基于RFID的門(mén)禁系統設計

門(mén)禁系統，又稱(chēng)為出入口控制系統，是對重要區域或通道的出入口進(jìn)行管理與控制的系統。隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，它已不局限于簡(jiǎn)單的對門(mén)鎖或鑰匙的管理，而是集自動(dòng)識別技術(shù)和現代化管理技術(shù)與一體的新型現代化安全管理系統，已成為安全防范系統中極為重要的一部分，被廣泛應用中智能大廈、辦公室、賓館等場(chǎng)合。目前，門(mén)禁系統的控制手段主要有：指紋識別、人臉識別、虹膜識別和射頻卡等。前3種方式都屬于生物識別技術(shù)，是以人體某部分的特征為識別載體和手段，其唯一性和不可復制性決定了其是最安全的身份驗證方法，但其價(jià)格昂貴，難以普及，且涉及到個(gè)人隱私，只適用于高端和絕對機密的場(chǎng)所。

　　射頻卡是無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)和智能卡技術(shù)相結合的產(chǎn)物，其具有使用簡(jiǎn)單、維護方便等特點(diǎn)。

　　為了提高門(mén)禁系統的現代化管理和遠程監控能力，介紹了一種基于Web技術(shù)的門(mén)禁系統。系統采用無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，當讀寫(xiě)器的射頻范圍內出現非接觸式IC卡時(shí)，讀卡并將信息通過(guò)串口通信傳送給服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)的數據處理，并構建了基于C/S模式的管理平臺，管理員可通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)對門(mén)禁控制器查詢(xún)和控制，從而有效地實(shí)現在互聯(lián)網(wǎng)的任何位置對信息的實(shí)時(shí)監控。

　　1 系統架構

　　系統采用非接觸式IC卡，利用無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)RFID（RadioFrequencyIdentification）檢測IC卡，當IC卡靠近讀寫(xiě)器時(shí)，讀寫(xiě)器能準確地對其識別，并將其序列號發(fā)送給主控器和PC機，通過(guò)應用程序連接后臺數據庫獲取與該卡號對應的用戶(hù)信息。

　　若該卡已進(jìn)行注冊，則通過(guò)驗證并通知控制器開(kāi)門(mén)，并記錄卡號和開(kāi)門(mén)時(shí)間，反之則禁止通行并告知持卡人離開(kāi)。

　　系統由電子標簽、讀寫(xiě)器、串口通訊、服務(wù)器和用戶(hù)終端五部分組成。如圖1所示。讀寫(xiě)器是系統的核心，其通過(guò)射頻信號與IC卡（電子標簽）通信，完成讀卡、存儲和發(fā)送數據的工作，其可以獨立工作，也可聯(lián)網(wǎng)工作，文中采用RS232串口通信與服務(wù)器相連。

　　服務(wù)器和用戶(hù)端之間采用C/S結構，應用軟件與數據庫SQLSERVER2000連接通過(guò)ADO對象實(shí)現，兩者通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現互聯(lián)。在系統管理員授予權限的情況下，用戶(hù)均可以查詢(xún)、統計、打印管理系統的所有相關(guān)記錄。

　　2 硬件設計

　　2.1 硬件總體設計

　　射頻讀寫(xiě)器是系統的核心，由主控電路、射頻讀寫(xiě)電路、天線(xiàn)耦合電路和天線(xiàn)等電路組成，負責對射頻信號的處理和數據的傳輸，完成對IC卡序列號讀取的任務(wù)，如圖2所示。

　　電子標簽，即射頻卡，由IC卡片、感應天線(xiàn)組成，封裝在一個(gè)標準的PVC卡內，芯片及其天線(xiàn)無(wú)任何外露部分?？ㄆ瑹o(wú)需電源，在一定范圍內靠近讀寫(xiě)器時(shí)，通過(guò)天線(xiàn)的傳遞來(lái)完成數據的讀寫(xiě)操作。本文選用Philips公司的Mifare1卡，該卡基于ISO14443TYPEA國際標準，每張卡具有全球唯一的序列號，具有防沖突功能。

　　天線(xiàn)的作用就是產(chǎn)生磁通量，為卡片提供電源，在讀寫(xiě)器和卡片之間傳送信息。天線(xiàn)的有效電磁場(chǎng)范圍就是系統的有效工作區域。

　　讀寫(xiě)芯片選取Philips生產(chǎn)的用于讀寫(xiě)Mifare1卡的專(zhuān)用芯片MFR500,工作頻率為13.56MHz。

　　主控器由AT89S52單片機及其外圍電路組成，負責控制讀寫(xiě)模塊、與PC機間的串口通信和對外部設備的控制操作。其中單片機對讀寫(xiě)模塊的操作就是通過(guò)控制MFRC500來(lái)實(shí)現對Mifare1卡的操作。

