基于MFRC522的门禁系统的设计与实现

目录

1、MFRC522简介

2、概述

3、硬件设计 

4、软件设计  

5、实物测试 

1、MFRC522简介

MFRC522是高度集成的非接触式(13.56MHz）读写卡芯片。此发送模块利用调制和解调的原理，并将它们完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。MFRC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议,支持 ISO14443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，它还支持快速CRYPTO1加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。

2、概述

该系统由STM32F103C8T6作为主控制器，外围搭载由蜂鸣器和LED灯构成的报警装置；采用AC、DC电源适配器为整个系统供电；MFRC522射频识别芯片作为该系统RFID读写器; 显示模块采用了0.96’OLED；并以ESP8266物联网芯片作为通信模块，通过WiFi与中国移动OneNET云平台连接，将数据流发送至OneNET。 

3、硬件设计 

报警装置主要由蜂鸣器和LED构成，当系统出现异常情况时（比如读取的卡片为伪卡等），LED灯会点亮、蜂鸣器鸣响，以此实现异常警报功能。

显示模块我采用了0.96’OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display）。OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。

我采用了MG995舵机作为门禁驱动装置。该舵机上有三根线，分别为VCC、GND、信号线。控制信号一般要求周期为20ms的PWM信号。VCC、GND需要另外接驱动给舵机供电，而且得和开发板共地，控制起来相对简单。其最大扭矩可达到13KG/cm，满足设计要求。

在通信方面，我选择了ATK-ESP8266WIFI模块与中国移动OneNET云平台连接。ATK-ESP8266是ALIENTEK 推出的一款高性能的 UART-WiFi（串口-无线 WIFI）模块， ATK-ESP8266 模块支持 LVTTL 串口，兼容 3.3V 和 5V 单片机系统，可以很方便的与产品进行连接。模块支持串口转 WIFI STA、串口转 AP 和 WIFI STA+WIFI AP 的模式，从而快速构建串口-WIFI 数据传输方案，方便设备使用互联网传输数据。

4、软件设计  

主函数

#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "pwm.h"
#include "rc522.h"
#include "OLED_I2C.h"
 
 int main(void)
 {	
  
	TIM1_PWM_Init(199,7199);//不分频。PWM频率===(7200*200)/72000000=0.02=20ms
    delay_init();	    	 //延时函数初始化
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
    uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
    RC522_Init();       //初始化射频卡模块
	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_3);//设置中断优先级分组为组3：2位抢占优先级，2位响应优先级
	OLED_Init();					//OLED初始化
	delay_ms(50);
 
	OLED_CLS();		//清屏
 	
	 while(1)
	{		
        RC522_Handel();	 
	} 
}
 

我们要提前获取到我们空白卡的十六进制序列号（烧录程序后可直接读出来，一般为字母+数字共8位，例如af123456），我们将其转换为10进制的数组，进行储存（两两一组合），最后OLED上读取出来的是依然是十六进制。

unsigned char card_hy[4]= {12,34,138,199};//以十进制的形式进行存放
unsigned char card_zp[4]= {26,49,39,25};//以十进制的形式进行存放

寻卡函数

#include "sys.h"
#include "rc522.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "string.h"
#include "OLED_I2C.h"
#include "pwm.h"
 
/*******************************
*连线说明：
*1--SDA  <----->PA4
*2--SCK  <----->PA5
*3--MOSI <----->PA7
*4--MISO <----->PA6
*5--悬空
*6--GND <----->GND
*7--RST <----->PB0
*8--VCC <----->VCC
************************************/
 
