Arduino EM-RFID 門禁管製機設計 (電子書)

Arduino EM-RFID 門禁管製機設計 (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

曹永忠
圖書標籤:
  • Arduino
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  • 嵌入式係統
  • 安全係統
  • 程式設計
  • 硬體設計
  • 專案實作
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具體描述

  本書針對目前學習上的盲點,希望讀者當一位產品駭客,將現有產品透過逆嚮工程的手法,進而瞭解核心控製係統之軟硬體,再透過簡單易學的Arduino單晶片與C語言,重新開發齣原有產品,進而改進、加強、創新其原有產品固有思維與架構。如此一來,因為學子們進行『重新開發產品』過程之中,可以很有把握的瞭解自己正在進行什麼,對於學習過程之中,透過實務需求導引著開發過程,可以讓學子們對實務產齣與邏輯化思考產生關連,如此可以一掃過去陰霾,更踏實的進行學習。
 
  這本書以市麵常見的RFID門禁管製機為主要開發標的,為瞭讓讀者可以更簡單讀取125Hkz EM的電子標簽(RFID Tag),透過125Khz(UART輸齣)RFID讀卡器模組-RDM630模組來讀取125Hkz EM的電子標簽(RFID Tag),應用RFID卡於門禁管製上。
好的,這是一份針對您的圖書名稱《Arduino EM-RFID 門禁管製機設計 (電子書)》的圖書簡介,內容不涉及該書具體技術細節或內容,但力求詳盡,側重於該領域的技術背景、應用價值和學習路徑。 --- 圖書簡介:電子控製與智能識彆技術革新:門禁係統的設計與實踐進階指南 在當今高度互聯的數字化時代,安全與便捷的訪問控製已成為各個機構、商業場所乃至智能傢居環境中不可或缺的核心要素。傳統機械鑰匙的笨重、易失和管理難度,正被以射頻識彆(RFID)技術為核心的電子門禁係統所取代。本項目旨在深入探討構建現代、高效、可定製化門禁控製係統的理論基礎、關鍵組件選擇、係統集成方法以及實際部署策略。本書將麵嚮對嵌入式係統開發、物聯網(IoT)基礎應用以及非接觸式識彆技術感興趣的工程師、技術愛好者、項目開發者及相關專業學生,提供一個全麵且實用的技術視角。 一、 電子控製係統的核心理念與架構 現代門禁係統不再僅僅是一個簡單的開關,而是復雜的嵌入式計算、傳感器技術與網絡通信的集成體。本書將首先搭建起這一技術框架的基礎認知。我們將探討構建任何智能控製係統的基本模塊劃分,包括但不限於數據采集層(如何讀取用戶身份信息)、決策處理層(基於預設規則判斷訪問權限)和執行控製層(如何驅動鎖具或閘機)。 嵌入式平颱的選擇與應用場景: 介紹當前市場上主流的低功耗、高集成度的微控製器平颱,如 AVR 架構、ARM Cortex-M 係列等,它們如何被用作門禁係統的“大腦”。不同平颱的資源特性(內存、I/O 能力、通信接口)如何影響係統的響應速度和功能擴展性。在實際應用中,需要根據環境的復雜性(例如,需要處理高並發訪問、復雜的權限矩陣,或僅需基礎的單點控製)來選擇最適閤的硬件基礎。 固件設計的關鍵考量: 係統的可靠性是門禁係統的生命綫。我們將分析實時性要求、中斷處理機製、以及電源管理策略在嵌入式固件設計中的重要性。一個魯棒的門禁係統必須能夠在突發斷電、數據校驗失敗或惡意乾擾的情況下,保持安全狀態(Fail-Safe 或 Fail-Secure 模式的選擇與實現)。 二、 射頻識彆(RFID)技術在訪問控製中的地位 RFID技術是現代門禁係統的基石,它實現瞭“非接觸式”和“批量讀取”的便利性。本書將係統地梳理該技術的工作原理及其在門禁領域的核心應用價值。 工作原理與頻段解析: 詳細剖析 RFID 係統的四大組成部分:標簽(Tag)、閱讀器(Reader/Antenna)、編碼器和主機軟件。重點區分不同工作頻段的特性: 1. 低頻(LF,如 125kHz): 穿透性好,但傳輸速率低,多用於近距離、低安全需求的場所。 2. 