基于RFID技術(shù)的門禁與身份識別系統(tǒng)研究

◆張 宸 邢婷婷

基于RFID技術(shù)的門禁與身份識別系統(tǒng)研究

◆張 宸 邢婷婷

（福州工商學(xué)院信息工程系 福建 350007）

在信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，不論是上班必備的考勤打卡管理系統(tǒng)，還是智能建筑管理系統(tǒng)，RFID技術(shù)都已成為非常重要的部分，其發(fā)揮出來的作用是不可取代的。針對傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)磁卡易丟失易破解，生物識別門禁系統(tǒng)成本高，對環(huán)境要求高等問題，本文將RFID技術(shù)應(yīng)用在門禁以及身份識別系統(tǒng)中，并且將RFID技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)靈活實(shí)用、安全系數(shù)高、非接觸自動識別等特性的智能化系統(tǒng)。

RFID；控制技術(shù)；門禁與身份識別

現(xiàn)實(shí)生活中門禁和身份識別系統(tǒng)已經(jīng)層出不窮，但是所用的技術(shù)都受到了一些局限性，比如傳統(tǒng)的ID卡、IC卡身份識別技術(shù)需要持卡者主動去進(jìn)行識別，有些時候還需要反復(fù)識別，而且識別速度較慢，卡片還容易丟失、易被復(fù)制，其安全性能較低；常用的還有生物識別技術(shù)，雖然安全系數(shù)提高了，但也存在設(shè)備成本較高，使用的人比較多的時候需要排隊(duì)等候，對環(huán)境和使用者要求高等局限性。與這幾個常用的身份識別技術(shù)相比，RFID具有實(shí)時更新資料、存儲信息量大、使用壽命長、工作效率高、安全性能好等特點(diǎn)，同時也是被公認(rèn)為最有潛力的關(guān)鍵技術(shù)。因此本設(shè)計(jì)針對傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)的缺點(diǎn)，將RFID技術(shù)應(yīng)用于門禁與身份識別系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)出了基于RFID的門禁與身份識別系統(tǒng)。并且具有較好的靈活實(shí)用性、識別速度快、使用壽命長、安全系數(shù)高以及非接觸自動識別等方面的優(yōu)勢，省去了傳統(tǒng)門禁排隊(duì)刷卡的麻煩，節(jié)約了用戶的時間，同時也降低了門禁管理人員的工作壓力。

1 RFID與射頻識別系統(tǒng)

無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種自動進(jìn)行無線識別和數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)，其主要包含射頻標(biāo)簽、讀寫設(shè)備和天線[1]。RFID技術(shù)基本原理圖如圖1所示。

圖1 RFID基本原理圖

本系統(tǒng)將RFID技術(shù)應(yīng)用于門禁與身份識別系統(tǒng)中，利用了射頻標(biāo)簽和讀寫設(shè)備之間的非接觸自動識別，識別距離遠(yuǎn)且效率高的特性。在不同的射頻標(biāo)簽里面設(shè)置一個唯一的電子編碼，這個電子編碼用來標(biāo)識物體，并用于存儲空間的信息識別，這些信息的傳輸通過改變天線的阻抗數(shù)值實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸工作。讀寫設(shè)備與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，以此完成信息的解碼、辨別、判斷以及管理等多種類型的信息處理環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)最主要的功能就是實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)的存儲以及管理，同時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)還能發(fā)出讀寫的射頻信號，這些信號可以實(shí)現(xiàn)有效的射頻標(biāo)簽控制。

2 RFID的門禁與身份識別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)的模塊組成主要是包括主控模塊、RFID身份識別模塊、驅(qū)動模塊、GSM模塊和通訊模塊[2]。

主控模塊：是作為門禁系統(tǒng)的控制單元。與51單片機(jī)相結(jié)合對各個模塊進(jìn)行工作的協(xié)調(diào)，并根據(jù)獲取到的不同的RFID身份信息，驅(qū)動各個模塊發(fā)揮其自身的功能。實(shí)現(xiàn)RFID卡的登錄和驗(yàn)證，由USB完成系統(tǒng)設(shè)置。

