基于RFID的智能门禁系统设计

刘新跃

(成都大学现代教育技术中心,四川成都 610106)

0 引 言

门禁系统又称为出入口控制系统,是一种新型的集微机自动识别技术和远程监控技术为一体的现代安全管理系统.本研究所设计的基于RFID的智能门禁系统通过无线射频技术和智能卡技术相结合,将独立运行的门禁与集中控制的门禁有机地组合起来,具有使用简单、维护方便、便于控制等特点,能有效地对重要区域或通道的出入口进行安全防范与出入跟踪管理.

1 RFID技术

无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID),是上世纪9O年代开始兴起的一种非接触式自动识别技术,它将IC卡技术和射频技术识别结合起来,成功地解决了免接触和无源(卡中无电源)的难题,是电子信息技术领域的成功突破[1].目前,RFID技术广泛应用于工业自动化、智能交通运输控制管理、物流等众多领域,成为了各行业实现生产自动化、商业智能化和实时监控的重要手段[2-3].

2 系统简介

本研究设计的基于RFID技术的门禁控制系统包括门禁控制器与门禁管理系统.

2.1 门禁控制器

门禁控制器是智能系统的前端,具有自动识别身份、响应服务器指令、向电磁门锁发出指令、发现出入事件等功能,其包括:

(1)电子标签,即身份识别卡,由芯片和内置天线组成.芯片为数据载体,存储标识身份的相关信息,内置天线用于与读卡器间的通信.本系统选用Mifare one卡作为身份识别卡.

(2)RFID控制,负责读、写电子标签内所包含的信息.RFID芯片控制射频电路向电子标签发射读取信号,电子标签根据请求返回指定信息,再由RFID控制芯片将收到的信息解码后传输到MCU上进行后续处理.

(3)微控制单元(Micro Control Unit,MCU)控制,负责接服务器指令、向RFID发送指令并接收其返回信息,同时还负责发送进出门禁信息及本地日志的处理.

(4)电磁门锁,主要功能是接收MCU发出的指令进行开关工作.

2.2 门禁管理系统

门禁管理系统位于管理中心的服务器上,可根据用户需要进行相应的软件模块设计,从而完成对门禁控制器的远程监控管理.

3 系统硬件设计

本智能门禁系统硬件包括身份识别卡、RFID控制部分以及MCU控制部分,其中身份识别卡选用Mifare one卡,MCU的控制芯片选用ATmega8,RFID控制芯片选用FM1702SL.系统以RS-485总线与服务器通信,经过服务器授权,Internet用户可以访问服务器.

信息存储在Mifare one卡里,读卡器与Mifare one卡通过各自的天线建立起非接触信息传输通道.当Mifare one卡进入门禁控制器工作区域时,读卡器向Mifare one卡发出一组固定频率的电磁波,Mifare one卡内有一个谐振电路,其谐振频率与读卡器发射的频率一致,在电磁波的激励下,谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2 V时,此电容可作为电源为其他电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或读取读卡器的数据[4,5].

系统工作时,用户把身份识别卡靠近读卡器天线区域,读卡器自动感应并读取身份识别卡存储的身份信息,通过RS-485总线上传身份信息到服务器,若信息符合要求,则开启通道.服务器在核实用户身份信息的同时,记录门禁授权及使用日志.系统结构框图如图1所示.

图1 系统结构框图

本智能门禁系统发射天线的设计是硬件设计的难点.在没有专业测试设备的情况下,要匹配电路达到谐振的条件颇为不易.在实际操作中,本研究按公式[6]估算天线电感,并根据信号频率算出谐振时的电容值,然后再在实物电路上匹配调整谐振电容.

式中,l1,一圈导线的长度,D1,导线直径或者PCB板敷铜的宽度,K,天线形状系数(圆环状,K=1.07;矩形,K=1.47).

4 系统软件设计

当用户使用身份识别卡靠近读卡器天线区域时,读卡器感应探头感知有卡靠近,驱动射频芯片FM1702SL,使其通过天线发射无线电磁波.通过电磁波读取用户身份识别卡存储的身份信息,MCU判断用户是否合法,用户等级是否在允许的范围内.若身份信息核对通过,则打开门锁,开启通道.同时,微控制器会通过RS-485总线向服务器发送身份认证信息、门锁位置及状态等信息.若身份核对不合法,则会发出声音警示,微控制器向服务器发送门锁位置、状态及身份信息,更新服务器日志.系统软件流程图如图2所示.

图2 系统软件流程图

系统门禁锁软件设计中,其主要的操作为:寻卡、防冲突、选择卡、密钥验证、读写操作,流程如图3所示.

图3 门禁锁操作流程图

5 结 语

本研究设计的RFID门禁系统,经过较长时间的测试运行,取得了良好的效果.基于RFID的门禁技术作为一种在安全管理领域里非常稳定、便于管理、价格低廉的实施方案,具有极大的推广价值与应用前景.

[1]郇新,李海玉.RFID技术探索[J].科学与财富,2011,23 (8):132-133.

[2]徐海峰,姜晖.RFID系统实时高效ALOHA防冲突算法研究与仿真[J].计算机与数字工程,2011,39(5):19-26.

[3]高志坚,林镇熊,黄振华.RFID技术在高校仪器设备管理中的应用[J].中国科教创新导刊,2010,39(29):204-205.

[4]游战清,李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M].北京:电子工业出版社,2004.

[5]康东,石喜勤,李勇鹏.射频识别(RFID)核心技术与典型应用开发案例[M].北京:人民邮电出版社,2008.