高頻(HF,如 13.56MHz): 具備較高的讀取距離和數據傳輸率,例如廣泛應用的 MIFARE 技術,提供更強的加密機製。 3. 超高頻(UHF,如 860-960MHz): 適閤遠距離識彆和大規模資産盤點,但在門禁應用中需要解決多標簽的防碰撞問題。 安全性與數據保護機製: 現代門禁對安全性的要求已遠超於簡單的“讀到卡號就開門”。我們將探討如何利用加密技術、滾動碼(Rolling Code)以及安全元件(Secure Element)來對抗剋隆、重放攻擊(Replay Attack)和中間人攻擊(Man-in-the-Middle)。理解不同標簽類型(如 DESFire EVx 係列)提供的安全級彆差異,是設計高安全係統的前提。 三、 係統集成與外圍設備交互 一個完整的門禁係統需要與多種物理執行器和反饋機製進行精確的協同工作。 電子鎖具的選擇與驅動: 探討電磁鎖(Maglock)、電控鎖舌(Electric Strike)和陽極鎖(Shear Lock)等不同類型鎖具的工作原理、功耗特性及適用場景。重點在於如何安全、可靠地通過繼電器或特定驅動電路來控製這些高電流負載的設備,並確保在係統異常時的狀態反饋。 用戶交互界麵(HMI)設計: 除瞭非接觸式識彆外,用戶通常還需要密碼輸入、指紋/人臉識彆模塊的集成,或至少需要一個狀態指示器(LED/LCD)。我們將分析如何將這些異構傳感器和輸入設備的數據流整閤到主控芯片的處理邏輯中,並確保用戶反饋的即時性和明確性。 數據存儲與日誌管理: 門禁係統的核心價值之一在於其審計追蹤能力。係統需要在本地或通過網絡連接,記錄每一次嘗試訪問的時間、用戶身份和結果(成功/失敗)。這要求開發者理解嵌入式數據庫(如SQLite for Embedded)或非易失性存儲(EEPROM/Flash)的管理策略,確保日誌數據的完整性和可追溯性。 四、 網絡通信與遠程管理(IoT 趨勢) 隨著工業 4.0 和智能樓宇的發展,門禁係統正加速嚮聯網化、雲端化演進。 本地網絡協議與配置: 探討使用諸如 RS-485、CAN Bus 等工業總綫進行區域內多門禁點通信的優勢,以及如何利用 Wi-Fi 或以太網接口將數據上傳至中央管理服務器。 雲服務集成與API設計: 現代門禁係統允許管理員通過 Web 界麵或移動應用進行遠程配置、用戶管理和實時監控。本書將概述如何設計輕量級的通信協議(如 MQTT 或 RESTful API)來實現設備與雲端平颱的安全、高效數據交換。理解數據傳輸中的延遲、帶寬限製以及認證授權機製,是實現遠程運維的關鍵。 五、 項目實施與維護的實踐考量 設計一個成功的係統不僅在於技術實現,更在於其在真實世界中的部署與維護。 電磁兼容性(EMC)與抗乾擾設計: 門禁設備常常暴露在復雜的電磁環境中(如高功率電機、無綫電信號源附近)。我們將強調PCB布局、屏蔽設計和接地策略在抑製噪聲、確保係統穩定運行中的關鍵作用。 安裝規範與閤規性: 瞭解不同國傢或地區的建築安全規範(如消防安全要求對緊急齣口的特殊處理,以及數據隱私保護法規,如 GDPR 的潛在影響)對於設計閤規的商業級門禁係統至關重要。 故障診斷與係統優化: 提供一套係統化的故障排除方法論,涵蓋硬件層麵的電源波動、通信中斷,到軟件層麵的邏輯錯誤。討論如何通過遠程診斷工具和版本控製來持續優化和升級已部署的門禁係統,確保其長期可靠運行。 --- 通過對上述各個層麵的深入剖析和理論指導,本書旨在提供一個堅實的知識基礎,使讀者能夠獨立設計、構建、測試和部署滿足現代安全與效率要求的定製化電子門禁控製解決方案。

著者信息

作者簡介
 
曹永忠 (Yung-Chung Tsao)
 
  國立中央大學資訊管理學係博士,目前在國立暨南國際大學電機工程學係與國立高雄科技大學商務資訊應用係兼任助理教授與自由作傢,專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導嚮程式設計、物聯網係統開發、Arduino開發、嵌入式係統開發。長期投入資訊係統設計與開發、企業應用係統開發、軟體工程、物聯網係統開發、軟硬體技術整閤等領域,並持續發錶作品及相關專業著作。
 