/*全局变量*/
unsigned char CT[2];//卡类型
unsigned char SN[4]; //卡号
unsigned char RFID[16];//存放RFID
 
unsigned char card_hy[4]= {12,34,138,199};
unsigned char card_zp[4]= {26,49,39,25};
 
 
u8 KEY[6]= {0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
/*函数声明*/
unsigned char status;
unsigned char s=0x08;
unsigned char string1[10];
unsigned char string2[10];
#define   RC522_DELAY()  delay_us(20)
 
 
void RC522_Handel(void)
{
    status = PcdRequest(PICC_REQALL,CT);//寻卡
 
    if(status==MI_OK)// 寻卡成功
    {
        status=MI_ERR;
        status = PcdAnticoll(SN);// 防冲撞
    }
 
    if (status==MI_OK)// 防冲撞成功
    {
				OLED_CLS();		//清屏
        status=MI_ERR;
			  OLED_ShowCN(16,0,6);	
				OLED_ShowCN(16+16,0,7);	
				sprintf((char*)string1,"%02x%02x%02x%02x",SN[0],SN[1],SN[2],SN[3]);
			  OLED_ShowStr(16+40,0,string1,2);		  			
	
	
        if((SN[0]==card_hy[0])&&(SN[1]==card_hy[1])&&(SN[2]==card_hy[2])&&(SN[3]==card_hy[3]))
        {	
					OLED_ShowCN(16,2,2);	
					OLED_ShowCN(16+16,2,3);	
					OLED_ShowCN(16+40,2,0);	
					OLED_ShowCN(16+56,2,1);
					OLED_ShowCN(16,4,4);	
					OLED_ShowCN(16+16,4,5);	
					OLED_ShowStr(16+40,4,"031940306",2);
					OLED_ShowCN(32,6,8);	
					OLED_ShowCN(16+32,6,9);
					OLED_ShowCN(16+48,6,10);	
					OLED_ShowCN(16+64,6,11);
					TIM_SetCompare1(TIM1,190); 
					delay_ms(500); 
					TIM_SetCompare1(TIM1,175); 
        }
 
				
        if((SN[0]==card_zp[0])&&(SN[1]==card_zp[1])&&(SN[2]==card_zp[2])&&(SN[3]==card_zp[3]))
        {
     
          OLED_ShowCN(16,2,2);	
					OLED_ShowCN(16+16,2,3);	
					OLED_ShowCN(16+40,2,12);	
					OLED_ShowCN(16+56,2,13);
					OLED_ShowCN(16,4,4);	
					OLED_ShowCN(16+16,4,5);	
					OLED_ShowStr(16+40,4,"031940720",2);
					OLED_ShowCN(32,6,8);	
					OLED_ShowCN(16+32,6,9);
					OLED_ShowCN(16+48,6,10);	
					OLED_ShowCN(16+64,6,11);
					TIM_SetCompare1(TIM1,190); 
					delay_ms(500); 
					TIM_SetCompare1(TIM1,175);
        }
			
        status =PcdSelect(SN);
    }

5、实物测试 

 数据读取测试：提前向STM32F103C8T6单片机中写入用户信息，本系统中录入两名同学的学号和姓名，当阅读器识别到系统中已录入的卡时，可将卡号、姓名、学号等信息一并展示在OLED。

 防碰撞测试：为更清晰的观察到防冲突实验现象，在本系统测试时分别采用一张录入STM32系统的卡和一张不录入系统的卡进行测试，本系统通过对IC卡内独一无二的十六进制序列号进行判断，最终读取卡内信息。这种方法可以保证任何情况下都能选出一张卡片。

射频距离测试：为实际检测RFID阅读器阅读距离，我们分别将2张RC522-IC卡放在阅读器的1-10cm处进行测试，检测阅读器响应结果，具体测试情况如下表所示。

根据上述测试可以发现，理论上RFID阅读器的射频距离可达10cm，但是在实际应用中， RC522-IC卡与RFID阅读器之间距离约为5cm左右时，RFID才能够读取到卡内信息。

系统综合测试：首先给该系统上电，首先将未录入信息的IC卡靠近RFID阅读器，识别不成功。然后将RC522-IC卡靠近RFID阅读器后阅读器识别成功，OLED上显示用户信息，舵机转动