一种基于 RFID 的物联网报警系统

一种基于 RFID 的物联网报警系统

刘明霞，张欢

摘要：基于物联网的智能控制，采用 STC89C52 单片机设置成终端节点，通过终端节点上的传感器采集数据，使用无线传输技术技术实现终端节点间联网后，由其中一个终端节点将数据发送至 PC 端显示。实现 PC 端远程实时监控房间内的环境以及安全状态，实现终端节点上的自动控制、环境异常的触发功能。

关键词：射频模块，数据库，温湿度检测，无线数据传输。

中图分类号：TP391.44，TP277   文章编号：1674-2583(2020)05-0008-02

DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2020.05.003

中文引用格式：刘明霞，张欢.一种基于RFID的物联网报警系统`J`.集成电路应用, 2020, 37(05): 8-9.

An Internet of Things Alarm System Based on RFID 

LIU Mingxia, ZHANG Huan

Abstract — Based on the intelligent control of the Internet of things, this paper uses STC89C52 single chip microcomputer to set up the terminal node, collects data through the sensors on the terminal node, realizes the networking between the terminal nodes by using wireless transmission technology, and then sends the data to the PC terminal for display by one of the terminal nodes. Realize the remote real-time monitoring of the environment and security status in the room at the PC end, and realize the automatic control on the terminal node and the trigger function of environmental abnormality. 

Index Terms —  RFID, database, temperature and humidity detection, wireless data transmission. 

0  引言

近年来，RFID 识别技术发展很快，由于其良好的安全性，目前该技术已被广泛应用于生活和工作中`1,2`。随着成本的下降，RFID 识别技术呈现全面推广和广泛应用的趋势。

1  关键技术

（1）传感器技术。它能感受到空气中温度、湿度或是光照强度的变化，并将获取到的信息转换为电信号来输出。不同的传感器能用来感受不同的事物，甚至能代替人类感受一些危险的环境，这主要是传感器内的感知模块与调理电路在起作用。

（2）RFID 技术。不需要接触便可以完成识别。若使用 RFID 技术来搭建的一个系统，由标签、天线与阅读器组成，每个标签都有唯一的编码，将标签与某个物体一对一绑定后，就可以由天线通过约定的通信协议与阅读器进行数据的流动，实现物体的数据化标识。RFID 技术的非接触识别信号读取速度极快，一般完成一次读写过程只需不到 100 ms。

（3）无线传感技术。由传感器、数据处理模块与数据传输模块组成，多个节点可通过规定的传输协议搭建成一个局域性的网络，将各种数据优化处理后经由无线电波传输，不需要接触所带来的高安全性，使其被广泛运用在各种危险场所使用。

2  系统的结构

系统模块分为三大部分：下位机（若干个功能模块）、PC 上位机、数据库。

（1）功能模块 1：模块 1 由 DHT11 传感器与电动风扇（空调）组成，不但可以实时获取数据，一居住环境出现异常（如异常高温），系统将会通过上位机显示异常信息，并自动激活电动风扇（空调）进行降温，从而实现工作人员对房间的实时数据化监控。

（2）功能模块 2：模块 2 由 HC-SR501 红外传感器配合蜂鸣器使用，作用于防盗警报。

（3）功能模块 3 与模块 4 是个 RFID 模块，通过访客，房主绑定的 RFID 标签，来记录每一个访客的数据，并将数据输入至数据库，用来实现不同人编码与标识和权限。

（4）显示模块：为了满足系统的时效性，在此处安装 1602 液晶显示屏，其主要用处是实时显示环境状况信息，但由于设备的局限，无法在同时这块小屏幕上展示详细的内容，故另制作 PC 上位机来满足需求。

（5）PC上位机：PC 上位机与系统下位机连接成功后，可以接收下位机传来的环境状况信息，并以实时曲线图这样直观的方式来体现数据，此外支持将接收到的信息以 .txt 格式保存到本地。

（7）数据库。数据库部分的作用是存放、读取与修改人员的账号数据。

3  系统的设计

本设计以 STC89C5 2单片机作为核心控制模块，扩展电路RFID射频识别模块电路，AT24C02 存储电路，矩阵键盘电路，液晶显示电路，报警电路以及继电器驱动电路等。

（1）STC89C52单片机。STC89C52 单片机作为系统的核心，两个 STC89C52 单片机是互相独立的存在，为了使它们进行数据的传输，则使用 nRF24L01 模块来实现无线连接、数据传输，为了实现其他功能，分别在不同的节点上接了不同的传感器与原件，以下列举出主要的部分：① 节点一：用于采集空气温度与湿度具体数值的DHT11传感器接于 P3.2、用于触发电动风扇的驱动芯片接于 P1.6、用于监控门禁状态的红外传感器接于 P3.7、用于报警的蜂鸣器接于 P1.2、nRF24L01 模块接于 P2.2～P2.7。② 节点二：RFID 读写模块接于 P3.4～P3.7、LCD 液晶显示屏接于 P0.0～P0.7、nRF24L01 模块接于 P2.1～P2.6。

