基于射頻識別技術的聯機型門禁系統(tǒng)設計

　　一．引言

　　在數字技術、網絡技術飛速發(fā)展的今天，門禁技術得到了迅猛的發(fā)展。門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。

　　門禁系統(tǒng)的發(fā)展在經歷了單一密碼鍵盤門禁系統(tǒng)、IC卡門禁系統(tǒng)、非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)，到現在最新的生物識別門禁系統(tǒng)。非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)由于其技術成熟、價格低廉、使用方便等優(yōu)異的性能，得到了廣泛的應用。某音樂學院琴房14層大廈300多個琴房，過去一直采用的管理辦法是學生在琴房管理中心登記領用鑰匙使用琴房。這種管理辦法存在著很多弊端，例如學生會私自配備琴房的鑰匙從而不通過琴房管理中心登記私自使用琴房，或者學生在退還鑰匙離開時不能保證琴房里已經無人。而且琴房內設備貴重的數百萬若有損壞難以確定損壞人，給學校的財產安全帶來隱患。因此給琴房的管理帶來了一定的難度。為了達到對琴房科學高效的管理，本文提出了一種聯機型的門禁控制系統(tǒng)的設計方案對整個樓的琴房進行集中控制、集中管理。

　　二．系統(tǒng)結構

　　系統(tǒng)采用分層次分布式集中控制方案，將所有門禁讀卡器組成一個分布式網絡，其組成如圖1所示。整個系統(tǒng)包括管理中心服務器、樓層PC、門禁讀卡器三個層次結構。

　　管理中心服務器是整個門禁系統(tǒng)的管理和控制中心，同時運行有琴房管理系統(tǒng)程序和數據庫。數據庫采用支持網絡通訊的數據庫結構，方便功能的擴展。為了達到對所有琴房進行統(tǒng)一管理的目的，使用琴房的學生要用學生一卡通在管理中心通過琴房管理系統(tǒng)登記分配琴房，并將學生個人信息存入數據庫。使用后要在管理中心通過琴房管理系統(tǒng)退還房間，以便考勤及查詢。通過管理系統(tǒng)程序可以清晰的查詢到每個房間的使用狀態(tài)、進出記錄等。

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

圖1基于射頻識別技術的聯機型門禁系統(tǒng)結構圖

　　如果長時間不能和管理中心服務器通訊，一定時間后丟棄掉過時的讀卡數據。門禁控制服務僅具有進行后臺數據交換和轉發(fā)功能，除了進程啟動和停止外，沒有和用戶交互的信息，設計作為Windows系統(tǒng)的服務進程運行，而不需要設計和用戶的交互界面，僅產生運行日志文件即可。

　　三．門禁讀卡器設計

　　系統(tǒng)以學生的非接觸式IC卡校園一卡通作為系統(tǒng)的用戶卡，非接觸式IC卡是根據電磁感應原理產生的，只需將卡片放在門禁讀卡器的感應區(qū)之內就能實現數據交換，無需任何接觸，使用非常方便、快捷，且不易損壞。因此在公交、門禁、校園、企事業(yè)人事管理等方面有著廣泛的應用。PHILIPS公司的Mifare卡是現在非接觸式IC卡市場的主流產品，其典型型號為Mifare1S50，它有1K的EEPROM用于存放數據，分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)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、算術運算等微操作控制有序進行[1]。

　　1.工作原理

　　非接觸式IC卡門禁讀卡器以射頻識別技術為核心，主要使用了一片Mifare卡專用的讀寫處理芯片MFRC530。它是一個小型的、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、產生射頻信號、安全管理和防沖撞機制。內部結構分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內含調制解調器和電源供電電路，直接與天線連接。接口區(qū)有與單片機相連的端口，還具有與射頻區(qū)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套密鑰的只寫存儲器以及進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。這是與射頻卡實現無線通信的核心模塊，也是讀寫Mifare卡的關鍵接口[2]。

　　門禁讀卡器工作時，與Mifare卡專用的讀卡芯片MFRC530相連的天線線圈不斷地向外發(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，卡片內有一個LC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同。這樣在電磁波的激勵下，諧振電路產生共振，從而使電容充電而產生電荷。在電容另一端，接有一個單向導電的電子泵將電容內的電荷送到另一個電容內存儲。當電容充電達到2V時，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)射出去或接收門禁讀卡器發(fā)來的數據并保存[3]。本系統(tǒng)中當有卡進入射頻天線感應區(qū)內時，門禁讀卡器讀 得非接觸式IC卡的卡號，并將所讀卡號及刷卡的時間發(fā)送給樓層PC同時將其存入存儲器FM24C256，并在LCD顯示器上顯示服務信息。沒有卡進入門禁讀卡器天線感應區(qū)時，MCU讀實時時鐘芯片中的時間，并在顯示器上顯示當前時間及日期。