基于RFID技術(shù)門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

楊晶晶

摘要：射頻識別技術(shù)興起于上世紀(jì)九十年代，具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，識別距離較遠(yuǎn)，能夠同時識別多個標(biāo)簽等優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于門禁系統(tǒng)。本文提出了一種基于RFID的門禁系統(tǒng)，以STM32作為主控制器，結(jié)合觸摸屏、射頻識別模塊、繼電器等器件構(gòu)建門禁系統(tǒng)。通過比對卡號是否準(zhǔn)確，由單片機控制繼電器實現(xiàn)門的開啟。研究結(jié)果表明，系統(tǒng)功能比較穩(wěn)定，具有較高的性價比。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù);STM32;門禁系統(tǒng)

中圖分類號：TP315 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0141-01

門禁系統(tǒng)在設(shè)計的過程中要遵循一定的原則。首先門禁系統(tǒng)應(yīng)遵循實用性原則，即系統(tǒng)的設(shè)計要符合實際需求，具有良好的可操作性，容易學(xué)習(xí)。其次系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的穩(wěn)定性，因為門禁系統(tǒng)與人們的生活和工作密切相關(guān)，并且是一項長時間工作的系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)該具有較好的安全性能，結(jié)合實時監(jiān)控和聯(lián)動報警功能，充分保證使用者人身財產(chǎn)的安全。系統(tǒng)應(yīng)該具備可擴展性和易于維護的性能。

1 門禁系統(tǒng)的組成

RFID門禁系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、閱讀器、主控制器、用戶終端、繼電器等部分組成。

電子標(biāo)簽又稱射頻卡，是數(shù)據(jù)的載體;閱讀器又稱為讀出裝置、讀寫器，用來識別標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。主控制器負(fù)責(zé)控制閱讀器模塊、繼電器模塊、與上位機之間的通信。門禁系統(tǒng)有兩種工作方式，即在線和脫機。在線工作時，可實時將刷卡數(shù)據(jù)上傳到PC機管理系統(tǒng)，便于實時監(jiān)控，查詢數(shù)據(jù)。脫機運行時，將刷卡數(shù)據(jù)保存在本地，系統(tǒng)連網(wǎng)后可將其傳給上位機以供后續(xù)處理[1]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)總體分為上位機管理系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)兩部分。其中門禁系統(tǒng)的硬件電路作為整個系統(tǒng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，首先要考慮研究開發(fā)的可行性，然后考慮整個系統(tǒng)的功能、成本和性能等，最終確定整個系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計。本系統(tǒng)采用STM32F103ZET6單片機、MF RC522集成射頻讀寫芯片，繼電器等模塊構(gòu)建射頻識別門禁系統(tǒng)，使用C#軟件編寫人機友好交互界面，并且通過串口實現(xiàn)了上位機與STM32之間的通信。該部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 硬件總體設(shè)計

門禁系統(tǒng)主控制器是Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6芯片，該芯片采用32位的RISC內(nèi)核，工作頻率最高可達72MHz，用于存放程序和數(shù)據(jù)的高達512K字節(jié)的內(nèi)置閃存存儲器，多達64K字節(jié)的內(nèi)置SRAM，內(nèi)置多個USART控制器，用來實現(xiàn)RFID模塊和上位機的通信。射頻模塊采用MF RC522模塊，工作頻率為13.56MHz，它為處于發(fā)射區(qū)域內(nèi)的非接觸式IC卡提供能量[2]。系統(tǒng)板由JTAG口進行程序的調(diào)試和下載， I/O口與液晶模塊相連接，用于顯示相關(guān)提示信息及時間日期。

3.2 讀卡器模塊與主控制器電路硬件設(shè)計

RC522與MCU進行通訊的接口方式有三種，分別為SPI接口、 串行UART接口以及I2C接口。該系統(tǒng)中的STM32通過SPI總線方式與MF RC522連接。MF RC522可以作為一個從設(shè)備與STM32通信。SPI接口是全雙工通信，不需要進行尋址操作，在主機向從機發(fā)信息的同時，從機也會發(fā)送信息給主機，既簡單又高效。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計

門禁系統(tǒng)總體軟件設(shè)計包括下位機系統(tǒng)軟件設(shè)計和PC機系統(tǒng)管理軟件設(shè)計。下位機系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對卡片的讀取、與上位機管理系統(tǒng)的通信，在keil環(huán)境中用C語言編程實現(xiàn)。PC機系統(tǒng)管理軟件采用c#分別對上位機的總體結(jié)構(gòu)以及各個功能模塊進行設(shè)計。

4.2 下位機系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計采用STM32作為主控芯片，還用到了繼電器、MF RC522等外設(shè)，因此本系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計思路。模塊化設(shè)計思路的優(yōu)點在于可以將子任務(wù)各個擊破，然后再進行整體的統(tǒng)一調(diào)試，便于團隊合作和模塊復(fù)用，從而節(jié)省開發(fā)時間、提高程序開發(fā)效率[3]。方便后期程序的設(shè)計、維護以及功能的裁剪。下位機門禁系統(tǒng)采用Keil軟件進行開發(fā)、C語言編寫程序，主要的模塊有主程序模塊，射頻識別開門模塊，射頻識別管理模塊快，繼電器控制模塊。

4.3 PC機系統(tǒng)管理軟件設(shè)計

本文設(shè)計的上位機管理系統(tǒng)采用C#實現(xiàn)，應(yīng)用于Windows 7操作系統(tǒng)。C#是專門為NET平臺開發(fā)的一種簡單、現(xiàn)代、安全、通用、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，具有類似Java的語法，同時擁有像VB語言一樣高效的開發(fā)特點。通過串口與該系統(tǒng)進行通信，完成相應(yīng)的功能。

系統(tǒng)管理軟件擁有用戶的基本資料，包括用戶的卡號、姓名以及聯(lián)系方式等信息，能夠?qū)τ脩舻某鋈肭闆r，活動范圍等活動進行規(guī)范管理，并且準(zhǔn)確記錄用戶出入的相關(guān)信息，可以為管理部門提供最真實、最詳細(xì)的統(tǒng)計資料，通過數(shù)據(jù)庫保存相關(guān)信息。用戶還可以直接向主控單元發(fā)送指令實現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖的功能，充分體現(xiàn)了管理的科學(xué)化和人性化。

該門禁系統(tǒng)的管理軟件主要分為四個模塊，它們分別是門禁系統(tǒng)登錄界面、用戶信息管理界面、記錄查詢界面、門鎖控制幾個部分。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)以STM32為主控制器，結(jié)合射頻識別模塊，繼電器模塊，觸摸屏等模塊實現(xiàn)了基于RFID的射頻識別門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)采用無線射頻技術(shù)實現(xiàn)無鑰匙出入，使用壽命長、適應(yīng)較惡劣的環(huán)境;上位機界面實現(xiàn)門禁的遠(yuǎn)程監(jiān)控，操作方便、快捷，具有較好地安全性。該系統(tǒng)在智能家居，辦公室出入口，停車場等場合具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 張潔.基于RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計[D].河北科技大學(xué)，2010.

[2] 韓愛麗，李亞.基站芯片RC522的14443A讀卡器設(shè)計[J].新器件技術(shù)，2006（12）：35.

[3] 蘇小紅，王宇穎，孫志剛.C語言程序設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2011：189-191.