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基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-03-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

,又稱為出入口控制系統(tǒng),是對(duì)重要區(qū)域或通道的出入口進(jìn)行管理與控制的系統(tǒng)。隨著社會(huì)的發(fā)展,它已不局限于簡(jiǎn)單的對(duì)門鎖或鑰匙的管理,而是集自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代化管理技術(shù)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(yīng)用中智能大廈、辦公室、賓館等場(chǎng)合。目前,的控制手段主要有:指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別和射頻卡等。前3種方式都屬于生物識(shí)別技術(shù),是以人體某部分的特征為識(shí)別載體和手段,其唯一性和不可復(fù)制性決定了其是最安全的身份驗(yàn)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(duì)機(jī)密的場(chǎng)所。

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

  為了提高的現(xiàn)代化管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力,介紹了一種基于Web技術(shù)的門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)采用無(wú)線射頻技術(shù),當(dāng)讀寫(xiě)器的射頻范圍內(nèi)出現(xiàn)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(shù)據(jù)處理,并構(gòu)建了基于C/S模式的管理平臺(tái),管理員可通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)對(duì)門禁控制器查詢和控制,從而有效地實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的任何位置對(duì)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

  1 系統(tǒng)架構(gòu)

  系統(tǒng)采用非接觸式IC卡,利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RadioFrequencyIdentification)檢測(cè)IC卡,當(dāng)IC卡靠近讀寫(xiě)器時(shí),讀寫(xiě)器能準(zhǔn)確地對(duì)其識(shí)別,并將其序列號(hào)發(fā)送給主控器和PC機(jī),通過(guò)應(yīng)用程序連接后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取與該卡號(hào)對(duì)應(yīng)的用戶信息。

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

  系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、串口通訊、服務(wù)器和用戶終端五部分組成。如圖1所示。讀寫(xiě)器是系統(tǒng)的核心,其通過(guò)射頻信號(hào)與IC卡(電子標(biāo)簽)通信,完成讀卡、存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)的工作,其可以獨(dú)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)器和用戶端之間采用C/S結(jié)構(gòu),應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)SQLSERVER2000連接通過(guò)ADO對(duì)象實(shí)現(xiàn),兩者通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。在系統(tǒng)管理員授予權(quán)限的情況下,用戶均可以查詢、統(tǒng)計(jì)、打印管理系統(tǒng)的所有相關(guān)記錄。

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  2 硬件

  2.1 硬件總體

  射頻讀寫(xiě)器是系統(tǒng)的核心,由主控電路、射頻讀寫(xiě)電路、天線耦合電路和天線等電路組成,負(fù)責(zé)對(duì)射頻信號(hào)的處理和數(shù)據(jù)的傳輸,完成對(duì)IC卡序列號(hào)讀取的任務(wù),如圖2所示。

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  電子標(biāo)簽,即射頻卡,由IC卡片、感應(yīng)天線組成,封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡內(nèi),芯片及其天線無(wú)任何外露部分。卡片無(wú)需電源,在一定范圍內(nèi)靠近讀寫(xiě)器時(shí),通過(guò)天線的傳遞來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。本文選用Philips公司的Mifare1卡,該卡基于ISO14443TYPEA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),每張卡具有全球唯一的序列號(hào),具有防沖突功能。

  天線的作用就是產(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。天線的有效電磁場(chǎng)范圍就是系統(tǒng)的有效工作區(qū)域。

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

  主控器由AT89S52單片機(jī)及其外圍電路組成,負(fù)責(zé)控制讀寫(xiě)模塊、與PC機(jī)間的串口通信和對(duì)外部設(shè)備的控制操作。其中單片機(jī)對(duì)讀寫(xiě)模塊的操作就是通過(guò)控制MFRC500來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Mifare1卡的操作。

  它是單片機(jī)與IC卡之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄骸?/P>

2.2 射頻電路

  射頻電路的核心是讀寫(xiě)芯片MFRC500,它是單片機(jī)與IC卡之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?。其與單片機(jī)的連接如圖3所示。