  Email:prgbruce@gmail.com
  Line ID:dr.brucetsao WeChat:dr_brucetsao
  作者網站:www.cs.pu.edu.tw/~yctsao/myprofile.php
  臉書社群(Arduino.Taiwan)www.facebook.com/groups/Arduino.Taiwan/
  Github網站:github.com/brucetsao/
  原始碼網址:github.com/brucetsao/ESP_Bulb 
 
許智誠(Chih-Cheng Hsu)
 
  美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)資訊工程係博士,曾任職於美國IBM等軟體公司多年,現任教於中央大學資訊管理學係專任副教授,主要研究為軟體工程、設計流程與自動化、數位教學、雲端裝置、多層式網頁係統、係統整閤、金融資料探勘、Python建置(金融)資料探勘係統。
 
  Email: khsu@mgt.ncu.edu.tw
  作者網頁:www.mgt.ncu.edu.tw/~khsu/
 
蔡英德 (Yin-Te Tsai)
 
  國立清華大學資訊科學博士,目前是靜宜大學資訊傳播工程學係教授,靜宜大學資訊學院院長及靜宜大學人工智慧創新應用研發中心主任。曾擔任颱灣資訊傳播學會理事長,颱灣國際計算器程式競賽暨檢定學會理事,颱灣演算法與計算理論學會理事、監事。主要研究為演算法設計與分析、生物資訊、軟體開發、智慧計算與應用。
 
  Email:yttsai@pu.edu.tw
  作者網頁:www.csce.pu.edu.tw/people/bio.php?PID=6#personal_writing

圖書目錄

自序
駭客係列
Arduino 起源
Arduino特色
Arduino硬體-Duemilanove
Arduino硬體-UNO
Arduino硬體-Mega 2560
程式設計
區塊式結構化程式語言
註解
變數
型態轉換
邏輯控製
算術運算
輸入輸齣腳位設定
時間函式
數學函式
亂數函式
通訊函式
章節小結
無線射頻
無線射頻發展歷史
RFID係統的特點
無線射頻優缺點
無線射頻運作原理
章節小結
門禁管製機
何謂門禁係統
門禁係統的架構
研究主題
章節小結
電力開關控製
繼電器
電磁繼電器的工作原理和特性
繼電器運作線路
繼電器模組
章節小結
LCD 1602
LCD 1602
LCD 1602函數用法
章節小結
LCD 2004螢幕
LCD 2004
LCD 2004函數用法
章節小結
Arduino時鐘功能
RTC I2C 時鐘模組
RTCDS1307函數用法
章節小結
Arduino EEPROM
EEPROM 簡介
EEPROM 簡單測試
EEPROM函數用法
章節小結
矩陣鍵盤
薄膜矩陣鍵盤模組
矩陣鍵盤函式說明
使用矩陣鍵盤輸入數字串
章節小結
電子標簽(RFID Tag)
MIFARE卡介紹
儲存結構介紹
工作原理介紹
125Hkz EM 卡
章節小結
無線射頻讀取模組
RDM630模組規格
RDM630模組連接方法
使用RDM630模組
使用RDM630模組讀取區塊資料
章節小結
RFID門禁管製機
電控鎖
驅動RDM630模組
RFID卡控製開鎖
寫入RFID卡號到內存記憶體
透過內存RFID卡號控製開鎖
加入聲音通知使用者
章節小結
RFID門禁管製機進階製作
KeyPad輸入預設資料
KeyPad輸入密碼開門
新卡片資料輸入儲存在EEPROM
檢核儲存密碼
章節小結
附錄
LCD 1602 函式庫
DS1307函式庫
四通道繼電器模組線路圖
4 * 4 矩陣鍵盤函式庫
參考文獻

圖書序言

  • ISBN:9786263320697
  • EISBN:9786263322639
  • 規格:普通級 / 初版
  • 齣版地:颱灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平闆
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:48.2MB

圖書試讀

 
  記得自己在大學資訊工程係修習電子電路實驗的時候,自己對於設計與製作電路闆是一點興趣也沒有,然後又沒有天分,所以那是苦不堪言的一堂課,還好當年有我同組的好同學,努力的照顧我,命令我做這做那,我不會的他就自己做,如此讓我解決瞭資訊工程學係課程中,我最擅長的課。
 
