基于RFID 技術的門禁管理系統設計

周 喜 王會珍 趙娟萍

（ 鄭州職業技術學院電氣電子工程系，河南 鄭州450121）

1 概述

RFID，即無線射頻識別技術，也叫做RFID技術，開始于二次世界大戰，用于敵我雙方戰機的識別，是一種非接觸式的信息存取技術，是物聯網技術的重要組成部分[1]。基于RFID技術的門禁管理系統，就是對住宅小區及各種公共場所進行出入管理[2]。利用無線射頻技術RFID 對門禁進行管理，使用起來非常便捷，本設計結合當今比較前沿的RFID 技術，為停車場、圖書館等創造一個和諧、安全、高效的門禁管理系統，它順應了當今智能化城市的發展大趨勢，市場價值潛力巨大[3]。

2 系統總體設計

基于RFID技術的門禁管理系統設計主要由兩個部分組成，第一是用來對出入進行管理的門禁控制部分，第二是防盜報警部分。

門禁控制部分對出入管理采用兩種方式。第一種是刷卡，前提是該IC卡已經被注冊，單片機對卡數據進行處理后，就可以觸發繼電器來實現開門操作。第二種是密碼輸入，當IC 卡未注冊或忘記帶卡時，可以通過輸入密碼的方式來開門，密碼輸入正確后，經單片機處理，觸發繼電器，實現開門操作。

防盜報警部分主要是當有異常情況發生時，啟動報警裝置，并提醒管理人員，該人員不能正常出入，注意監控客人房間的安全情況或其他場所出入系統故障。觸發報警裝置的條件是讀取了未經注冊的卡或是密碼輸入錯誤次數超過了預設值。

3 硬件系統設計

3.1 硬件系統設計

硬件系統設計由單片機控制最小系統、矩陣式鍵盤模塊、RFID射頻模塊、LCD12864 液晶顯示模塊等組成。硬件系統設計結構如圖1 所示。

3.2 輸入部分

當門禁管理系統采用無線射頻識別（RFID）技術[4,5]時，出入管理最便捷的方式就是使用IC 卡，節省出入人員的時間。如果出入人員忘記了攜帶IC卡，或是IC卡由于某種原因不能正常識別時，也可以采用密碼輸入的方式，我們在設計系統時設置了矩陣式鍵盤，可以方便的進行密碼輸入。同時，在系統設計時門禁部分與防盜報警部分設置了初始化狀態值，讀卡或密碼輸入錯誤超過3 次就會觸發報警系統。

3.3 LCD12864 液晶顯示部分

圖1 硬件系統設計圖

LCD12864 液晶屏是用來對出入信息進行顯示的。當出入人員使用的IC卡未經注冊，或是拿錯了IC 卡時，LCD12864 液晶屏上會顯示錯誤的信息，比如未注冊或卡錯誤等，提示出入人員該IC卡無效。如果刷卡無效超過3 次，系統就會認為該人員強行進入或外出，從而觸發報警裝置，工作人員聽到報警后，會對相應的情況進行處理，保證停車場等車輛能正常出入，或是對惡意出入的情況進行控制，保證賓館、旅館、住宅等場所的財產與人員安全。

3.4 射頻模塊電路設計

射頻模塊采用的是RC522[6,7,8]這個模塊，它的頻率屬于低頻范圍，也就是14.56MHz，RC522 無線射頻技術的主要原理就是調試與解調，類似于路由器使用的技術，使用的通信協議方式也是常用的，穩定性好。信號的發送和接收都能很好的進行數據傳輸，不會產生丟包等情況。RC522 模塊工作原理主要有以下幾步：第一步，對RC522 模塊進行初始化操作；第二步尋找在頻率范圍內的IC 卡；第三步對尋找到的卡進行防沖撞處理，選擇信號最強的卡；第四步對選擇好的卡，進行密鑰驗證，如果符合要求，那就對該卡數據進行讀寫操作。