RFID身份識別模塊：由射頻標(biāo)簽和讀卡器兩部分構(gòu)成。射頻標(biāo)簽中記錄了持卡者的所有詳細(xì)信息，由讀卡器讀出卡中的信息后上傳到主控模塊，由主控模塊進(jìn)行信息處理。

驅(qū)動模塊：包含了本系統(tǒng)所需的所有驅(qū)動電路。如燈光控制電路、報警電路、門鎖開關(guān)驅(qū)動電路等。

GSM模塊：實(shí)現(xiàn)各種方式的安全通報。例如短信通知等方式。

通訊模塊：門禁系統(tǒng)的通訊保障。實(shí)現(xiàn)主控節(jié)點(diǎn)和門禁節(jié)點(diǎn)之間的信息傳遞。

RFID技術(shù)中心的射頻信號對RFID卡中的信息進(jìn)行識別后得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。常用的RFID標(biāo)簽按頻段分為三種：低頻、高頻、超高頻，本系統(tǒng)采用固定的13.56MHz高頻載波頻率，用于發(fā)射ID號碼調(diào)制信號，同時通過信號的耦合與解調(diào)系統(tǒng)的方式[3]，把所得數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1單片機(jī)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，驅(qū)動門禁系統(tǒng)完成相應(yīng)的功能。

3 RFID門禁與身份識別系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

3.1 門禁系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)其主要的結(jié)構(gòu)是由一個主控節(jié)點(diǎn)以及若干個門禁節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成，門禁節(jié)點(diǎn)將安裝在所需要控制的門上。用戶在進(jìn)入的時候需要經(jīng)過門禁節(jié)點(diǎn)的身份驗(yàn)證，門禁節(jié)點(diǎn)把驗(yàn)證信息發(fā)送給主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全認(rèn)證，若信息比對成功，主控節(jié)點(diǎn)則把認(rèn)證結(jié)果的信息發(fā)送回門禁節(jié)點(diǎn)，并驅(qū)動門鎖實(shí)現(xiàn)開門動作，用戶就可以通過該門禁。門禁驅(qū)動采用人性化的方式，在開門動作完成的同時顯示身份信息驗(yàn)證成功的燈光。若信息比對不成功，主控節(jié)點(diǎn)則驅(qū)動報警電路，發(fā)出報警信號，并同時驅(qū)動GSM模塊發(fā)送短信通知門禁管理人員。

本系統(tǒng)的主要功能和特性包括：（1）能夠?qū)崿F(xiàn)門禁的基礎(chǔ)功能，通過信息驗(yàn)證時開鎖；（2）能夠根據(jù)需要加入或者刪除RFID卡信息；（3）GSM各種方式的通報功能；（4）門禁系統(tǒng)的人性化設(shè)置；（5）利用以太網(wǎng)技術(shù)，使得擴(kuò)充更為靈活。

3.2 硬件電路的設(shè)計(jì)

主控節(jié)點(diǎn)作為門禁系統(tǒng)中最重要的控制中心，本設(shè)計(jì)采用的是AT89C51單片機(jī)作為核心器件[4-5]，其功能主要是從以下幾個方面來做好安全驗(yàn)證的工作：（1）與每一個門禁節(jié)點(diǎn)都能進(jìn)行通訊，能接收門禁節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的用戶驗(yàn)證信息、用戶卡增加或刪除信息，也能發(fā)送給門禁節(jié)點(diǎn)反饋信息；（2）能對接收到的用戶信息進(jìn)行比對，若用戶信息比對成功，則驅(qū)動門鎖完成開門動作，若用戶信息比對不成功，則驅(qū)動報警系統(tǒng)，發(fā)出報警信號，并同時驅(qū)動GSM模塊發(fā)送短信通知門禁管理人員；（3）能夠成功讀取SD卡中用戶設(shè)置的人性化驅(qū)動事件，每個用戶可設(shè)置多種人性化的驅(qū)動事件，并采用短信通知用戶；（4）對合法用戶的表格進(jìn)行維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)表格中數(shù)據(jù)的增加或刪除，并且能夠檢驗(yàn)其合法性；（5）每一個合法用戶都可以采用GSM短信的形式發(fā)送預(yù)先設(shè)定的信息。

