基于RFID的門禁系統(tǒng)方案

出處：liangby 發(fā)布于：2011-08-10 10:11:20

　　門禁系統(tǒng)，又稱為出入口控制系統(tǒng)，是對重要區(qū)域或通道的出入口進行管理與控制的系統(tǒng)。隨著社會的發(fā)展，它已不局限于簡單的對門鎖或鑰匙的管理，而是集自動識別技術和現(xiàn)代化管理技術與一體的新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，已成為安全防范系統(tǒng)中極為重要的一部分，被廣泛應用中智能大廈、辦公室、賓館等場合。目前，門禁系統(tǒng)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，是以人體某部分的特征為識別載體和手段，其性和不可復制性決定了其是安全的身份驗證方法，但其價格昂貴，難以普及，且涉及到個人隱私，只適用于高端和機密的場所。

　　射頻卡是無線射頻技術和智能卡技術相結合的產物，其具有使用簡單、維護方便等特點。

　　為了提高門禁系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理和遠程監(jiān)控能力，介紹了一種基于Web技術的門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)采用無線射頻技術，當讀寫器的射頻范圍內出現(xiàn)非接觸式IC卡時，讀卡并將信息通過串口通信傳送給服務器進行相關的數(shù)據(jù)處理，并構建了基于C/S模式的管理平臺，管理員可通過Web網頁對門禁控制器查詢和控制，從而有效地實現(xiàn)在互聯(lián)網的任何位置對信息的實時監(jiān)控。

　　1 系統(tǒng)架構

　　系統(tǒng)采用非接觸式IC卡，利用無線射頻識別技術RFID（RadioFrequencyIdentification）檢測IC卡，當IC卡靠近讀寫器時，讀寫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，通過應用程序連接后臺數(shù)據(jù)庫獲取與該卡號對應的用戶信息。

　　若該卡已進行注冊，則通過驗證并通知控制器開門，并記錄卡號和開門時間，反之則禁止通行并告知持卡人離開。

　　系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、串口通訊、服務器和用戶終端五部分組成。如圖1所示。讀寫器是系統(tǒng)的，其通過射頻信號與IC卡（電子標簽）通信，完成讀卡、存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作，其可以獨立工作，也可聯(lián)網工作，文中采用RS232串口通信與服務器相連。

　　服務器和用戶端之間采用C/S結構，應用軟件與數(shù)據(jù)庫SQLSERVER2000連接通過ADO對象實現(xiàn)，兩者通過局域網實現(xiàn)互聯(lián)。在系統(tǒng)管理員授予權限的情況下，用戶均可以查詢、統(tǒng)計、打印管理系統(tǒng)的所有相關記錄。

　　2 硬件設計

　　2.1 硬件總體設計

　　射頻讀寫器是系統(tǒng)的，由主控電路、射頻讀寫電路、天線耦合電路和天線等電路組成，負責對射頻信號的處理和數(shù)據(jù)的傳輸，完成對IC卡序列號讀取的任務，如圖2所示。

　　電子標簽，即射頻卡，由IC卡片、感應天線組成，封裝在一個標準的PVC卡內，芯片及其天線無任何外露部分?？ㄆ瑹o需電源，在一定范圍內靠近讀寫器時，通過天線的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。本文選用Philips公司的Mifare1卡，該卡基于ISO14443TYPEA國際標準，每張卡具有的序列號，具有防沖突功能。

　　天線的作用就是產生磁通量，為卡片提供電源，在讀寫器和卡片之間傳送信息。天線的有效電磁場范圍就是系統(tǒng)的有效工作區(qū)域。

　　讀寫芯片選取Philips生產的用于讀寫Mifare1卡的專用芯片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。其中單片機對讀寫模塊的操作就是通過控制MFRC500來實現(xiàn)對Mifare1卡的操作。

　　它是單片機與IC卡之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄骸?/FONT>

　　2.2 射頻電路設計

　　射頻電路的是讀寫芯片MFRC500,它是單片機與IC卡之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?。其與單片機的連接如圖3所示。

