基于RFID的智能門禁系統設計

劉新躍

(成都大學現代教育技術中心,四川成都 610106)

0 引 言

門禁系統又稱為出入口控制系統,是一種新型的集微機自動識別技術和遠程監控技術為一體的現代安全管理系統.本研究所設計的基于RFID的智能門禁系統通過無線射頻技術和智能卡技術相結合,將獨立運行的門禁與集中控制的門禁有機地組合起來,具有使用簡單、維護方便、便于控制等特點,能有效地對重要區域或通道的出入口進行安全防范與出入跟蹤管理.

1 RFID技術

無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification,RFID),是上世紀9O年代開始興起的一種非接觸式自動識別技術,它將IC卡技術和射頻技術識別結合起來,成功地解決了免接觸和無源(卡中無電源)的難題,是電子信息技術領域的成功突破[1].目前,RFID技術廣泛應用于工業自動化、智能交通運輸控制管理、物流等眾多領域,成為了各行業實現生產自動化、商業智能化和實時監控的重要手段[2-3].

2 系統簡介

本研究設計的基于RFID技術的門禁控制系統包括門禁控制器與門禁管理系統.

2.1 門禁控制器

門禁控制器是智能系統的前端,具有自動識別身份、響應服務器指令、向電磁門鎖發出指令、發現出入事件等功能,其包括:

(1)電子標簽,即身份識別卡,由芯片和內置天線組成.芯片為數據載體,存儲標識身份的相關信息,內置天線用于與讀卡器間的通信.本系統選用Mifare one卡作為身份識別卡.

(2)RFID控制,負責讀、寫電子標簽內所包含的信息.RFID芯片控制射頻電路向電子標簽發射讀取信號,電子標簽根據請求返回指定信息,再由RFID控制芯片將收到的信息解碼后傳輸到MCU上進行后續處理.

(3)微控制單元(Micro Control Unit,MCU)控制,負責接服務器指令、向RFID發送指令并接收其返回信息,同時還負責發送進出門禁信息及本地日志的處理.

(4)電磁門鎖,主要功能是接收MCU發出的指令進行開關工作.

2.2 門禁管理系統

門禁管理系統位于管理中心的服務器上,可根據用戶需要進行相應的軟件模塊設計,從而完成對門禁控制器的遠程監控管理.

3 系統硬件設計

本智能門禁系統硬件包括身份識別卡、RFID控制部分以及MCU控制部分,其中身份識別卡選用Mifare one卡,MCU的控制芯片選用ATmega8,RFID控制芯片選用FM1702SL.系統以RS-485總線與服務器通信,經過服務器授權,Internet用戶可以訪問服務器.

信息存儲在Mifare one卡里,讀卡器與Mifare one卡通過各自的天線建立起非接觸信息傳輸通道.當Mifare one卡進入門禁控制器工作區域時,讀卡器向Mifare one卡發出一組固定頻率的電磁波,Mifare one卡內有一個諧振電路,其諧振頻率與讀卡器發射的頻率一致,在電磁波的激勵下,諧振電路產生共振,從而使電容內有了電荷,在這個電容的另一端,接有一個單向導通的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內儲存,當所積累的電荷達到2 V時,此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓,將卡內數據發射出去或讀取讀卡器的數據[4,5].

系統工作時,用戶把身份識別卡靠近讀卡器天線區域,讀卡器自動感應并讀取身份識別卡存儲的身份信息,通過RS-485總線上傳身份信息到服務器,若信息符合要求,則開啟通道.服務器在核實用戶身份信息的同時,記錄門禁授權及使用日志.系統結構框圖如圖1所示.

圖1 系統結構框圖

本智能門禁系統發射天線的設計是硬件設計的難點.在沒有專業測試設備的情況下,要匹配電路達到諧振的條件頗為不易.在實際操作中,本研究按公式[6]估算天線電感,并根據信號頻率算出諧振時的電容值,然后再在實物電路上匹配調整諧振電容.

式中,l1,一圈導線的長度,D1,導線直徑或者PCB板敷銅的寬度,K,天線形狀系數(圓環狀,K=1.07;矩形,K=1.47).

4 系統軟件設計

當用戶使用身份識別卡靠近讀卡器天線區域時,讀卡器感應探頭感知有卡靠近,驅動射頻芯片FM1702SL,使其通過天線發射無線電磁波.通過電磁波讀取用戶身份識別卡存儲的身份信息,MCU判斷用戶是否合法,用戶等級是否在允許的范圍內.若身份信息核對通過,則打開門鎖,開啟通道.同時,微控制器會通過RS-485總線向服務器發送身份認證信息、門鎖位置及狀態等信息.若身份核對不合法,則會發出聲音警示,微控制器向服務器發送門鎖位置、狀態及身份信息,更新服務器日志.系統軟件流程圖如圖2所示.

圖2 系統軟件流程圖

系統門禁鎖軟件設計中,其主要的操作為:尋卡、防沖突、選擇卡、密鑰驗證、讀寫操作,流程如圖3所示.

圖3 門禁鎖操作流程圖

5 結 語

本研究設計的RFID門禁系統,經過較長時間的測試運行,取得了良好的效果.基于RFID的門禁技術作為一種在安全管理領域里非常穩定、便于管理、價格低廉的實施方案,具有極大的推廣價值與應用前景.

[1]郇新,李海玉.RFID技術探索[J].科學與財富,2011,23 (8):132-133.

[2]徐海峰,姜暉.RFID系統實時高效ALOHA防沖突算法研究與仿真[J].計算機與數字工程,2011,39(5):19-26.

[3]高志堅,林鎮熊,黃振華.RFID技術在高校儀器設備管理中的應用[J].中國科教創新導刊,2010,39(29):204-205.

[4]游戰清,李蘇劍.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用[M].北京:電子工業出版社,2004.

[5]康東,石喜勤,李勇鵬.射頻識別(RFID)核心技術與典型應用開發案例[M].北京:人民郵電出版社,2008.