基于射頻識別技術(shù)的聯(lián)機(jī)型門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　一．引言

　　在數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，門禁技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。

　　門禁系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了單一密碼鍵盤門禁系統(tǒng)、IC卡門禁系統(tǒng)、非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)，到現(xiàn)在最新的生物識別門禁系統(tǒng)。非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)由于其技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)異的性能，得到了廣泛的應(yīng)用。某音樂學(xué)院琴房14層大廈300多個(gè)琴房，過去一直采用的管理辦法是學(xué)生在琴房管理中心登記領(lǐng)用鑰匙使用琴房。這種管理辦法存在著很多弊端，例如學(xué)生會私自配備琴房的鑰匙從而不通過琴房管理中心登記私自使用琴房，或者學(xué)生在退還鑰匙離開時(shí)不能保證琴房里已經(jīng)無人。而且琴房內(nèi)設(shè)備貴重的數(shù)百萬若有損壞難以確定損壞人，給學(xué)校的財(cái)產(chǎn)安全帶來隱患。因此給琴房的管理帶來了一定的難度。為了達(dá)到對琴房科學(xué)高效的管理，本文提出了一種聯(lián)機(jī)型的門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案對整個(gè)樓的琴房進(jìn)行集中控制、集中管理。

　　二．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)采用分層次分布式集中控制方案，將所有門禁讀卡器組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，其組成如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)包括管理中心服務(wù)器、樓層PC、門禁讀卡器三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。

　　管理中心服務(wù)器是整個(gè)門禁系統(tǒng)的管理和控制中心，同時(shí)運(yùn)行有琴房管理系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫采用支持網(wǎng)絡(luò)通訊的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，方便功能的擴(kuò)展。為了達(dá)到對所有琴房進(jìn)行統(tǒng)一管理的目的，使用琴房的學(xué)生要用學(xué)生一卡通在管理中心通過琴房管理系統(tǒng)登記分配琴房，并將學(xué)生個(gè)人信息存入數(shù)據(jù)庫。使用后要在管理中心通過琴房管理系統(tǒng)退還房間，以便考勤及查詢。通過管理系統(tǒng)程序可以清晰的查詢到每個(gè)房間的使用狀態(tài)、進(jìn)出記錄等。

　　樓層PC上運(yùn)行門禁控制服務(wù)程序，是負(fù)責(zé)門禁讀卡器與管理中心服務(wù)器溝通的橋梁。門禁控制服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，實(shí)現(xiàn)RS485和TCP/IP通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換，本身并不直接控制門禁讀卡器的動作。向上通過局域網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議與管理中心服務(wù)器進(jìn)行通訊，傳遞門禁讀卡器的刷卡請求和管理中心的服務(wù)器的各種控制命令。向下通過485總線通過輪尋的方式與門禁讀卡器進(jìn)行信息的交互。記錄從門禁讀卡器采集的數(shù)據(jù)的采集時(shí)間，如

圖1基于射頻識別技術(shù)的聯(lián)機(jī)型門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　如果長時(shí)間不能和管理中心服務(wù)器通訊，一定時(shí)間后丟棄掉過時(shí)的讀卡數(shù)據(jù)。門禁控制服務(wù)僅具有進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)交換和轉(zhuǎn)發(fā)功能，除了進(jìn)程啟動和停止外，沒有和用戶交互的信息，設(shè)計(jì)作為Windows系統(tǒng)的服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行，而不需要設(shè)計(jì)和用戶的交互界面，僅產(chǎn)生運(yùn)行日志文件即可。

　　三．門禁讀卡器設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)以學(xué)生的非接觸式IC卡校園一卡通作為系統(tǒng)的用戶卡，非接觸式IC卡是根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的，只需將卡片放在門禁讀卡器的感應(yīng)區(qū)之內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，無需任何接觸，使用非常方便、快捷，且不易損壞。因此在公交、門禁、校園、企事業(yè)人事管理等方面有著廣泛的應(yīng)用。PHILIPS公司的Mifare卡是現(xiàn)在非接觸式IC卡市場的主流產(chǎn)品，其典型型號為Mifare1S50，它有1K的EEPROM用于存放數(shù)據(jù)，分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)都有自己獨(dú)立的密碼，完善的安全機(jī)制，使Mifare1S50具有一卡多用的特性。Mifare卡是一種智能卡（smartcard），嵌有中央微處理器(MCU)和ASIC等，使其安全保密性、認(rèn)證邏輯、算術(shù)運(yùn)算等微操作控制有序進(jìn)行[1]。

　　1.工作原理

　　非接觸式IC卡門禁讀卡器以射頻識別技術(shù)為核心，主要使用了一片Mifare卡專用的讀寫處理芯片MFRC530。它是一個(gè)小型的、最大操作距離達(dá)10厘米的Mifare卡射頻基站，其功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防沖撞機(jī)制。內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為射頻區(qū)和接口區(qū)：射頻區(qū)內(nèi)含調(diào)制解調(diào)器和電源供電電路，直接與天線連接。接口區(qū)有與單片機(jī)相連的端口，還具有與射頻區(qū)相連的收/發(fā)器、64B的數(shù)據(jù)緩沖器、存放3套寄存器初始化文件的EEPROM、存放16套密鑰的只寫存儲器以及進(jìn)行三次驗(yàn)證和數(shù)據(jù)加密的密碼機(jī)制、防沖撞處理的防沖撞模塊和控制單元。這是與射頻卡實(shí)現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是讀寫Mifare卡的關(guān)鍵接口[2]。

　　門禁讀卡器工作時(shí)，與Mifare卡專用的讀卡芯片MFRC530相連的天線線圈不斷地向外發(fā)出一組固定頻率的電磁波(13.56M)，當(dāng)有非接觸式IC卡靠近時(shí)，卡片內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的發(fā)射頻率相同。這樣在電磁波的激勵下，諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電而產(chǎn)生電荷。在電容另一端，接有一個(gè)單向?qū)щ姷碾娮颖脤㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲。當(dāng)電容充電達(dá)到2V時(shí)，此電容就作為電源為卡片上的其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收門禁讀卡器發(fā)來的數(shù)據(jù)并保存[3]。本系統(tǒng)中當(dāng)有卡進(jìn)入射頻天線感應(yīng)區(qū)內(nèi)時(shí)，門禁讀卡器讀 得非接觸式IC卡的卡號，并將所讀卡號及刷卡的時(shí)間發(fā)送給樓層PC同時(shí)將其存入存儲器FM24C256，并在LCD顯示器上顯示服務(wù)信息。沒有卡進(jìn)入門禁讀卡器天線感應(yīng)區(qū)時(shí)，MCU讀實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片中的時(shí)間，并在顯示器上顯示當(dāng)前時(shí)間及日期。