基于射頻讀卡器MF RC500的門禁系統

潘海軍

(湖南科技學院 電子工程系，湖南 永州 425100)

0 引 言

射頻識別技術(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)是現代信息技術高速發展的產物，是一種基于變壓器耦合方式以及電磁反向散射通信原理開發出來的無線、非接觸方式的自動識別技術。本文中介紹的非接觸式射頻卡讀寫器是基于單片機AT89C52與荷蘭Philips公司的嵌入式讀寫芯片MF RC500設計開發的。它能完成對Mifare1卡所有讀寫及控制操作。 Mifare技術體系，以其性能穩定，保密性強，讀寫速度快，在全世界射頻卡行業中占有很大的比例。使用的 Mifare卡信息容量大、安全、不易偽造，擴充功能強[1-3]。

1 硬件設計

MF RC500完全集成了在 13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議，是高集成讀卡器IC系列中的一員，支持IS014443A所有的層。在非接觸式通信過程中，該讀卡IC利用先進的調制和解調概念。MF RC500內部的發送器不需要增加有源電路就能直接驅動近距離的天線(距離最大可達100mm)。內部的接收器提供有效的解調、解碼電路，作為 IS014443A兼容的應答器信號；其數字部分用于檢測IS014443A幀和錯誤檢測(奇偶&CRC)。此外，MF RC500支持快速CRYPTO1加密算法并用于驗證MIFARE的系列產品。它的并行接口可直接連接任何8位微處理器，給讀卡器/的終端設計提供了很大的靈活性。

由于MFRC500的高集成度及其獨有的特性，使得在硬件開發和軟件設計時，必須嚴格遵循MFRC500的特有工作時序，外部電路應嚴格遵守其特性，并且注意 MF RC500的復位操作，否則芯片將不工作，甚至被損壞。

基于單片機 AT89C52和Philips 公司的 MF RC500射頻卡讀寫模塊構成的門禁系統總體結構框圖如圖1所示。系統工作時，微處理器AT89c52先控制射頻識別讀寫器讀卡，然后單片機根據所得數據輸出四個開關量信號(分別控制進出的兩個門閥繼電器)，開關量信號經過放大后分別去控制門鎖繼電器和讀取門磁信號，同時單片機和下位PC機之間進行通訊，來獲得指令和傳輸系統狀態等，最后去操作系統的輔助設備，如液晶屏、EEPROM等。

圖1 系統的總體結構圖

2 軟件設計

根據方案的選擇，門禁系統部分主要以下位PC機為中心, 向上通過以太網連接到系統控制中心, 向下則通過RS485 與AT89C52相連，通過基于MF RC500芯片的讀卡器對門禁終端進行數據采集, 并進行數據處理后, 發往系統控制中心。系統的軟件結構框圖如圖2 所示。由圖中看出,讀卡程序、串口通信控件和基于以太網的網絡通信組件非常重要, 正是通過這三個軟件模塊把讀卡器、下位PC機以及系統控制中心連接起來。其中基于以太網的網絡通信組件采用了Windows底層的Winsock網絡通信組件。

圖2 軟件框架圖

2.1 讀卡程序

在 MF RC500 的函數庫中, 可直接對符合 ISO14443A 標準的非接觸式卡和感應器進行如下操作：

void main (void)

{ init ()；

M500PcdConfig () ;

PcdReadE2 (8 ,4 , Snr-RC500) ;

M500PcdMfOutSelect (mfout) ;

For (count = 0 ;count ＜ 100 ;count + + )

{ status1 = M500PiccRequest ( PICC-REQALL ,tt1) ;

if (status1 = = MI-OK)

status1 = M500PiccAnticoll (0 , cardserialno) ;

if (status1 = = MI-OK)

status1 = M500PiccSelect (cardserialno ,sak1) ;

if (status1 = = MI-OK)

status1 = M500PiccAuth (PICCAUTHENT1A ,

cardserialno , 1 , 4) ;

if (status1 = = MI-OK)

status1 = M500PiccRead(4 , blockdata) ;

for ( counter2 = 0 ;counter2 ＜ 16 ;counter2 + + )

blockdata[counter2 ]= counter ;

if (status1 = = MI-OK)

status1 = M500PiccWrite ( 4 , blockdata) ;