  當時資訊工程學係對於設計電子電路課程,大多數都是專攻軟體的學生去修習時,係上的用意應該是要大傢軟硬兼修,尤其是在颱灣這個大部分是硬體為主的產業環境,但是對於一個軟體設計,但是缺乏硬體專業訓練,或是對於眾多機械機構與機電整閤原理不太有概念的人,在理解現代的許多機電整閤設計時,學習上都會有很多的睏擾與障礙,因為專精於軟體設計的人,不一定能很容易就懂機電控製設計與機電整閤。懂得機電控製的人,也不一定知道軟體該如何運作,不同的機電控製或是軟體開發常常都會有不同的解決方法。
 
  除非您很有各方麵的天賦,或是在學校巧遇名師教導,否則通常不太容易能在機電控製與機電整閤這方麵自我學習,進而成為專業人員。
 
  而自從有瞭Arduino這個平颱後,上述的睏擾就大部分迎刃而解瞭,因為Arduino這個平颱讓你可以以不變應萬變,用一緻性的平颱,來做很多機電控製、機電整閤學習,進而將軟體開發整閤到機構設計之中,在這個機械、電子、電機、資訊、工程等整閤領域,不失為一個很大的福音,尤其在創意掛帥的年代,能夠自己創新想法,從Original Idea到產品開發與整閤能夠自己獨立完整設計齣來,自己就能夠更容易完全瞭解與掌握核心技術與產業技術,整個開發過程必定可以提供思維上與實務上更多的收穫。
 
  Arduino平颱引進颱灣自今,雖然越來越多的書籍齣版,但是從設計、開發、製作齣一個完整產品並解析產品設計思維,這樣產品開發的書籍仍然鮮見,尤其是能夠從頭到尾,利用範例與理論解釋並重,完完整整的解說如何用Arduino設計齣一個完整產品,介紹開發過程中機電控製與軟體整閤相關技術與範例,如此的書籍更是付之闕如。永忠、英德兄與敝人計畫撰寫駭客係列,就是基於這樣對市場需要的觀察,開發齣這樣的書籍。所以希望所有的讀者能夠享受與珍惜這個完整的學習經驗,本書主題是運用Arduino來讀取無線射頻卡 (RFID)來當作門禁管製的產品開發,進而將學習的知識與技能延伸到商業門禁管理的產品開發,是本書最大的希望。
 
  另外本書的撰寫方式會讓您體會到許多更複雜的機電控製、機電整閤跟軟體工程的整閤其實都可以跟隨本書的寫作與理解流程,能讓讀者由淺入深,達到真正宛如愛迪生當年透過自修而發明許多有用之物的些許情境。這就是我們作者對這本書的深切期許。
 
許智誠   於中壢雙連坡中央大學

用戶評價

评分

從市場角度來看,EM-RFID 的應用範圍其實比單純的塑膠卡片更廣泛,尤其在需要較長讀取距離或特定加密等級的環境中。這本書如果能深入探討 EM 讀卡技術的物理特性,會是一個極大的加分項。譬如說,EM 卡片本身的工作原理(電磁感應)與 MFRC522 等高頻卡片的差異在哪裡?在不同厚度、不同材質的門闆後方,訊號衰減和讀取成功率的錶現如何?如果作者能附上實驗數據或測試圖錶,說明在不同環境條件下(如潮濕、溫差變化)的穩定性錶現,並提供相應的調校技巧,那就太棒瞭。這類實務經驗是光靠官方規格書很難獲得的。此外,在颱灣,許多老舊建築或特定場所仍在使用舊式的 EM 係統,如果這本書能教導如何「逆嚮工程」或直接整閤現有的 EM 讀卡器模組到 Arduino 平颱,實現功能升級(例如增加網路通知、記錄時間戳等),而不是單純使用市麵上常見的、預設好的新式模組,那它的實用價值和市場區隔度就會大幅提升,真正體現瞭「設計」的深度。

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我一直覺得,好的技術書籍不僅要教你如何「做到」,更要教你如何「除錯」(Troubleshoot)。嵌入式係統的除錯過程往往是最耗費心力的部分,尤其當硬體和軟體問題交織在一起時,很難判斷問題的根源。對於這個門禁管製機的專案,我期待作者能提供一個詳盡的除錯指南。比如,當讀卡機完全沒有反應時,該依循怎樣的檢查步驟?是電源問題、通訊線路虛焊、還是軟體初始化失敗?如果能提供一些常見錯誤碼的解釋,或者在程式碼中加入足夠的除錯輸齣(Debugging Output),讓使用者可以透過監控視窗觀察訊號的波形或通訊時序的狀態,那將會是無價之寶。尤其在處理繼電器驅動門鎖時,如果誤觸導緻門鎖常開或常閉,所帶來的安全隱憂是嚴重的。如果書中能討論如何設計一個「看門狗」(Watchdog Timer)機製,確保在韌體當機時能安全地將門鎖狀態重置到預設安全狀態,這就超越瞭一般的教學層次,觸及瞭工業級係統設計的標準。這種對潛在風險的預先防範,纔是衡量一本技術書籍是否成熟的關鍵指標。

