基于射頻識(shí)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(shí)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(huì)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(dòng)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(shí)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(tái)數(shù)據(jù)交換和轉(zhuǎn)發(fā)功能，除了進(jìn)程啟動(dòng)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(hào)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(shí)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(hào)、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(chǔ)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(lì)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(chǔ)。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(hào)，并將所讀卡號(hào)及刷卡的時(shí)間發(fā)送給樓層PC同時(shí)將其存入存儲(chǔ)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。