4 軟件系統設計

軟件部分系統設計流程如圖2 所示。

軟件系統設計主要包括初始化設計、刷卡功能設計、密碼輸入設計、新卡注冊功能設計、密碼修改功能設計等。系統供電后，控制系統首先完成的工作就是初始化，主要包括單片機端口狀態的初始化、RC522 初始化、LCD12864 初始狀態的初始化等。初始化完成后，才能進行其他的功能。

圖2 軟件總體設計圖

4.1 RFID-RC522 讀卡程序

RFID-RC522 讀卡程序[9,10]首先是對卡進行感應，然后讀取卡內儲存的信息，對卡上的數據進行讀寫操作。系統供電后，在對RC522 模塊進行讀寫操作之前，首先要進行模塊的初始化操作。工作過程為首先對卡進行選擇，這時工作電壓要保持穩定，在距離范圍之內的卡，通過無線射頻的方式進行選擇；先擇到卡之后，對卡的類型進行判斷，也就是防沖撞處理，如果不會發生沖撞，說明該卡符合標準，就對卡上的數據進行讀寫操作，開始數據交換。特別需要注意的正在讀寫數據的時候不能把卡移開，因為感應距離是有范圍的，卡太遠了會不能正確讀寫。

4.2 LCD12864 液晶顯示程序

LCD12864 的讀寫操作，主要包括兩部分。一個是讀寫命令，即把數據寫入到液晶的什么位置，以什么方式顯示等；第二部分是讀寫將要顯示的數據。在操作時，要先寫入控制命令，然后才能對數據進行讀寫。

4.3 注冊新卡程序

LCD12864 設置了幾個不同的工作界面，供電并完成初始化后，會自動進入第一個界面，這個界面將對該系統有哪些功能進行顯示。顯示預設時間后，然后會自動切換到讀卡界面，這個界面可以通過讀卡或輸入密碼進行出入操作。不同的界面可以通過按鍵進行切換，對按鍵按下不同的次數，將會對應不同的工作界面。按下按鍵，切換到新卡注冊界面后，可以對新卡進行注冊[11,12]，注冊數據將保存在有記憶功能的EEPROM芯片里，比如該系統采用的是AT24C04，系統斷電后，數據也不會丟失。為了防止有人惡意注冊新卡，注冊新卡時要先對已經注冊的卡進行讀取，系統確認后，才能注冊新卡，這樣對系統也是一種保護。

4.4 密碼修改程序

繼續對按鍵按下不同的次數，切換到密碼修改[13,14]界面。這個界面是當用戶感覺之前的密碼時間太長不安全時，進行修改密碼使用的。修改密碼前，首先輸入之前的密碼，輸入正確后，系統將提示輸入新的密碼，輸入新的密碼后，按下確認鍵，新的密碼將會保存在EEPROM芯片里。然后切換到讀卡界面，驗證新密碼是否有效。

5 系統仿真和調試

系統的基本信息顯示完成之后，系統將進入到相應的功能菜單顯示界面，系統功能有五大部分：（1）IC卡的讀卡功能，讀卡成功會顯示具體的人員信息；（2）密碼輸入功能；（3）防盜報警功能，如果讀卡或密碼輸入錯誤超過三次會觸發報警裝置進行報警；（4）注冊新卡功能；（5）密碼修改功能。對系統進行整體功能調試，保證系統在不同功能界面進行切換都可以正常運行，先對五個單一功能進行調試，然后在五個功能之間循環進行切換，結果都能正常工作。

6 結論

本設計可以對門禁進行有效管理，也具備防盜報警功能，在一定程度上方便人員出入，還可以保護財產安全。用戶可以通過較為快捷的刷卡與密碼輸入操作實現出入，同時可以隨時注冊新卡、修改密碼等。該設計可以很好地滿足對門禁的管理，安全性方面有較大提高，具備一定的實用價值。