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這本電子書,光是看到書名《Arduino EM-RFID 門禁管製機設計》,心裡就忍不住飄起一陣懷舊的微風。想當年,剛接觸 Arduino 這類微控製器的時候,最讓人興奮的就是能把理論付諸實踐,親手做齣一個「有用」的東西,而門禁係統絕對是入門專案裡數一數二的熱門選項。我記得那時候網路上的教學資源雖然多,但往往零散不全,光是把 RFID 模組的讀取穩定性調好,就得花上好幾個通宵去查 datasheets、去試不同的上拉電阻值。如果這本書能把從硬體選型、電路規劃,到韌體撰寫,尤其是在處理 EM 讀卡機與 Arduino 之間的通訊協定(像是 SPI 或 UART 的時序控製)時,那些最容易踩雷的陷阱都一次性地、圖文並茂地解析清楚,那對許多初學者來說,簡直就是一套夢幻教材。更別提,現在的門禁係統不隻是「開門」這麼簡單,它還牽扯到資料庫的建置、後端伺服器的連線,如果作者能順帶提到如何利用 ESP8266 或類似模組,將讀取到的卡號即時上傳到雲端做日誌記錄,那這本書的實用價值就從基礎實作提升到瞭物聯網(IoT)應用的層次,對於想在履歷上增添一筆實戰專案的工程師來說,無疑是個強心劑。我個人期待它能深入探討係統的穩定性和安全性議題,畢竟門禁安全不容小覷。

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身為一個對工業控製領域抱持高度興趣的業餘愛好者,我對這種結閤傳統門禁技術(EM 讀卡)與現代開源硬體(Arduino)的專案非常感興趣。這種跨領域的整閤,往往最能體現齣創客精神。然而,門禁係統的核心價值在於「可靠性」與「擴展性」。我希望作者能著墨在如何建構一個可擴展的架構。例如,如果未來公司規模擴大,需要管理上百個齣入口,或者需要加入指紋辨識、卡號黑名單即時更新等複雜功能,這個基礎的 Arduino 專案如何平滑過渡到更高階的係統,例如使用 Raspberry Pi 或更強大的工業級 PLC 進行升級?電子書若能提供一個清晰的模組化設計思路,將讀卡模組、控製邏輯(State Machine)、通訊介麵(如 RS485 或 Ethernet)分開撰寫和管理,並透過清晰的 API 介麵進行呼叫,那這本書就不僅僅是一本入門教學,而是一部關於建構可維護、可升級的嵌入式係統的實戰手冊。這對於確保專案生命週期長遠發展至關重要,畢竟我們都不希望花時間做的東西,用不到一年就因架構僵化而必須全部推翻重來。

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說真的,現在市麵上號稱教 Arduino 專案的書多如牛毛,但真正能深入到「設計」層次的卻鳳毛麟角。很多書籍隻是把現成的模組(像是 RC522 讀卡機)接上線,然後跑一個範例程式碼,使用者複製貼上後就能動瞭,但一旦想要修改功能,比如換成不同通訊方式的 EM 讀卡機,或是想優化讀取延遲,立刻就卡住,因為背後的原理根本沒講清楚。我特別在乎「設計」這兩個字。它暗示著的不隻是「如何做」,更是「為什麼要這麼做」的思維建立。例如,在規劃電源供應時,穩定性與雜訊抑製絕對是關鍵,特別是當係統加入繼電器驅動鎖具時,瞬間的大電流衝擊很容易導緻微控製器重啟。一個優秀的設計指南,應該會詳細說明在 PCB layout 階段該如何處理地線(Grounding)與電源濾波,甚至討論不同廠牌 EM 模組在抗乾擾能力上的細微差異。如果這本電子書能像一位經驗豐富的學長在旁邊指導,不隻給齣「能用」的方案,更提供「最佳實踐」(Best Practice)的架構藍圖,讓人能舉一反三,未來麵對各種感測器或執行器時,都能用同樣的設計思維去駕馭,那這本投資就非常劃算瞭,絕對值得反覆翻閱研究。

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