（2）DHT11 温湿度传感器。此款温湿度传感器接在 STC89C52 单片机上，传感器上电后开始正常工作，在一般情况下传输一次数据只需要 4 ms。

（3）L9110 驱动芯片与风扇。在本系统中，将 L9110 驱动芯片与电动风扇相连接，并接在 STC89C52 单片机上，在提高下位机一体化程度的同时，让电动风扇运转起来。

（4）nRF24L01 模块。nRF24L01 无线模块的工作频率一般在 2.4～ 2.5 GHZ。此模块拥有极低的电流消耗，其数据传输峰值高达 10 Mbps，满足不同房间内安置的两个节点间数据传输的需要。

（5）RFID 读写模块。模块的具体型号为 RFID-RC522，在本系统中用于存取访客的数据化信息，以 ASCII 编码作为通信协议。

（6）上/下位机设计流程。图 1 为控制流程，图 2 为 PC 上位机软件设计流程图。

4  系统的测试

（1）LCD 显示。在系统下位机打开后，LCD 液晶显示屏会先进入初始化的状态，并在屏幕上显示事先设好的等待提示语，等待系统初始化结束之后，屏幕则显示各个传感器采集到的数据或者状态，并在数据有变化时，实时更新。

（2）温湿度监控。在单片机的最小系统上，接上 DHT11 温湿度传感器、L9110 驱动芯片与电动风扇并启动系统后，LCD 液晶屏幕上看到 DHT11 传感器采集到的空气中温度、湿度的数值。系统默认的第一个温度阈值为 28 ℃，一旦超过 28 ℃，驱动芯片就会控制电动风扇开启降温，直到温度低于 28 ℃；第一个温度阈值为 30 ℃，一旦超过 28 ℃，上位机会发出相应的警报声。

（3）门禁的安全情况监视。在单片机的最小系统上，HC-SR501 传感器与蜂鸣器并启动功能后，LCD 屏幕上看到红外传感器采集、判断出的房间门禁安全状态。外侵者进入房间时，HC-SR501 传感器输出高电平，液晶显示屏、PC 上位机上就会显示出现入侵者，此外，系统中的蜂鸣器也会发出尖锐的警报。此功能按需开启，多于夜间开启，增强的安全性。

（4）RFID 读写功能。用于存取用户信息的 RFID 读写模块并启动系统后，PC 上位机上看到 RFID 读写模块识别到的当前用户的信息。管理员权限登入 PC 上位机时，才能往 RFID 卡内写信息。

（5）温湿度监测。在 PC 上位机与下位机成功连接后，上位机能够及时地接收到下位机温湿度传感器采集到的具体数值并显示。上位机还能通过以视觉上更加直观的曲线图来表示实时变化着的温度与湿度，并在温度超过 30 ℃ 时触发报警。

（6）门禁的安全情况监视。在 PC 上位机与下位机成功连接后，可选择性地打开下位机的门禁监视功能，就能够及时地接收到当前的门禁安全情况。

设计的测试内容是：DHT11 温湿度传感器是否能够精确地获取到空气中的温湿度的数值、LCD 液晶屏幕与 PC 上位机是否能完整地显示出数字与风扇是否会根据传感器获取到的数据改变状态。测试内容还包括：HC-SR501 红外传感器是否能够准确地判断出是否有人闯过房间的门禁、有人闯过时蜂鸣器是否会发出警报。图 3 为系统的实现样机。

5  结语

由测试记录可以得出，样机系统的设计功能基本实现，PC 上位机的界面正常显示各项功能。

参考文献

`1` 申天宇.一种便携式RFID防盗报警系统的设计`D`.陕西:西安电子科技大学,2013.

`2` 颜涛.RFID技术研究及其在仓储管理中的应用`D`.陕西:西安电子科技大学,2006.

===========================

20位国内集成电路产业的专家，1年写成，400多页，280个图表。

《集成电路应用》2020年增刊发行，欢迎读者向编辑部订购。

《集成电路应用》杂志国内统一连续出版物号：CN 31-1325/ TN；国际标准连续出版物号：ISSN 1674-2583。国家新闻出版广电总局首批认定的中国A类学术期刊，中国知网优先首发。中国知网、维普网、万方数据、CSCD数据库刊源收入。中国集成电路产业唯一国家核定的学术月刊。中国科技期刊（扩刊版）影响因子0.611。《集成电路应用》杂志主管单位：中国电子集团CEC，国家级。