基于RFID技术的门禁与身份识别系统研究

◆张 宸 邢婷婷

基于RFID技术的门禁与身份识别系统研究

◆张 宸 邢婷婷

（福州工商学院信息工程系 福建 350007）

在信息技术快速发展的今天，不论是上班必备的考勤打卡管理系统，还是智能建筑管理系统，RFID技术都已成为非常重要的部分，其发挥出来的作用是不可取代的。针对传统门禁系统磁卡易丢失易破解，生物识别门禁系统成本高，对环境要求高等问题，本文将RFID技术应用在门禁以及身份识别系统中，并且将RFID技术与单片机技术进行有机结合，实现灵活实用、安全系数高、非接触自动识别等特性的智能化系统。

RFID；控制技术；门禁与身份识别

现实生活中门禁和身份识别系统已经层出不穷，但是所用的技术都受到了一些局限性，比如传统的ID卡、IC卡身份识别技术需要持卡者主动去进行识别，有些时候还需要反复识别，而且识别速度较慢，卡片还容易丢失、易被复制，其安全性能较低；常用的还有生物识别技术，虽然安全系数提高了，但也存在设备成本较高，使用的人比较多的时候需要排队等候，对环境和使用者要求高等局限性。与这几个常用的身份识别技术相比，RFID具有实时更新资料、存储信息量大、使用寿命长、工作效率高、安全性能好等特点，同时也是被公认为最有潜力的关键技术。因此本设计针对传统门禁系统的缺点，将RFID技术应用于门禁与身份识别系统中，设计出了基于RFID的门禁与身份识别系统。并且具有较好的灵活实用性、识别速度快、使用寿命长、安全系数高以及非接触自动识别等方面的优势，省去了传统门禁排队刷卡的麻烦，节约了用户的时间，同时也降低了门禁管理人员的工作压力。

1 RFID与射频识别系统

无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是一种自动进行无线识别和数据获取的技术，其主要包含射频标签、读写设备和天线[1]。RFID技术基本原理图如图1所示。

图1 RFID基本原理图

本系统将RFID技术应用于门禁与身份识别系统中，利用了射频标签和读写设备之间的非接触自动识别，识别距离远且效率高的特性。在不同的射频标签里面设置一个唯一的电子编码，这个电子编码用来标识物体，并用于存储空间的信息识别，这些信息的传输通过改变天线的阻抗数值实现数据的传输工作。读写设备与计算机实现关联，以此完成信息的解码、辨别、判断以及管理等多种类型的信息处理环节。数据管理系统最主要的功能就是实现有关数据的存储以及管理，同时数据管理系统还能发出读写的射频信号，这些信号可以实现有效的射频标签控制。

2 RFID的门禁与身份识别系统的总体设计方案

本系统的模块组成主要是包括主控模块、RFID身份识别模块、驱动模块、GSM模块和通讯模块[2]。

主控模块：是作为门禁系统的控制单元。与51单片机相结合对各个模块进行工作的协调，并根据获取到的不同的RFID身份信息，驱动各个模块发挥其自身的功能。实现RFID卡的登录和验证，由USB完成系统设置。

RFID身份识别模块：由射频标签和读卡器两部分构成。射频标签中记录了持卡者的所有详细信息，由读卡器读出卡中的信息后上传到主控模块，由主控模块进行信息处理。

驱动模块：包含了本系统所需的所有驱动电路。如灯光控制电路、报警电路、门锁开关驱动电路等。

GSM模块：实现各种方式的安全通报。例如短信通知等方式。

通讯模块：门禁系统的通讯保障。实现主控节点和门禁节点之间的信息传递。

RFID技术中心的射频信号对RFID卡中的信息进行识别后得到相应数据。常用的RFID标签按频段分为三种：低频、高频、超高频，本系统采用固定的13.56MHz高频载波频率，用于发射ID号码调制信号，同时通过信号的耦合与解调系统的方式[3]，把所得数据传输到51单片机后对数据进行处理，驱动门禁系统完成相应的功能。

3 RFID门禁与身份识别系统的功能设计

3.1 门禁系统功能的设计

本系统其主要的结构是由一个主控节点以及若干个门禁节点共同构成，门禁节点将安装在所需要控制的门上。用户在进入的时候需要经过门禁节点的身份验证，门禁节点把验证信息发送给主控节点进行安全认证，若信息比对成功，主控节点则把认证结果的信息发送回门禁节点，并驱动门锁实现开门动作，用户就可以通过该门禁。门禁驱动采用人性化的方式，在开门动作完成的同时显示身份信息验证成功的灯光。若信息比对不成功，主控节点则驱动报警电路，发出报警信号，并同时驱动GSM模块发送短信通知门禁管理人员。

