基于RFID技術門禁系統的設計與實現

楊晶晶

摘要：射頻識別技術興起于上世紀九十年代，具有較好的環境適應性，識別距離較遠，能夠同時識別多個標簽等優勢，已經廣泛應用于門禁系統。本文提出了一種基于RFID的門禁系統，以STM32作為主控制器，結合觸摸屏、射頻識別模塊、繼電器等器件構建門禁系統。通過比對卡號是否準確，由單片機控制繼電器實現門的開啟。研究結果表明，系統功能比較穩定，具有較高的性價比。

關鍵詞：RFID技術;STM32;門禁系統

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0141-01

門禁系統在設計的過程中要遵循一定的原則。首先門禁系統應遵循實用性原則，即系統的設計要符合實際需求，具有良好的可操作性，容易學習。其次系統應該具有良好的穩定性，因為門禁系統與人們的生活和工作密切相關，并且是一項長時間工作的系統。系統應該具有較好的安全性能，結合實時監控和聯動報警功能，充分保證使用者人身財產的安全。系統應該具備可擴展性和易于維護的性能。

1 門禁系統的組成

RFID門禁系統主要由電子標簽、閱讀器、主控制器、用戶終端、繼電器等部分組成。

電子標簽又稱射頻卡，是數據的載體;閱讀器又稱為讀出裝置、讀寫器，用來識別標簽的數據。主控制器負責控制閱讀器模塊、繼電器模塊、與上位機之間的通信。門禁系統有兩種工作方式，即在線和脫機。在線工作時，可實時將刷卡數據上傳到PC機管理系統，便于實時監控，查詢數據。脫機運行時，將刷卡數據保存在本地，系統連網后可將其傳給上位機以供后續處理[1]。

2 系統總體設計方案

系統總體分為上位機管理系統和下位機系統兩部分。其中門禁系統的硬件電路作為整個系統工作的物質基礎，首先要考慮研究開發的可行性，然后考慮整個系統的功能、成本和性能等，最終確定整個系統硬件電路的設計。本系統采用STM32F103ZET6單片機、MF RC522集成射頻讀寫芯片，繼電器等模塊構建射頻識別門禁系統，使用C#軟件編寫人機友好交互界面，并且通過串口實現了上位機與STM32之間的通信。該部分系統結構模型如圖1所示。

3 系統硬件設計

3.1 硬件總體設計

門禁系統主控制器是Cortex-M3內核的STM32F103ZET6芯片，該芯片采用32位的RISC內核，工作頻率最高可達72MHz，用于存放程序和數據的高達512K字節的內置閃存存儲器，多達64K字節的內置SRAM，內置多個USART控制器，用來實現RFID模塊和上位機的通信。射頻模塊采用MF RC522模塊，工作頻率為13.56MHz，它為處于發射區域內的非接觸式IC卡提供能量[2]。系統板由JTAG口進行程序的調試和下載， I/O口與液晶模塊相連接，用于顯示相關提示信息及時間日期。

3.2 讀卡器模塊與主控制器電路硬件設計

RC522與MCU進行通訊的接口方式有三種，分別為SPI接口、 串行UART接口以及I2C接口。該系統中的STM32通過SPI總線方式與MF RC522連接。MF RC522可以作為一個從設備與STM32通信。SPI接口是全雙工通信，不需要進行尋址操作，在主機向從機發信息的同時，從機也會發送信息給主機，既簡單又高效。

4 系統的軟件設計

4.1 系統總體軟件設計

門禁系統總體軟件設計包括下位機系統軟件設計和PC機系統管理軟件設計。下位機系統主要是實現對卡片的讀取、與上位機管理系統的通信，在keil環境中用C語言編程實現。PC機系統管理軟件采用c#分別對上位機的總體結構以及各個功能模塊進行設計。

4.2 下位機系統軟件設計

本設計采用STM32作為主控芯片，還用到了繼電器、MF RC522等外設，因此本系統采用了模塊化的設計思路。模塊化設計思路的優點在于可以將子任務各個擊破，然后再進行整體的統一調試，便于團隊合作和模塊復用，從而節省開發時間、提高程序開發效率[3]。方便后期程序的設計、維護以及功能的裁剪。下位機門禁系統采用Keil軟件進行開發、C語言編寫程序，主要的模塊有主程序模塊，射頻識別開門模塊，射頻識別管理模塊快，繼電器控制模塊。

4.3 PC機系統管理軟件設計

本文設計的上位機管理系統采用C#實現，應用于Windows 7操作系統。C#是專門為NET平臺開發的一種簡單、現代、安全、通用、面向對象的編程語言，具有類似Java的語法，同時擁有像VB語言一樣高效的開發特點。通過串口與該系統進行通信，完成相應的功能。

系統管理軟件擁有用戶的基本資料，包括用戶的卡號、姓名以及聯系方式等信息，能夠對用戶的出入情況，活動范圍等活動進行規范管理，并且準確記錄用戶出入的相關信息，可以為管理部門提供最真實、最詳細的統計資料，通過數據庫保存相關信息。用戶還可以直接向主控單元發送指令實現遠程開鎖的功能，充分體現了管理的科學化和人性化。

該門禁系統的管理軟件主要分為四個模塊，它們分別是門禁系統登錄界面、用戶信息管理界面、記錄查詢界面、門鎖控制幾個部分。系統軟件結構設計如圖2所示。

5 結語

該系統以STM32為主控制器，結合射頻識別模塊，繼電器模塊，觸摸屏等模塊實現了基于RFID的射頻識別門禁系統。系統采用無線射頻技術實現無鑰匙出入，使用壽命長、適應較惡劣的環境;上位機界面實現門禁的遠程監控，操作方便、快捷，具有較好地安全性。該系統在智能家居，辦公室出入口，停車場等場合具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 張潔.基于RFID技術的智能門禁系統設計[D].河北科技大學，2010.

[2] 韓愛麗，李亞.基站芯片RC522的14443A讀卡器設計[J].新器件技術，2006（12）：35.

[3] 蘇小紅，王宇穎，孫志剛.C語言程序設計[M].北京：高等教育出版社，2011：189-191.