基于無源RFID無障礙門禁系統的設計與實現

王美麗，曹　懿.西安航空學院，陜西西安　　70077 .西北工業大學，陜西西安　　7007

基于無源RFID無障礙門禁系統的設計與實現

王美麗1，曹懿2
1.西安航空學院，陜西西安710077 2.西北工業大學，陜西西安710072

摘要針對廠區內門禁監管系統中存在的問題，設計并實現了一種基于無源RFID的無障礙門禁安防系統。通過在進出口安裝超高頻RFID閱讀器、紅外對射裝置及嵌入式設備，實現人員在進出口無障礙通過、快速記錄識別人員身份的功能，并建立異常門禁報警表。

關鍵詞RFID；無障礙門禁；安防監管

0 引言

完善門禁監管系統是每個單位正常運作的基礎。可靠的門禁系統要快速準確的識別、記錄人員進出信息，有效地防止非法人員入侵，為單位的正常運作以及人員、財產安全提供保障。但傳統門禁系統在人員進出門口時，多采用一卡一閘制，人員進出速度緩慢，，或是一卡多人進出的情況發生[1]。

針對以上門禁系統中存在的問題，本文提出了一種基于無源RFID (Radio Frequency Identification)的無障礙門禁系統。其中采用無源的RFID作為門禁卡，卡中包含有唯一標識信息作為人員的ID號。紅外對射裝置采集人員進出門口的行為動作[2]，結合嵌入式系統對收集到的數據進行邏輯判斷，系統能夠迅速識別進出人員的身份，并上傳到安全監管中心內。若發生人員非法進出廠區等異常情況，可及時判斷并發出警報，避免內部發生的異常情況對管理區域造成的安全威脅，對提高和完善安防管理能效具有重要意義。

1 系統總體設計

基于無源RFID無障礙門禁系統主要目的是在廠區門口建立人員身份信息監管系統，能夠對進出的人員進行識別，杜絕廠區內的安全隱患。人員佩戴無源RFID卡，同時在進出口安裝超高頻 ( Ultra High Frequency，UHF ) RFID閱讀器[3]和兩側安裝有紅外對射裝置，系統工作時，閱讀器可以收集到人員通過廠區的身份ID號，紅外對射裝置將收集人員通過門禁的動作。通過系統的處理，對人員進出門口的事件進行邏輯判斷，將收集到的人員信息通過無線傳感器網絡傳送給后臺數據庫和安防監管軟件內，通過顯示這些數據能夠查詢到人員進出廠區的時間和逗留時間。

如圖1所示，RFID閱讀器的查詢方向偏向于管理區域內側，紅外對射裝置安裝在門的左右兩側。RFID閱讀器向內側偏，這樣保障人員從門前進入門禁監管區域時，首先必須通過RFID閱讀器能夠監測到的扇形區域，確保進出門監測時都先被RFID區域所感知。當人員進入監管廠區時，他的行進方向如圖1中箭頭所示，RFID卡就會自動被閱讀器監測到，并讀取到ID號匹配人員身份信息。將采集到的人員信息通過串口發送給嵌入式裝置，等待紅外對射裝置進行判斷。如果人員繼續穿過紅外對射裝置，紅外對射裝置會判定有人員穿過了門禁系統，同時也會給嵌入式裝置發送一次確認信息。嵌入式裝置會通過以上兩次邏輯判斷，確認人員進出該廠區，并把監測到的結果打包發送給安全監控中心的數據庫內，在相應的管理軟件上就會顯示出人員進出門的身份信息、時間等。如果以上過程中，任何一個環節出現了異常情況，門禁系統都會進行報警，提示監管人員需要進行處理。

2 系統硬件設計

無源RFID無障礙門禁系統主要包括能夠采集進出數據的數據采集模塊，負責對進出門行為進行判定的數據處理模塊、負責將收集結果發送到安全監管中心的無線通信模塊和為整個門禁系統提供電能的電源模塊。

數據采集模塊包括RFID閱讀器和紅外對射裝置。其中RFID閱讀器采用超高頻UHFREADER閱讀器，讀寫距離在3~5m。它有較高的讀寫熟慮和高效的處理信號算法，保障了RFID卡的快速讀寫操作，防止了重復讀卡，一卡多讀，多卡一讀的情況。將RFID閱讀器設置為主動查詢模式，由數據處理模塊向RFID閱讀器發送查詢指令，如果在規定時間內查詢到有RFID卡，便將查詢到的結果返回給數據處理模塊。數據處理模塊對人員信息進行收集，打包發送給安全監管中心。如果沒有查詢到任何人員信息，則退出此次查詢。

紅外對射裝置采用帶有紅外光柵的發射頭和受光器裝置，裝置通過繼電器中斷的方式進行監控。在門口兩側同時安置一對紅外對射動作探測裝置，當有人員穿過對射裝置時，由于光線被遮擋，發射頭的紅外線不能被同方向受光器接收到，裝置認為有一次進出門動作，就會產生一些下降沿中斷，由嵌入式系統監測這次中斷的下降沿，確立一次穿過門禁系統的動作邏輯。其中對射距離約為0.8m，保證遮蔽一次探測器只能有一人通過。通過RFID閱讀器和紅外對射裝置結合，可以判斷進出門禁系統的人就是RFID卡所匹配的人員。

2.1數據處理模塊

數據處理模塊采用嵌入式裝置，采用WinCE的操作系統，WinCE內核支持TCP/IP協議，結合自己編寫的監控軟件，通過WiFi的通信方式發送到安全監管中心。其中對數據采集模塊發送過來的人員身份信息和進出門動作進行邏輯判斷，并把判斷結果與報警信息通過無線傳感器網絡發送出去。

2.2系統軟件設計

系統軟件主要指的是進出門禁系統的邏輯判斷算法。首先人員進入閱讀器的監測區域時，RFID閱讀器讀取到佩戴RFID卡的人員身份信息，并將信息發送給數據處理模塊。數據處理模塊會在程序內部查詢進門表，如果進門表中檢測到該人員的進門信息，則說明此人員仍在廠區內或人員非法出門，系統將判斷為不允許再次進入。這時安防監管系統提示監管人員有異常報警，需要緊急處理。如果正常情況下，進門表中沒有查詢到該人員的進門信息，數據處理模塊會將該人員的進門信息寫入寄存器中并判斷人員已經進入到檢測區域內逗留。設定一個閾值3秒，如果3秒內同時檢測到紅外對射裝置發送過來一個中斷信號，則判斷人員正常進入廠區內。如果沒有檢測到終端，則跳出查詢等待下次尋卡。如果一切都正常，則將該人員加載到進門表中。最后對所收集的信息進行打包處理并發送到安全監管中心的數據庫內。如果閾值超過10秒，數據處理模塊一直能夠查詢到人員在檢測區域內逗留，則判斷人員長時間逗留在檢測區域，發送報警。如果僅僅是檢測到了紅外對射裝置的中斷響應而沒有RFID卡號，則判斷有人入侵廠區，立即發送報警信息給安全監管中心。

參考文獻

[1]趙敏，高明芳.基于非接觸式IC卡門禁控制系統的硬件實現[J].煤炭技術，2011，12：45-46.

[2]高孟佶.穿戴式無線定位腕帶的設計與實現[D].西安：西安科技大學，2015.

中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）140-0164-01