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  單片機(jī)對(duì)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(nèi)部有64個(gè)寄存器,單片機(jī)通過(guò)往寄存器里寫(xiě)入控制命令來(lái)對(duì)其進(jìn)行配置和操作,其中掉電檢測(cè)引腳RSTPD連接單片機(jī)P2.0腳,NCS腳連接P2.7腳,NWR、NRD分別連接至單片機(jī)讀寫(xiě)端口WR、RD腳,數(shù)據(jù)口D0~D7連接至單片機(jī)P0口石英晶體振蕩器產(chǎn)生13.56MHz的工作頻率,L1、L2、C5、C6構(gòu)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(nèi)部產(chǎn)生的VNID電勢(shì)作為RX腳的輸入電勢(shì),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),最好還在天線線圈和反壓器之間串連一個(gè)電容(C4)。為了獲得更好的性能,在電路板布線時(shí),這些元件應(yīng)緊靠MFRC500芯片天線引腳RX、TX1、TX2。

  2.3 天線電路設(shè)計(jì)

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

  系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiě)芯片時(shí),需要外加匹配電路。如圖4所示。系統(tǒng)對(duì)天線進(jìn)行了大致估算,并通過(guò)改變匹配電路的電容值,以達(dá)到最佳的讀寫(xiě)距離。

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 軟件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)軟件包括下位機(jī)和上位機(jī)管理系統(tǒng)兩個(gè)部分。其中下位機(jī)以AT89S52單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫(xiě)器的讀取、門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(jī)管理軟件運(yùn)行在服務(wù)器上,采用VisualC++6.0和SQLSever2000進(jìn)行系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)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(shí)現(xiàn)用戶注冊(cè)、記錄查詢、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)查看門禁的日志記錄等工作。

  3.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

  軟件運(yùn)行在單片機(jī)上,完成對(duì)卡號(hào)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。軟件核心是實(shí)現(xiàn)MFRC500與Mifare1卡之間的通信,通信需遵循ISO14443TYPEA標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議。讀卡過(guò)程必須嚴(yán)格按照固定的順序進(jìn)行,即復(fù)位應(yīng)答防碰撞選卡認(rèn)證讀寫(xiě)卡。由于該卡是可讀式,只需讀出卡的序列號(hào)即可,不需對(duì)相應(yīng)扇區(qū)做寫(xiě)操作,故可忽略認(rèn)證這一步。主要代碼如下:

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

  在VC++6.0編程環(huán)境下,利用CSerialPort類來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通訊,接收發(fā)送而來(lái)的IC卡序列號(hào),而后通過(guò)ADO技術(shù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取該卡對(duì)應(yīng)的用戶信息進(jìn)行驗(yàn)證處理。

  系統(tǒng)基于SQLSERVER2000進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā),管理員進(jìn)入系統(tǒng)必須輸入帳號(hào)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(duì)卡號(hào)信息的注冊(cè)、查詢、修改和刪除等工作,并將來(lái)訪信息(用戶和通行時(shí)間)記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中,以便進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和查詢等。監(jiān)控管理軟件的功能模塊如圖6所示。

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  信息發(fā)布模塊基于ASP.net實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要是通過(guò)ado.net讀取SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)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,用戶就可以以訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)的形式在任何位置查看系統(tǒng)信息和門禁記錄。

  4 程序運(yùn)行

  以桂林電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室門禁管理為例,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。管理員輸入帳號(hào)和密碼后,進(jìn)入如圖7所示的監(jiān)控管理軟件主界面。

基于RFID的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  經(jīng)測(cè)試,IC卡有效工作距離為6cm。當(dāng)IC卡響應(yīng)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)顯示卡號(hào)、持卡用戶信息以及進(jìn)入時(shí)間,并自動(dòng)存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于Mifare1卡具有全球唯一的序列號(hào),故會(huì)員注冊(cè)時(shí)可將會(huì)員信息與IC卡序列號(hào)捆綁在一起存入數(shù)據(jù)庫(kù)。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

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