分布在珠江三角洲，根据广州千家网主办的 2008 年 12 月 4 日中国智能建筑品牌奖颁奖中，荣获 2008 年十大门禁识别系统品牌获的企业有(排名不分先后)：DDS、西门子、深圳达实智能、门吉利、杭州立方、英格索兰、深圳捷顺、英特韦特、科松电子、欧品(OPEN)。另外根据 A&S 杂志在 2008 年的十大品牌调查中，HID、捷顺、honeywell、科松、中控、DDS、披克、门吉利、GE、深圳达实智能，对比中 70%的企业基本相同。根据相关资料显示，2005-2006 年在中国国内门禁市场中以 RFID 为主的门禁系统市场规模大约有 2530 亿左右，指纹门禁系统约 4 亿元人民币。根据相关数据统计，全国从事以安防门禁产品经营的企业包括系统工程商共有一万多家，在主营业务中包含门禁的企业数量 2780 家，含安防报警门禁业务 1447 家，分布情况，广东 3857 家、上海 1452 家、北京 1139
