基于RFID的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱靜 石砦 程智翔 袁少峰

摘要

相對(duì)于傳統(tǒng)的門禁管理系統(tǒng)，基于RFID的智能門禁系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大、效率高、靈活性好等特點(diǎn)。本文提出了一種基于RFID的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方案可以在實(shí)驗(yàn)室等需要對(duì)人員進(jìn)行重點(diǎn)管理的場(chǎng)所實(shí)行遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，可有效的保證安全和人員出入情況可查可控。

【關(guān)鍵詞】RFID 物聯(lián)網(wǎng) 智能門禁

目前，門禁系統(tǒng)成為安全技術(shù)防范領(lǐng)域亟待研究的課題。根據(jù)識(shí)別方式的不同，可將其分為密碼輸入式、生物特征識(shí)別式和接觸卡片式等。密碼輸入式門禁系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)入雙向控制，且無進(jìn)出數(shù)據(jù)記錄，安全性有待提高。生物特征識(shí)別式門禁系統(tǒng)中虹膜識(shí)別安全系數(shù)較高，可是技術(shù)還不夠成熟，而比較成熟的基于指紋識(shí)別的門禁系統(tǒng)，也未能實(shí)現(xiàn)出入信息的記錄，且安全性不夠高。接觸卡片式門禁系統(tǒng)需要插入式讀取數(shù)據(jù)，速度慢、易損壞，不能同時(shí)讀取多個(gè)數(shù)據(jù)。

本文提出的基于RFID的智能門禁系統(tǒng)。電子標(biāo)簽與讀寫器的數(shù)據(jù)交換采用非接觸式，速度快、無損耗，可自動(dòng)同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽、傳遞多個(gè)用戶信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，且有防碰撞算法保證數(shù)據(jù)識(shí)別準(zhǔn)確無誤。電子標(biāo)簽還可采用加密編碼，提高系統(tǒng)的安全性，從而實(shí)現(xiàn)出入口安全防范管理的有效措施。將該系統(tǒng)用于開放實(shí)驗(yàn)室的管理，不僅可以提高安全性，還能對(duì)考勤情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 RFID與射頻識(shí)別系統(tǒng)

身才頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。

射頻識(shí)別系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求進(jìn)行剪裁，因此各系統(tǒng)都不相同，可基本硬件系統(tǒng)是相同的。由讀寫器、射頻標(biāo)簽和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。

每個(gè)射頻標(biāo)簽的芯片含有唯一的電子編碼，用于標(biāo)識(shí)物體，并存儲(chǔ)被識(shí)別物體信息，通過改變天線的阻抗大小來傳送數(shù)據(jù)。讀寫器可對(duì)電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行非接觸式讀寫，不同頻率的讀寫器讀寫距離不同；還可與計(jì)算機(jī)連接通信，完成信息的解碼、判別與管理。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，并可發(fā)出讀寫控制信號(hào)來控制射頻標(biāo)簽。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

RFID智能門禁系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

嵌入式門禁控制器作為核心控制器件，在門禁管理系統(tǒng)的管理下，進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置；還可接受門禁管理系統(tǒng)發(fā)出的遠(yuǎn)程命令，完成遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。RFID讀寫模塊用于識(shí)別出入控制門的人員信息，并自動(dòng)將識(shí)別到相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至門禁控制主機(jī)，以控制電子門鎖的開/關(guān)。電控鎖可根據(jù)門磁檢測(cè)到的控制門的開/關(guān)狀態(tài)來控制門的開/關(guān)。智能報(bào)警器在門禁控制主機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)意外情況的智能報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如下：讀卡器通過感應(yīng)探頭能夠感知進(jìn)入其天線識(shí)別區(qū)的用戶身份識(shí)別卡，并驅(qū)動(dòng)射頻芯片通過天線發(fā)射無線電磁波，以讀取識(shí)別卡中存儲(chǔ)的身份信息。微控制器判斷用戶的合法性和用戶安全級(jí)別，若核對(duì)通過，則打開電控鎖，并通過RS-485總線向服務(wù)器傳送身份認(rèn)證信息、門鎖位置和狀態(tài)等信息進(jìn)行核對(duì)，若非法，則門控主機(jī)控制警報(bào)器發(fā)出提示信息。微控制器再次發(fā)送門鎖位置、狀態(tài)、身份信息，對(duì)服務(wù)器日志進(jìn)行更新。

2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由服務(wù)器、讀卡器和電子標(biāo)簽三部分組成：電子標(biāo)簽內(nèi)置芯片與天線，用戶信息存儲(chǔ)于芯片中。讀卡器與卡通過各自天線建立起的信息傳輸通道傳遞信息，不同頻率下的讀取距離不同。系統(tǒng)通過總線與服務(wù)器進(jìn)行通信，服務(wù)器授權(quán)后，internet用戶可以訪問服務(wù)器。

一旦存儲(chǔ)有用戶身份信息的識(shí)別卡進(jìn)入門禁控制器工作區(qū)域，讀卡器就會(huì)向卡發(fā)出一組固定頻率的電磁波，該電磁波頻率與卡內(nèi)諧振電路的諧振頻率相同，因此該電磁波能夠使諧振電路發(fā)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，當(dāng)積累電荷達(dá)到2V時(shí)，就可為其他電路提供工作電壓，從而能夠發(fā)出卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)或由讀卡器寫入數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)工作時(shí)，用戶把身份識(shí)別卡靠近讀卡器天線區(qū)域，讀卡器自動(dòng)感應(yīng)并讀取卡內(nèi)存儲(chǔ)的身份信息，將信息通過總線上傳至服務(wù)器，若信息符合要求，則開啟通道.服務(wù)器在核實(shí)用戶身份信息的同時(shí)，記錄門禁授權(quán)及使用日志。

在沒有專業(yè)檢測(cè)設(shè)備情況下設(shè)計(jì)天線，可以先由公式估算天線的電感值，然后由信號(hào)頻率計(jì)算諧振電容的值，最后在實(shí)際電路上進(jìn)行調(diào)試，以達(dá)到能夠通信的諧振電路。

3 結(jié)束語

本文研究了無線射頻識(shí)別技術(shù)的基本理論，根據(jù)門禁系統(tǒng)的實(shí)際需求，提出了基于RFID的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用Microsoft access進(jìn)行上位機(jī)程序的開發(fā)，C語言實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的開發(fā)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的智能化。

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