基于RFID技术门禁系统的设计与实现

杨晶晶

摘要：射频识别技术兴起于上世纪九十年代，具有较好的环境适应性，识别距离较远，能够同时识别多个标签等优势，已经广泛应用于门禁系统。本文提出了一种基于RFID的门禁系统，以STM32作为主控制器，结合触摸屏、射频识别模块、继电器等器件构建门禁系统。通过比对卡号是否准确，由单片机控制继电器实现门的开启。研究结果表明，系统功能比较稳定，具有较高的性价比。

关键词：RFID技术;STM32;门禁系统

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0141-01

门禁系统在设计的过程中要遵循一定的原则。首先门禁系统应遵循实用性原则，即系统的设计要符合实际需求，具有良好的可操作性，容易学习。其次系统应该具有良好的稳定性，因为门禁系统与人们的生活和工作密切相关，并且是一项长时间工作的系统。系统应该具有较好的安全性能，结合实时监控和联动报警功能，充分保证使用者人身财产的安全。系统应该具备可扩展性和易于维护的性能。

1 门禁系统的组成

RFID门禁系统主要由电子标签、阅读器、主控制器、用户终端、继电器等部分组成。

电子标签又称射频卡，是数据的载体;阅读器又称为读出装置、读写器，用来识别标签的数据。主控制器负责控制阅读器模块、继电器模块、与上位机之间的通信。门禁系统有两种工作方式，即在线和脱机。在线工作时，可实时将刷卡数据上传到PC机管理系统，便于实时监控，查询数据。脱机运行时，将刷卡数据保存在本地，系统连网后可将其传给上位机以供后续处理[1]。

2 系统总体设计方案

系统总体分为上位机管理系统和下位机系统两部分。其中门禁系统的硬件电路作为整个系统工作的物质基础，首先要考虑研究开发的可行性，然后考虑整个系统的功能、成本和性能等，最终确定整个系统硬件电路的设计。本系统采用STM32F103ZET6单片机、MF RC522集成射频读写芯片，继电器等模块构建射频识别门禁系统，使用C#软件编写人机友好交互界面，并且通过串口实现了上位机与STM32之间的通信。该部分系统结構模型如图1所示。

3 系统硬件设计

3.1 硬件总体设计

门禁系统主控制器是Cortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片，该芯片采用32位的RISC内核，工作频率最高可达72MHz，用于存放程序和数据的高达512K字节的内置闪存存储器，多达64K字节的内置SRAM，内置多个USART控制器，用来实现RFID模块和上位机的通信。射频模块采用MF RC522模块，工作频率为13.56MHz，它为处于发射区域内的非接触式IC卡提供能量[2]。系统板由JTAG口进行程序的调试和下载， I/O口与液晶模块相连接，用于显示相关提示信息及时间日期。

3.2 读卡器模块与主控制器电路硬件设计

RC522与MCU进行通讯的接口方式有三种，分别为SPI接口、 串行UART接口以及I2C接口。该系统中的STM32通过SPI总线方式与MF RC522连接。MF RC522可以作为一个从设备与STM32通信。SPI接口是全双工通信，不需要进行寻址操作，在主机向从机发信息的同时，从机也会发送信息给主机，既简单又高效。

4 系统的软件设计

4.1 系统总体软件设计

门禁系统总体软件设计包括下位机系统软件设计和PC机系统管理软件设计。下位机系统主要是实现对卡片的读取、与上位机管理系统的通信，在keil环境中用C语言编程实现。PC机系统管理软件采用c#分别对上位机的总体结构以及各个功能模块进行设计。

4.2 下位机系统软件设计

本设计采用STM32作为主控芯片，还用到了继电器、MF RC522等外设，因此本系统采用了模块化的设计思路。模块化设计思路的优点在于可以将子任务各个击破，然后再进行整体的统一调试，便于团队合作和模块复用，从而节省开发时间、提高程序开发效率[3]。方便后期程序的设计、维护以及功能的裁剪。下位机门禁系统采用Keil软件进行开发、C语言编写程序，主要的模块有主程序模块，射频识别开门模块，射频识别管理模块快，继电器控制模块。

4.3 PC机系统管理软件设计

本文设计的上位机管理系统采用C#实现，应用于Windows 7操作系统。C#是专门为NET平台开发的一种简单、现代、安全、通用、面向对象的编程语言，具有类似Java的语法，同时拥有像VB语言一样高效的开发特点。通过串口与该系统进行通信，完成相应的功能。

系统管理软件拥有用户的基本资料，包括用户的卡号、姓名以及联系方式等信息，能够对用户的出入情况，活动范围等活动进行规范管理，并且准确记录用户出入的相关信息，可以为管理部门提供最真实、最详细的统计资料，通过数据库保存相关信息。用户还可以直接向主控单元发送指令实现远程开锁的功能，充分体现了管理的科学化和人性化。

该门禁系统的管理软件主要分为四个模块，它们分别是门禁系统登录界面、用户信息管理界面、记录查询界面、门锁控制几个部分。系统软件结构设计如图2所示。

5 结语

该系统以STM32为主控制器，结合射频识别模块，继电器模块，触摸屏等模块实现了基于RFID的射频识别门禁系统。系统采用无线射频技术实现无钥匙出入，使用寿命长、适应较恶劣的环境;上位机界面实现门禁的远程监控，操作方便、快捷，具有较好地安全性。该系统在智能家居，办公室出入口，停车场等场合具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 张洁.基于RFID技术的智能门禁系统设计[D].河北科技大学，2010.

[2] 韩爱丽，李亚.基站芯片RC522的14443A读卡器设计[J].新器件技术，2006（12）：35.

[3] 苏小红，王宇颖，孙志刚.C语言程序设计[M].北京：高等教育出版社，2011：189-191.