本系统的主要功能和特性包括：（1）能够实现门禁的基础功能，通过信息验证时开锁；（2）能够根据需要加入或者删除RFID卡信息；（3）GSM各种方式的通报功能；（4）门禁系统的人性化设置；（5）利用以太网技术，使得扩充更为灵活。

3.2 硬件电路的设计

主控节点作为门禁系统中最重要的控制中心，本设计采用的是AT89C51单片机作为核心器件[4-5]，其功能主要是从以下几个方面来做好安全验证的工作：（1）与每一个门禁节点都能进行通讯，能接收门禁节点发送来的用户验证信息、用户卡增加或删除信息，也能发送给门禁节点反馈信息；（2）能对接收到的用户信息进行比对，若用户信息比对成功，则驱动门锁完成开门动作，若用户信息比对不成功，则驱动报警系统，发出报警信号，并同时驱动GSM模块发送短信通知门禁管理人员；（3）能够成功读取SD卡中用户设置的人性化驱动事件，每个用户可设置多种人性化的驱动事件，并采用短信通知用户；（4）对合法用户的表格进行维护，能够实现表格中数据的增加或删除，并且能够检验其合法性；（5）每一个合法用户都可以采用GSM短信的形式发送预先设定的信息。

门禁节点在每一个需要控制的门上进行安装，利用以太网控制器W5100S芯片与主控节点之间进行连接，用户通过射频标签触动门禁节点，并将射频标签中的信息发送到主控节点，以此来完成身份信息的验证，根据最终的验证结果是否匹配，来判断是否驱动门锁实现开门动作。其主要的功能有以下几个方面：（1）各个门禁节点都能与主控节点之间进行信息交流，向主控节点发送用户的验证信息、RFID卡的增加或删除信息，接收主控节点的反馈信息；（2）在接收到主控节点的开锁指令后，驱动门锁完成开门动作；（3）在开锁指令完成后，接收主控节点传来的用户预先设定的人性化驱动事件，完成自动开灯等动作；（4）对射频标签的信息进行读取。

4 RFID系统测试

门禁系统设计完成之后，通过测试验证能够达到设计的预期效果，并且各项功能都符合功能需求。门禁控制器和主控制器与以太网交换机连接，构建一个以太网系统，方便对设备进行联网测试。本系统由一个主控节点、三个门禁节点以及以太网交换机构成本次测试环境[3]。其中主控节点IP 192.168.1 11，三个门禁节点的IP分别为192.168.1.22、192.168.1.23和192.168.1.24。通过测试验证了预期的开锁功能、人性化驱动功能、GSM通报功能、用户卡增加和删除功能，并且各项功能均能实现。RFID技术在门禁系统中发挥出应有的作用，系统硬件的设计也能够实现全部的功能。

5 结语

本文主要是通过对基于RFID技术的门禁系统以及身份识别系统进行设计，并且将RFID技术与51单片机相结合[6]，实现灵活实用、安全系数高、非接触自动识别等特性的智能化门禁系统。采用模块化的设计方案，构建起具有扩展性的硬件平台，经过测试实现门禁系统的软件编程设计和硬件设备的控制[2]。RFID技术的独特优势促使其具有越来越广泛的应用范围，将RFID技术应用于门禁系统能够方便我们在日常工作生活中的操作，同时，安全系数以及系统实用性等方面的优势使得在生活和工作领域中也是非常值得推广的。

[1]赵文，李晓玲.基于LSSVM和RFID的智能门禁身份认证系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23（03）：998-1001.

[2]郭宇智，林福炎，高旭东，张雪.基于RFID的门禁与身份识别系统研究[J].科技创新与应用，2014（15）：51.

[3]胡亮.浅析基于RFID的门禁与身份识别系统[J].科技展望，2016，26（25）：157.

[4]马淑华，王凤文，张美金.单片机原理与接口技术[M].北京邮电大学出版社，2007.

[5]张靖武，周灵彬.单片机原理、应用与PROTEUS仿真[M].电子工业出版社，2008.

[6]黄健，吴永弘，刘乔俊.基于RFID技术的门禁系统的研究[J].数字技术与应用，2014（04）：116-119.