第7课 校园智能门禁

第7课 校园智能门禁#

让我们用RFID刷卡模块和舵机打造一个校园智能门禁系统，通过刷卡识别身份并自动控制门开与关，体验安全便捷的智慧校园生活！

7.1 RFID刷卡模块#

RFID刷卡模块是一种基于无线射频识别技术的非接触式读卡设备，可快速识别IC卡或电子标签中的身份信息，广泛应用于门禁、考勤和支付系统。

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7.1.1 参数#

  • 工作电压：DC 5V

  • 工作电流：13 ~ 100 mA / DC 5V

  • 空闲电流：10 ~ 13 mA / DC 5V

  • 休眠电流：< 80 uA

  • 峰值电流：< 100 mA

  • 工作频率：13.56 MHz

  • 最大功率： 0.5 W

  • 数据传输速率：最大10Mbit/s

  • 工作温度：-10°C ~ +50°C

  • 尺寸：48mm x 24mm x 8 mm

  • 定位孔大小：直径为 4.8 mm

  • 接口：间距2.54 mm，4pin弯针接口

7.1.2 原理#

工作流程

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（1）能量传输

  • 读卡器天线发射电磁场 → 为无源RFID卡（无电池）提供能量。

（2）数据交互

  • 卡片进入磁场范围后激活 → 通过负载调制将卡内数据（如：卡号）传回读卡器。

（3）身份验证

  • 读卡器解码数据 → 与系统数据库比对完成认证。

7.1.3 实验代码#

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7.1.4 代码说明#

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  • 初始化 RFID

  • 串口初始化

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  • 检测是否有卡进入射频场，激活卡片读取UID并打印在串口监视器。

  • 每0.1秒刷新一次

7.1.5 实验结果#

外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮upload2上传代码。上传代码成功后，单击Mixly IDE左上角的Sarial1，出现串口监视器窗口，设置串口波特率为 9600。

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将RFID磁卡放入磁场范围内检测，读卡器将读取到的RFID卡号以16进制的形式打印在串口监视器。

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7.1.6 常见问题解决#

1. 无法读取卡片

  • 检查I2C地址是否正确。

  • 检查供电电压（5V）、卡片类型。

2. 版本显示 0x00 或 0xFF

  • 检查I2C线路（SDA/SCL是否接反）。

  • 确保供电电压稳定。

7.2 舵机#

舵机是一种通过接收控制信号来精确控制旋转角度的电机。

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我们用到的这款舵机有三根外接线，棕色线为接地线，红色线为电源正极，橙色线为信号线。

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7.2.1 参数#

  • 工作电压: DC 3.3 ~ 5V

  • 工作温度：-10°C ~ +50°C

  • 尺寸：32.25mm x 12.25mm x 30.42 mm

  • 接口：间距为2.54 mm 3pin排母接口

7.2.2 原理#

1. 舵机的工作原理

舵机是一种闭环控制的位置伺服电机，ESP32通过 PWM（脉冲宽度调制）信号 控制其角度。核心工作原理：

PWM信号输入：

  • ESP32生成50Hz（周期20ms）的PWM信号

  • 脉冲宽度（高电平时间）决定角度：

    • 0.5ms（500μs）→ 0°

    • 1.5ms（1500μs）→ 90°（中间位置）

    • 2.5ms（2500μs）→ 180°

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引脚限制：

  • 避免使用以下引脚（有特殊功能）：

    • GPIO0（下载模式）

    • GPIO2（内部上拉）

    • GPIO12（启动时电平敏感）

7.2.3 实验代码#

⚠️ 警告：舵机必须正确安装固定后才能通电运行，否则可能因堵转损坏。

⚠️ 详情请查看产品组装教程，舵机必须 先初始化 再安装。

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7.2.4 代码说明#

1. 初始化舵机（GPIO32引脚）

2. 循环执行：

  • 转到90° → 暂停1秒

  • 转到135° → 暂停1秒

  • 转到180° → 暂停1秒

  • 重复循环

7.2.5 实验结果#

⚠️ 警告：舵机必须正确安装固定后才能通电运行，否则可能因堵转损坏。

⚠️ 详情请查看产品组装教程，舵机必须 先初始化 再安装。

外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮upload2上传代码。上传代码成功后，舵机会按以下规律循环运动：

1. 立即转到90°位置 → 关门状态，保持1秒

2. 转到135°位置 → 开关门的中间位置，保持1秒

3. 转到180°位置 → 开门状态，保持1秒

4. 重复此循环（90°→135°→180°→90°…）

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7.3 校园智能门禁#

在前面的课程中，我们已经掌握了RFID刷卡模块的身份识别功能和舵机的机械控制原理。现在，让我们将这些技术融合创新，共同打造一个智能化的校园门禁系统！通过这个项目，我们将实现刷卡自动开锁功能，既提升校园安全，又展现科技魅力。

这套系统能够识别授权人员的RFID卡片，通过舵机驱动门锁开关。接下来，我们将从流程图到程序编写，最终实现一个稳定可靠的智能门禁原型。准备好了吗？现在就开始我们的项目开发吧！

7.3.1 流程图#

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7.3.2 实验代码#

⚠️ 请确保组装前舵机已经初始化，否则可能导致舵机堵转损坏。

⚠️ 上传代码前请将代码块中的RFID卡号替换成你自己的RFID卡号。

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7.3.3 代码说明#

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  • 初始化RFID和串口波特率

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  • 检测是否有新卡靠近，读取 RFID卡号，并且串口打印RFID卡号，比较读取的 RFID卡号 是否与你设置的 RFID卡号 匹配。

    • 匹配 → 开门（180°），2 秒后自动关门（90°）。

    • 不匹配 → 无操作（门保持关闭）。

7.3.4 实验结果#

⚠️ 警告：舵机必须正确安装固定后才能通电运行，否则可能因堵转损坏。

⚠️ 详情请查看产品组装教程，舵机必须 先初始化 再安装。

外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮upload2上传代码。上传代码成功后，智能门禁系统循环检测：

  • 有卡 → 读RFID卡号 → 匹配成功 → 开门 → 延时2秒 → 关门

  • 有卡 → 读RFID卡号 → 匹配失败 → 提示未授权

  • 无卡 → 继续检测

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7.3.5 常见问题解决#

1. 无法检测卡片

  • 检查I2C地址是否错误、接线是否松动

2. 舵机不转动

  • 检查供电电压，外接电源

  • 确保安装前已将舵机初始化

3. 串口输出乱码

  • 确保串口监视器设为115200