門禁節(jié)點(diǎn)在每一個需要控制的門上進(jìn)行安裝，利用以太網(wǎng)控制器W5100S芯片與主控節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行連接，用戶通過射頻標(biāo)簽觸動門禁節(jié)點(diǎn)，并將射頻標(biāo)簽中的信息發(fā)送到主控節(jié)點(diǎn)，以此來完成身份信息的驗(yàn)證，根據(jù)最終的驗(yàn)證結(jié)果是否匹配，來判斷是否驅(qū)動門鎖實(shí)現(xiàn)開門動作。其主要的功能有以下幾個方面：（1）各個門禁節(jié)點(diǎn)都能與主控節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息交流，向主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送用戶的驗(yàn)證信息、RFID卡的增加或刪除信息，接收主控節(jié)點(diǎn)的反饋信息；（2）在接收到主控節(jié)點(diǎn)的開鎖指令后，驅(qū)動門鎖完成開門動作；（3）在開鎖指令完成后，接收主控節(jié)點(diǎn)傳來的用戶預(yù)先設(shè)定的人性化驅(qū)動事件，完成自動開燈等動作；（4）對射頻標(biāo)簽的信息進(jìn)行讀取。

4 RFID系統(tǒng)測試

門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，通過測試驗(yàn)證能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，并且各項(xiàng)功能都符合功能需求。門禁控制器和主控制器與以太網(wǎng)交換機(jī)連接，構(gòu)建一個以太網(wǎng)系統(tǒng)，方便對設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測試。本系統(tǒng)由一個主控節(jié)點(diǎn)、三個門禁節(jié)點(diǎn)以及以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成本次測試環(huán)境[3]。其中主控節(jié)點(diǎn)IP 192.168.1 11，三個門禁節(jié)點(diǎn)的IP分別為192.168.1.22、192.168.1.23和192.168.1.24。通過測試驗(yàn)證了預(yù)期的開鎖功能、人性化驅(qū)動功能、GSM通報功能、用戶卡增加和刪除功能，并且各項(xiàng)功能均能實(shí)現(xiàn)。RFID技術(shù)在門禁系統(tǒng)中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)也能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能。

5 結(jié)語

本文主要是通過對基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)以及身份識別系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且將RFID技術(shù)與51單片機(jī)相結(jié)合[6]，實(shí)現(xiàn)靈活實(shí)用、安全系數(shù)高、非接觸自動識別等特性的智能化門禁系統(tǒng)。采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建起具有擴(kuò)展性的硬件平臺，經(jīng)過測試實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計(jì)和硬件設(shè)備的控制[2]。RFID技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢促使其具有越來越廣泛的應(yīng)用范圍，將RFID技術(shù)應(yīng)用于門禁系統(tǒng)能夠方便我們在日常工作生活中的操作，同時，安全系數(shù)以及系統(tǒng)實(shí)用性等方面的優(yōu)勢使得在生活和工作領(lǐng)域中也是非常值得推廣的。

[1]趙文，李曉玲.基于LSSVM和RFID的智能門禁身份認(rèn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（03）：998-1001.

[2]郭宇智，林福炎，高旭東，張雪.基于RFID的門禁與身份識別系統(tǒng)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（15）：51.

[3]胡亮.淺析基于RFID的門禁與身份識別系統(tǒng)[J].科技展望，2016，26（25）：157.

[4]馬淑華，王鳳文，張美金.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2007.

[5]張靖武，周靈彬.單片機(jī)原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真[M].電子工業(yè)出版社，2008.

[6]黃健，吳永弘，劉喬俊.基于RFID技術(shù)的門禁系統(tǒng)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（04）：116-119.