基于rfid门禁控制系统设计与实现(编辑修改稿)

基于rfid门禁控制系统设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

电锁将打开， 否则电锁不会开启。 3）发生火灾时，各远端智能控制器能同时全局联动， 打开所有的门以紧急疏散人群并发出报警信号，控制器对于非法闯入的事件 也能实时报警并 进行 处理。 4） 出入 人员可以向控制中心申请权限， 控制中心核对信息 后 ，该人员方可使用该卡进入。 5）控制 中心通过管理软件对所有远端控制器进 行实时监控，实时汇总数据，并根据需要将数据存储起来。 2． 门禁系统的典型构成 门禁系统由门禁控制单元、通信管理器、管理主机、管理软件等组成。 其中门禁控制单元是由门禁控制器、读卡器、电控锁、门磁传感器、开门开关、识别卡构成（如图 所示）。 门禁控制器是门禁系统的核心。 如果将读卡器比做系统的眼睛，将电控锁比作系统的手，那么门禁控制器就是系统的大脑，由它来决定 该卡 是否为本系统 已 注册的有效卡，该卡是否拥有所限定的 开门权限。 从而控制电控锁是否打开。 系统的控制主机可以 是 PC 机，系统组 网情况下的拓扑结构一般采用总线 型拓扑 结构，其优点是节点接入方便、轻载时延时小、 成本低、 可靠性高等。 门禁控制器是是整个系统的核心控制部分，对门锁的一切操作均由它来控制完 成，上位机发下的控制命令、门锁的状态和记录信息都经由门控器来传送。 基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 5 图 读写器 是 用户 与系统的一个接口，它必须具有如下的基本功能 ： １）非接触式 IC卡进入 或者退出射频区域 的识别与控制。 ２）通过射频方式向非接触式 IC卡提供稳定的电源和时钟信号。 ３）实现与 IC卡的 数据交换，并提供相应控制信号。 ４）对应加密数据系统，应提供相应加密和 解密 处理 机制。 ５）提供相应外部控制信息及与其他设备的信息交换。 因此，读卡器的性能非常重要。 在本论文 中的射频读写芯片采用 Philip公司的 MF RC500，该芯片是 Philip公司的最新产品，比以往的射频识别芯片具有更好的性能。 （三） 国内外研究现状 1． 国外 研究 现状 目前，欧美门禁系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的分工已进入 细分阶 段，生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器。 生产控制器的公司就只研究生产控制器及其相应的 软件。 再众多的公 司中， 美国西屋门禁系统是较突出的代表，西屋门禁以其强大的系统功能以及无与伦比的稳定性享誉全球。 在全世界，西屋有 300多个代理商 以及 800多个支持点，分布在 76个国家。 西屋的客户来自于世界各地的许多领域，包括工商企业、电信公司、教育部门、政府机构、娱乐事业及军事保卫部门等。 管理主机 通信管理器 读卡器 门磁 电控锁 开门开关 门禁控制器 基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 6 2． 国内研究现状 在亚洲和中国，门禁系统分别处于成长期和初始阶段。 大众对门禁系统的了解还只停留在认识教育和试用阶段。 这在门禁系统的设计与制造过程中主要体现为以下几点： 1）采用国外已有的集成模块，像读写器、门禁控制器、天线模板等。 2）对 国外已有的系统进行仿造。 3）产品单一、开发成本较高；在技术方面，中国目前也有很多厂家，仿制国外优秀的 门禁系统，主要的做法有两种： 一种是购买国外的门禁系统配件，如读写器、门控器等，再对其进行二次软硬件的设计。 这种门禁系统的性能很好，能满足许多安全要求很高的场所，但是价格很高。 第二种 法是，除了核心芯片购 买 ，其余部件都是对国外优质产品进行研制。 这种方式比较灵活，可以随时根据客户的要求增加门禁系统的 功能，且价格也比较便宜。 而在系统的结构 方面， 在国内，大多以控制器为核心构建，门控器大多由国外企业研制 [4]。 门禁控 制器先接收读卡器的信号，在根据信号来决定是否开门。 这些门禁系统大致有以下几个特点： 1） 高性能 由于其门禁系统 的部件大多采用国外先进集成电子工艺和原材料制造，因此其性能很高， 是高性能的代价是高价格。 ２）强大的功能 这些门禁系统大多可以同时控制多个门，可以实现多门监控机制。 对于很多企业，这些门禁系统同其他系统，如考勤系统集成，被做成企业“一卡通”系统，即员工可以凭一张卡来使用企业的多项非接触式 IC项目；可管理的人员多，像美国西屋门禁最多可同时管理 一 个 10万人的企业。 ３）可升级性强 由于系统的是由几个独立部 件有机集成而成的，因此，要想对系统升级，这要对系统的某一部分升级，再组装即可。 ４）成本高 由于注重系统的高性能和广泛的适用性，这些门禁系统大多价格较高，这是国内很多中小型厂家不能接受的。 但是国内大部分厂家对门禁系统的研制，处于感知阶段，并没有从理论上对门禁系统进行研究。 比如在天线设计时要么就是参照国外公司的资料，要么就是通过实验对天线的参数进行修改，从而得到较好的效果，很少把这部分的研究上升到理论的高度。 因此对关于门禁系统的理论进行研究非常需要。 （四） 课题研究的目的与内容 本 论文 主要是面向中小型 场合应用。 根据要求及现场的实地情况， 设计了一套以基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 7 STC12C5A32AD为核心，基于 MF RC500读写器的门禁系统设计方案。 在产品的选用上则依据产品的质量、性能及价格为第一原则。 在系统设计上采用统一的技术规范及通信格式，将所有的 硬件 有机地集成一起，其系统与系统之间可相互通信，数据共享，使其构成一个高度自动化的保安管理系统。 