基于RFID的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉新躍

(成都大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心,四川成都 610106)

0 引 言

門禁系統(tǒng)又稱為出入口控制系統(tǒng),是一種新型的集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)為一體的現(xiàn)代安全管理系統(tǒng).本研究所設(shè)計(jì)的基于RFID的智能門禁系統(tǒng)通過無線射頻技術(shù)和智能卡技術(shù)相結(jié)合,將獨(dú)立運(yùn)行的門禁與集中控制的門禁有機(jī)地組合起來,具有使用簡單、維護(hù)方便、便于控制等特點(diǎn),能有效地對(duì)重要區(qū)域或通道的出入口進(jìn)行安全防范與出入跟蹤管理.

1 RFID技術(shù)

無線射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID),是上世紀(jì)9O年代開始興起的一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它將IC卡技術(shù)和射頻技術(shù)識(shí)別結(jié)合起來,成功地解決了免接觸和無源(卡中無電源)的難題,是電子信息技術(shù)領(lǐng)域的成功突破[1].目前,RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、智能交通運(yùn)輸控制管理、物流等眾多領(lǐng)域,成為了各行業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、商業(yè)智能化和實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要手段[2-3].

2 系統(tǒng)簡介

本研究設(shè)計(jì)的基于RFID技術(shù)的門禁控制系統(tǒng)包括門禁控制器與門禁管理系統(tǒng).

2.1 門禁控制器

門禁控制器是智能系統(tǒng)的前端,具有自動(dòng)識(shí)別身份、響應(yīng)服務(wù)器指令、向電磁門鎖發(fā)出指令、發(fā)現(xiàn)出入事件等功能,其包括:

(1)電子標(biāo)簽,即身份識(shí)別卡,由芯片和內(nèi)置天線組成.芯片為數(shù)據(jù)載體,存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)身份的相關(guān)信息,內(nèi)置天線用于與讀卡器間的通信.本系統(tǒng)選用Mifare one卡作為身份識(shí)別卡.

(2)RFID控制,負(fù)責(zé)讀、寫電子標(biāo)簽內(nèi)所包含的信息.RFID芯片控制射頻電路向電子標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào),電子標(biāo)簽根據(jù)請(qǐng)求返回指定信息,再由RFID控制芯片將收到的信息解碼后傳輸?shù)組CU上進(jìn)行后續(xù)處理.

(3)微控制單元(Micro Control Unit,MCU)控制,負(fù)責(zé)接服務(wù)器指令、向RFID發(fā)送指令并接收其返回信息,同時(shí)還負(fù)責(zé)發(fā)送進(jìn)出門禁信息及本地日志的處理.

(4)電磁門鎖,主要功能是接收MCU發(fā)出的指令進(jìn)行開關(guān)工作.

2.2 門禁管理系統(tǒng)

門禁管理系統(tǒng)位于管理中心的服務(wù)器上,可根據(jù)用戶需要進(jìn)行相應(yīng)的軟件模塊設(shè)計(jì),從而完成對(duì)門禁控制器的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理.

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本智能門禁系統(tǒng)硬件包括身份識(shí)別卡、RFID控制部分以及MCU控制部分,其中身份識(shí)別卡選用Mifare one卡,MCU的控制芯片選用ATmega8,RFID控制芯片選用FM1702SL.系統(tǒng)以RS-485總線與服務(wù)器通信,經(jīng)過服務(wù)器授權(quán),Internet用戶可以訪問服務(wù)器.

信息存儲(chǔ)在Mifare one卡里,讀卡器與Mifare one卡通過各自的天線建立起非接觸信息傳輸通道.當(dāng)Mifare one卡進(jìn)入門禁控制器工作區(qū)域時(shí),讀卡器向Mifare one卡發(fā)出一組固定頻率的電磁波,Mifare one卡內(nèi)有一個(gè)諧振電路,其諧振頻率與讀卡器發(fā)射的頻率一致,在電磁波的激勵(lì)下,諧振電路產(chǎn)生共振,從而使電容內(nèi)有了電荷,在這個(gè)電容的另一端,接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存,當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2 V時(shí),此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓,將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或讀取讀卡器的數(shù)據(jù)[4,5].

系統(tǒng)工作時(shí),用戶把身份識(shí)別卡靠近讀卡器天線區(qū)域,讀卡器自動(dòng)感應(yīng)并讀取身份識(shí)別卡存儲(chǔ)的身份信息,通過RS-485總線上傳身份信息到服務(wù)器,若信息符合要求,則開啟通道.服務(wù)器在核實(shí)用戶身份信息的同時(shí),記錄門禁授權(quán)及使用日志.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本智能門禁系統(tǒng)發(fā)射天線的設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的難點(diǎn).在沒有專業(yè)測試設(shè)備的情況下,要匹配電路達(dá)到諧振的條件頗為不易.在實(shí)際操作中,本研究按公式[6]估算天線電感,并根據(jù)信號(hào)頻率算出諧振時(shí)的電容值,然后再在實(shí)物電路上匹配調(diào)整諧振電容.

式中,l1,一圈導(dǎo)線的長度,D1,導(dǎo)線直徑或者PCB板敷銅的寬度,K,天線形狀系數(shù)(圓環(huán)狀,K=1.07;矩形,K=1.47).

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)用戶使用身份識(shí)別卡靠近讀卡器天線區(qū)域時(shí),讀卡器感應(yīng)探頭感知有卡靠近,驅(qū)動(dòng)射頻芯片F(xiàn)M1702SL,使其通過天線發(fā)射無線電磁波.通過電磁波讀取用戶身份識(shí)別卡存儲(chǔ)的身份信息,MCU判斷用戶是否合法,用戶等級(jí)是否在允許的范圍內(nèi).若身份信息核對(duì)通過,則打開門鎖,開啟通道.同時(shí),微控制器會(huì)通過RS-485總線向服務(wù)器發(fā)送身份認(rèn)證信息、門鎖位置及狀態(tài)等信息.若身份核對(duì)不合法,則會(huì)發(fā)出聲音警示,微控制器向服務(wù)器發(fā)送門鎖位置、狀態(tài)及身份信息,更新服務(wù)器日志.系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)門禁鎖軟件設(shè)計(jì)中,其主要的操作為:尋卡、防沖突、選擇卡、密鑰驗(yàn)證、讀寫操作,流程如圖3所示.

圖3 門禁鎖操作流程圖

5 結(jié) 語

本研究設(shè)計(jì)的RFID門禁系統(tǒng),經(jīng)過較長時(shí)間的測試運(yùn)行,取得了良好的效果.基于RFID的門禁技術(shù)作為一種在安全管理領(lǐng)域里非常穩(wěn)定、便于管理、價(jià)格低廉的實(shí)施方案,具有極大的推廣價(jià)值與應(yīng)用前景.

[1]郇新,李海玉.RFID技術(shù)探索[J].科學(xué)與財(cái)富,2011,23 (8):132-133.

[2]徐海峰,姜暉.RFID系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效ALOHA防沖突算法研究與仿真[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,39(5):19-26.

[3]高志堅(jiān),林鎮(zhèn)熊,黃振華.RFID技術(shù)在高校儀器設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2010,39(29):204-205.

[4]游戰(zhàn)清,李蘇劍.無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[5]康東,石喜勤,李勇鵬.射頻識(shí)別(RFID)核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)案例[M].北京:人民郵電出版社,2008.