　　它是單片機與IC卡之間數據傳輸的橋梁。

2.2 射頻電路設計

　　射頻電路的核心是讀寫(xiě)芯片MFRC500,它是單片機與IC卡之間數據傳輸的橋梁。其與單片機的連接如圖3所示。

　　單片機對讀寫(xiě)芯片采用中斷控制方式，中斷控制口INT0與MFRC500的IRQ腳相連。MFRC500內部有64個(gè)寄存器，單片機通過(guò)往寄存器里寫(xiě)入控制命令來(lái)對其進(jìn)行配置和操作，其中掉電檢測引腳RSTPD連接單片機P2.0腳，NCS腳連接P2.7腳，NWR、NRD分別連接至單片機讀寫(xiě)端口WR、RD腳，數據口D0~D7連接至單片機P0口石英晶體振蕩器產(chǎn)生13.56MHz的工作頻率，L1、L2、C5、C6構成的低通濾波器用于抑制晶振電路同時(shí)產(chǎn)生的高次諧波。接收電路由R1、R2、C3、C4組成，采用MFRC500內部產(chǎn)生的VNID電勢作為RX腳的輸入電勢，為了減少干擾，VIND腳連接一電容C3到地，且必須在RX和VNID之間連接一個(gè)分壓器（R1），最好還在天線(xiàn)線(xiàn)圈和反壓器之間串連一個(gè)電容（C4）。為了獲得更好的性能，在電路板布線(xiàn)時(shí)，這些元件應緊靠MFRC500芯片天線(xiàn)引腳RX、TX1、TX2。

　　2.3 天線(xiàn)電路設計

　　為了獲得穩定可靠的射頻信號，天線(xiàn)的性能至關(guān)重要，其直接影響了讀寫(xiě)器的作用距離和靈敏度。天線(xiàn)的性能與其品質(zhì)因數Q有關(guān)，Q與天線(xiàn)的幾何形狀、大小、圈數等因素有關(guān)。

　　系統設計的是近距離耦合式IC卡，天線(xiàn)制作選用PCB天線(xiàn)，即直接在PCB板上制作天線(xiàn)電路板，該法穩定性較好。

　　天線(xiàn)連接到讀寫(xiě)芯片時(shí)，需要外加匹配電路。如圖4所示。系統對天線(xiàn)進(jìn)行了大致估算，并通過(guò)改變匹配電路的電容值，以達到最佳的讀寫(xiě)距離。

3 軟件設計

　　系統軟件包括下位機和上位機管理系統兩個(gè)部分。其中下位機以AT89S52單片機為核心，實(shí)現對讀寫(xiě)器的讀取、門(mén)禁的控制和串口通信。采用的編程語(yǔ)言是C語(yǔ)言，編譯器是KeilC51。上位機管理軟件運行在服務(wù)器上，采用VisualC++6.0和SQLSever2000進(jìn)行系統管理和數據庫開(kāi)發(fā)，包括串口通信、監控管理和信息發(fā)布三部分。其中監控管理軟件用于實(shí)現用戶(hù)注冊、記錄查詢(xún)、刪除等任務(wù)，信息發(fā)布用于管理員通過(guò)web網(wǎng)頁(yè)來(lái)查看門(mén)禁的日志記錄等工作。

　　3.1 下位機軟件設計

　　軟件運行在單片機上，完成對卡號的讀取、門(mén)鎖及附屬電路的控制和串口通信。如圖5所示流程圖。軟件核心是實(shí)現MFRC500與Mifare1卡之間的通信，通信需遵循ISO14443TYPEA標準傳輸協(xié)議。讀卡過(guò)程必須嚴格按照固定的順序進(jìn)行，即復位應答防碰撞選卡認證讀寫(xiě)卡。由于該卡是可讀式，只需讀出卡的序列號即可，不需對相應扇區做寫(xiě)操作，故可忽略認證這一步。主要代碼如下：

3.2 上位機軟件設計

　　在VC++6.0編程環(huán)境下，利用CSerialPort類(lèi)來(lái)實(shí)現串口通訊，接收發(fā)送而來(lái)的IC卡序列號，而后通過(guò)ADO技術(shù)訪(fǎng)問(wèn)數據庫獲取該卡對應的用戶(hù)信息進(jìn)行驗證處理。

　　系統基于SQLSERVER2000進(jìn)行數據庫開(kāi)發(fā)，管理員進(jìn)入系統必須輸入帳號和密碼，以阻止非系統管理員非法登錄系統。之后管理員可完成對卡號信息的注冊、查詢(xún)、修改和刪除等工作，并將來(lái)訪(fǎng)信息（用戶(hù)和通行時(shí)間）記錄在數據庫中，以便進(jìn)行數據統計和查詢(xún)等。監控管理軟件的功能模塊如圖6所示。

　　信息發(fā)布模塊基于A(yíng)SP.net實(shí)現，實(shí)現過(guò)程主要是通過(guò)ado.net讀取SQLServer數據庫的監控管理信息表，做成信息發(fā)布網(wǎng)站部署到IIS服務(wù)器，這樣，用戶(hù)就可以以訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)頁(yè)的形式在任何位置查看系統信息和門(mén)禁記錄。

　　4 程序運行

　　以桂林電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院實(shí)驗室門(mén)禁管理為例，實(shí)現了系統的軟硬件設計。管理員輸入帳號和密碼后，進(jìn)入如圖7所示的監控管理軟件主界面。

　　經(jīng)測試，IC卡有效工作距離為6cm。當IC卡響應時(shí)，系統自動(dòng)顯示卡號、持卡用戶(hù)信息以及進(jìn)入時(shí)間，并自動(dòng)存入后臺數據庫。由于Mifare1卡具有全球唯一的序列號，故會(huì )員注冊時(shí)可將會(huì )員信息與IC卡序列號捆綁在一起存入數據庫。這樣查閱信息時(shí)可按照時(shí)間或直接按照姓名進(jìn)行精確