基于射頻識別技術(shù)的聯(lián)機型門(mén)禁系統設計

　　一．引言

　　在數字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)飛速發(fā)展的今天，門(mén)禁技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。門(mén)禁系統早已超越了單純的門(mén)道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統。

　　門(mén)禁系統的發(fā)展在經(jīng)歷了單一密碼鍵盤(pán)門(mén)禁系統、IC卡門(mén)禁系統、非接觸式IC卡門(mén)禁系統，到現在最新的生物識別門(mén)禁系統。非接觸式IC卡門(mén)禁系統由于其技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)異的性能，得到了廣泛的應用。某音樂(lè )學(xué)院琴房14層大廈300多個(gè)琴房，過(guò)去一直采用的管理辦法是學(xué)生在琴房管理中心登記領(lǐng)用鑰匙使用琴房。這種管理辦法存在著(zhù)很多弊端，例如學(xué)生會(huì )私自配備琴房的鑰匙從而不通過(guò)琴房管理中心登記私自使用琴房，或者學(xué)生在退還鑰匙離開(kāi)時(shí)不能保證琴房里已經(jīng)無(wú)人。而且琴房?jì)仍O備貴重的數百萬(wàn)若有損壞難以確定損壞人，給學(xué)校的財產(chǎn)安全帶來(lái)隱患。因此給琴房的管理帶來(lái)了一定的難度。為了達到對琴房科學(xué)高效的管理，本文提出了一種聯(lián)機型的門(mén)禁控制系統的設計方案對整個(gè)樓的琴房進(jìn)行集中控制、集中管理。

　　二．系統結構

　　系統采用分層次分布式集中控制方案，將所有門(mén)禁讀卡器組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò )，其組成如圖1所示。整個(gè)系統包括管理中心服務(wù)器、樓層PC、門(mén)禁讀卡器三個(gè)層次結構。

　　管理中心服務(wù)器是整個(gè)門(mén)禁系統的管理和控制中心，同時(shí)運行有琴房管理系統程序和數據庫。數據庫采用支持網(wǎng)絡(luò )通訊的數據庫結構，方便功能的擴展。為了達到對所有琴房進(jìn)行統一管理的目的，使用琴房的學(xué)生要用學(xué)生一卡通在管理中心通過(guò)琴房管理系統登記分配琴房，并將學(xué)生個(gè)人信息存入數據庫。使用后要在管理中心通過(guò)琴房管理系統退還房間，以便考勤及查詢(xún)。通過(guò)管理系統程序可以清晰的查詢(xún)到每個(gè)房間的使用狀態(tài)、進(jìn)出記錄等。

　　樓層PC上運行門(mén)禁控制服務(wù)程序，是負責門(mén)禁讀卡器與管理中心服務(wù)器溝通的橋梁。門(mén)禁控制服務(wù)程序實(shí)現數據轉發(fā)的功能，實(shí)現RS485和TCP/IP通訊協(xié)議的轉換，本身并不直接控制門(mén)禁讀卡器的動(dòng)作。向上通過(guò)局域網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議與管理中心服務(wù)器進(jìn)行通訊，傳遞門(mén)禁讀卡器的刷卡請求和管理中心的服務(wù)器的各種控制命令。向下通過(guò)485總線(xiàn)通過(guò)輪尋的方式與門(mén)禁讀卡器進(jìn)行信息的交互。記錄從門(mén)禁讀卡器采集的數據的采集時(shí)間，如

圖1基于射頻識別技術(shù)的聯(lián)機型門(mén)禁系統結構圖

　　如果長(cháng)時(shí)間不能和管理中心服務(wù)器通訊，一定時(shí)間后丟棄掉過(guò)時(shí)的讀卡數據。門(mén)禁控制服務(wù)僅具有進(jìn)行后臺數據交換和轉發(fā)功能，除了進(jìn)程啟動(dòng)和停止外，沒(méi)有和用戶(hù)交互的信息，設計作為Windows系統的服務(wù)進(jìn)程運行，而不需要設計和用戶(hù)的交互界面，僅產(chǎn)生運行日志文件即可。

　　三．門(mén)禁讀卡器設計

　　系統以學(xué)生的非接觸式IC卡校園一卡通作為系統的用戶(hù)卡，非接觸式IC卡是根據電磁感應原理產(chǎn)生的，只需將卡片放在門(mén)禁讀卡器的感應區之內就能實(shí)現數據交換，無(wú)需任何接觸，使用非常方便、快捷，且不易損壞。因此在公交、門(mén)禁、校園、企事業(yè)人事管理等方面有著(zhù)廣泛的應用。PHILIPS公司的Mifare卡是現在非接觸式IC卡市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，其典型型號為Mifare1S50，它有1K的EEPROM用于存放數據，分為16個(gè)扇區，每個(gè)扇區都有自己獨立的密碼，完善的安全機制，使Mifare1S50具有一卡多用的特性。Mifare卡是一種智能卡（smartcard），嵌有中央微處理器(MCU)和ASIC等，使其安全保密性、認證邏輯、算術(shù)運算等微操作控制有序進(jìn)行[1]。

　　1.工作原理

　　非接觸式IC卡門(mén)禁讀卡器以射頻識別技術(shù)為核心，主要使用了一片Mifare卡專(zhuān)用的讀寫(xiě)處理芯片MFRC530。它是一個(gè)小型的、最大操作距離達10厘米的Mifare卡射頻基站，其功能包括調制、解調、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防沖撞機制。內部結構分為射頻區和接口區：射頻區內含調制解調器和電源供電電路，直接與天線(xiàn)連接。接口區有與單片機相連的端口，還具有與射頻區相連的收/發(fā)器、64B的數據緩沖器、存放3套寄存器初始化文件的EEPROM、存放16套密鑰的只寫(xiě)存儲器以及進(jìn)行三次驗證和數據加密的密碼機制、防沖撞處理的防沖撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的核心模塊，也是讀寫(xiě)Mifare卡的關(guān)鍵接口[2]。

　　門(mén)禁讀卡器工作時(shí)，與Mifare卡專(zhuān)用的讀卡芯片MFRC530相連的天線(xiàn)線(xiàn)圈不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波(13.56M)，當有非接觸式IC卡靠近時(shí)，卡片內有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器的發(fā)射頻率相同。這樣在電磁波的激勵下，諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電而產(chǎn)生電荷。在電容另一端，接有一個(gè)單向導電的電子泵將電容內的電荷送到另一個(gè)電容內存儲。當電容充電達到2V時(shí)，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接收門(mén)禁讀卡器發(fā)來(lái)的數據并保存[3]。本系統中當有卡進(jìn)入射頻天線(xiàn)感應區內時(shí)，門(mén)禁讀卡器讀 得非接觸式IC卡的卡號，并將所讀卡號及刷卡的時(shí)間發(fā)送給樓層PC同時(shí)將其存入存儲器FM24C256，并在LCD顯示器上顯示服務(wù)信息。沒(méi)有卡進(jìn)入門(mén)禁讀卡器天線(xiàn)感應區時(shí)，MCU讀實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中的時(shí)間，并在顯示器上顯示當前時(shí)間及日期。