} }

2.2 串口通信編程實現

在基礎數據采集和實時控制系統過程中，單片機AT89C52通過計算機的RS-232接口進行命令和數據傳送。在直接傳送通信系統中，只要發送和接收雙方同時準備好，信號發送端(TXD)、信號接收端(RXD)和信號地(GND)這 3根線可進行通信；若以應答方式進行數據通信，就使用請求發送(RTS)、清除發送(CTS)或數據終端準備(DTR)、數據裝置準備(DSR)進行硬件握手。在Windows操作系統下，可以很方便地使用Win32通信API函數來實現這些硬件的握手以及數據的傳送[4]。

為了交互式串行通信，在Windows通信體系中已提供1個改進的串行應用程序接口SAPI，用來進行交互式串行通信。其中串口和其他通信設備是作為文件進行處理的，串口的打開、關閉、讀取及寫入所用的函數和操作文件的函數相同。

1) 打開串口。Windows提供為讀訪問或寫訪問打開串口的CreateFile 函數，當成功打開串口后返回該串口句柄，供讀寫串口時使用。

2) 串口打開后，對串口進行合適配置。Windows提供得到當前串口設置情況的GetCommState 函數，該函數接收1個打開端口句柄和1個指向DCB結構的指針，在DCB結構中返回信息，GetCommState函數利用補充函數將 DCB 結構中的內容寫向串口設置。

3) 讀寫端口。讀寫端口可以通過查詢、同步 I/O 、異步 I/O( 后臺 I/O) 和事件驅動 I/O 4 種技術來實現。

4) 串口關閉。通信完成后，串口應該利用 CloseHandl e(hComm)函數關閉串口，其中hComm為打開的串口句柄。否則，串口始終處于打開狀態，其他應用程序就不能打開或使用它。

2.3 以太網通信控件

在編寫下位PC機與系統控制中心通信的程序時采用了Windows底層的Winsock網絡通信組件[5-6]。Winsock是一個非常靈活的網絡通信組件。Winsock的主要屬性和事件方法如下：

1) protocol: 選擇通信協議，TCP/IP 或 UDP，在此采用TCP/IP。

2) Remotehost: 指明服務器的IP 地址或計算機名稱。

3) Remoteport: 指明服務器的聆聽通道。

4) Connect: 通過此方法，與服務器建立相應連接。

5) GetData: 通過此方法，接收服務器的數據。

6) Close: 此事件在 Winsock 關閉或斷開時觸發。

7) SendData: 通過此方法，向相應服務器發送數據。

Winsock通信組件的工作模型如圖3所示。

圖3 數據流Socket客戶/服務器應用程序工作模式

3 結 論

本系統已投入實際運行，穩定可靠、實時性強且充分利用現有網絡，不必重新布線，利用傳統的基于 RS232通信接口的門禁系統快速改造為大范圍分布式遠程控制門禁系統。該門禁系統的軟件設計與開發使得數據采集、處理,數據維護,手動更改數據，對數據庫中的數據進行統計查詢，自動生成各種報表等管理工作變得方便迅捷，對智能門禁系統的推廣有重要意義。系統設計開發過程中充分運用了軟硬件協同設計的思想，各部分盡量采用模塊化設計，可以稍加裁剪改造為適于智能小區、多校區圖書館等多種不同場合的分布式遠程控制智能門禁系統。

[1]胡偉,杜謙.基于IC卡技術的高安全性門禁系統[J].計算機與現代化, 2007, (3):118-120.

[2]Narn-Yih Lee.Intergrating Access Control with User Authentication Using Smart Cards[J].Applied English Department, Southern Taiwan University of Technology, IEEE Transactions on Consumcr Electronics, Vol.46, No.4, NOVEMBER 2000:943-947.

[3]Sanjay E.Sarma, et al.RFID Systems and Security and Privacy Implications[J], CHES 2002, Lecture Notes in Computer Science 2523, 2002: 454–469.

[4]來國軍,徐平.基于以太網技術的門禁控制系統[J].裝備指揮技術學院學報, 2003,14(5):81-84.

[5]李智芳.非接觸式 IC卡門禁考勤系統設計[J].計算機工程與設計, 2000,21(6):32-34.

[6]陳思功.基于UML的軟硬件協同設計的模型分析方法[J].軟件學報,2003,14(1):103-109.