　　單片機對讀寫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個寄存器，單片機通過往寄存器里寫入控制命令來對其進行配置和操作，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端口WR、RD腳，數(shù)據(jù)口D0~D7連接至單片機P0口石英晶體振蕩器產生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產生的高次諧波。接收電路由R1、R2、C3、C4組成，采用MFRC500內部產生的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之間連接一個分壓器（R1），還在天線線圈和反壓器之間串連一個電容（C4）。為了獲得更好的性能，在電路板布線時，這些元件應緊靠MFRC500芯片天線引腳RX、TX1、TX2。

　　2.3 天線電路設計

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

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

　　天線連接到讀寫芯片時，需要外加匹配電路。如圖4所示。系統(tǒng)對天線進行了大致估算，并通過改變匹配電路的電容值，以達到的讀寫距離。

　　3 軟件設計

　　系統(tǒng)軟件包括下位機和上位機管理系統(tǒng)兩個部分。其中下位機以AT89S52單片機為，實現(xiàn)對讀寫器的讀取、門禁的控制和串口通信。采用的編程語言是C語言，編譯器是KeilC51。上位機管理軟件運行在服務器上，采用VisualC++6.0和SQLSever2000進行系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫開發(fā)，包括串口通信、監(jiān)控管理和信息發(fā)布三部分。其中監(jiān)控管理軟件用于實現(xiàn)用戶注冊、記錄查詢、刪除等任務，信息發(fā)布用于管理員通過web網頁來查看門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、門鎖及附屬電路的控制和串口通信。如圖5所示流程圖。軟件是實現(xiàn)MFRC500與Mifare1卡之間的通信，通信需遵循ISO14443TYPEA標準傳輸協(xié)議。讀卡過程必須嚴格按照固定的順序進行，即復位應答防碰撞選卡讀寫卡。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(qū)做寫操作，故可忽略這一步。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類來實現(xiàn)串口通訊，接收發(fā)送而來的IC卡序列號，而后通過ADO技術訪問數(shù)據(jù)庫獲取該卡對應的用戶信息進行驗證處理。

　　系統(tǒng)基于SQLSERVER2000進行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，管理員進入系統(tǒng)必須輸入帳號和密碼，以阻止非系統(tǒng)管理員非法登錄系統(tǒng)。之后管理員可完成對卡號信息的注冊、查詢、修改和刪除等工作，并將來訪信息（用戶和通行時間）記錄在數(shù)據(jù)庫中，以便進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和查詢等。監(jiān)控管理軟件的功能模塊如圖6所示。

　　信息發(fā)布模塊基于ASP.net實現(xiàn)，實現(xiàn)過程主要是通過ado.net讀取SQLServer數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控管理信息表，做成信息發(fā)布網站部署到IIS服務器，這樣，用戶就可以以訪問網頁的形式在任何位置查看系統(tǒng)信息和門禁記錄。

　　4 程序運行

　　以桂林電子科技大學電子工程學院實驗室門禁管理為例，實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟硬件設計。管理員輸入帳號和密碼后，進入如圖7所示的監(jiān)控管理軟件主界面。

　　經測試，IC卡有效工作距離為6cm。當IC卡響應時，系統(tǒng)自動顯示卡號、持卡用戶信息以及進入時間，并自動存入后臺數(shù)據(jù)庫。由于Mifare1卡具有的序列號，故會員注冊時可將會員信息與IC卡序列號捆綁在一起存入數(shù)據(jù)庫。這樣查閱信息時可按照時間或直接按照姓名進行查找。

　　5 結語

　　提出的基于RFID和Web服務的門禁管理系統(tǒng)為重要部門的出入提供了智能化控制和遠程管理機制。采用無線射頻技術RFID實現(xiàn)無鑰匙化出入，不易損失、可重復使用；采用SQL數(shù)據(jù)庫和Web服務實現(xiàn)門禁的遠程監(jiān)控，操作方便、靈活且安全，在智能家居、辦公室出入、物流等場合具有廣闊的應用前景。