同时要考虑到所采用的系统设备不但在日后运行时起到对外防范作用，并且可长时间可靠运行。 本门禁系统的设计初衷是面向 校园的中小型环境。 而且只要对单门进行控制，方便以后开发成“一卡通”。 基于以上的考 虑，本系统主要以价格低、性能稳定为出发点进行方案设计。 在此基础上对门禁系统的关键技术，如射频识别读写器性能优化、系统数据安全性、系统稳定性等进行研究。 这些技术对以后的射频识别技术的应用以及门禁系统的设计具有一定的参考意义 [5]。 基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 8 二、 门禁系统软硬件设计与研究 （一） 系统总体方案设计 1． 系统设计的原则 门禁系统作为一项先进的高科技技术防范手段，在早期，一些经济发达的国家就已经应用于科研、工业、博物馆、酒馆、商场、医疗监护、银行、监狱等，特别是由于系统本身具有隐蔽性 、 及时性等特点，在许多领域的应用越来越广 泛。 门禁系统既要处于技术 的尖端，具有智能性、高可靠性、实时性，又要能符合实际需要。 因此，本论文的设计遵循如下原则： （ 1） 系统的实用性 门禁系统的内容应符合实际要求，不能华而不实。 如果片面追求系统的超前性，势必造成投资过大，离实际需求偏离太远。 因此， 系统的实用性是首先应遵循的 原则。 （ 2） 系统的实时性 如果门禁系统中任何一个关键 部件 出现错误或停机将直接影响到整个系统的运作情况，因此，门禁系统各子系统应尽可能属于 Nonstop（不 停机） 状态 ，以保证 系统 正常运行。 （ 3） 系统的完整性 一个完整的门禁系统是建筑 整体形象的重要标志。 功能完善 、 设备齐全 、 管理方便是设计应考虑的一个因素。 （ 4） 系统安全性 门禁系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的安全标准，并可在非理想环境下有效工作。 另外，系统安全性还应体现在信息传输及使用过程中，不易被劫和窃取等方面。 （ 5） 系统可扩展性 门禁系统的技术不断向前发展，用户需求也在发生变化，因此门禁系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要，即：可灵活增减或更新各子系统，满足不同时期的需求，保持长时间领先地位，成为智能建筑的典范。 （ 6） 系统易维护性 门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。 系统的运转真正做到开电即可工作，插上就能运行的程度。 而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具。 门禁系统在设计时结合目前国内外的实际应用水平，使系统建成后能立即得到充分基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 9 的利用。 采用合理的投资而得到最佳的效果。 这体现在三个方面： 1） 在满足功能性和可靠性的前提下，初期的总投资要尽可能少。 2） 系统运行后的管理和维护费用少。 3） 系统在未来进行更改或搬迁以及改造升级时需要少量资金便可达成。 2． 系统方案 本文所介绍的基于 MF RC500射频识别系统门禁系统是以射频 识别读写器为 核心，再增加门锁继电器以及其他一些辅助器件而组成的系统。 系统的工作原理是先由微处理器控制射频识别读写器读取非接触式 IC卡的信号，接着，单片机根据所得数据输出四个开关量信号（门阀继电器有两个，分别控制进出），经放大后分别用于控制门锁继电器和读取门磁信号，并且整系统与上位 PC机之间进行通讯，获得指令以及传输系统状态等 ，最后，对系统的辅助设备，如液晶屏 等进行操作。 根据方案的选择，下面将从硬件和软件两部份对该系统进行分析与设计 [6]。 （二） 系统硬件设计与分析 1． 射频读卡器微处理器模块的设计 本系统的 射频卡读卡器主控模块由单片机及其外围电路组成。 本系统选取STC12C5A32AD 单片机作为读卡器的主控模块。 （ 1） STC12C5A32D 单片机 主要性能 ： 1） 高速： 1个时钟 / 机器周期，增强型 8051内核，速度比普通 8051快 8～ 12倍。 2） 宽电压： ～ ， ～。 3） 增加第二复位功能脚。 4） 增加外部掉电检测电路 ,可在掉电时 ,及时将数据保存进 EEPROM,正常工作时无需操作 EEPROM。 5） 低功耗设计：空闲模式。 6） 低功耗设计：掉电模式，可支持下降沿 /上升沿和远程唤醒。 7） 工作频率： 0～ 35MHz，相当于普通 8051： 0～ 420MHz。 8） 时钟：外部晶体或内部 RC振荡器可选，在 ISP下载编程用户程序时设置。 9） 8/16/20/32/40/48/52/56/60/62K字节片内 Flash程序存储器，擦写次数 10万次以上。 10） 1280 字节片内 RAM数据存储器。 11） 芯片内 EEPROM功能 ,擦写次数 10万次以上。 12） ISP / IAP，在系统可编程 / 在应用可编程 ,无需编程器 /仿真器。 13） 8通道 ,10位高速 ADC，速度可达 25万次 /秒 ,2路 PWM还可当 2路 D/A使用。 14） 2通道捕获 /比较单元也可用来再实现 2个定时器或 2个外部中断（支持上升沿 / 下基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 10 降沿中断）。 15） 4个 16位定时器，兼容普通 8051的定时器 T0/T1,2路 PCA实现 2个定时器。 16） 可编程时钟输出功能， T0在 ， T1在 ,BRT在 钟。 17） 高速 SPI串行通信端口。 18） 全双工异步串行口 (UART),兼容普通 8051 的串口。 19） 先进的指令集结构，兼容普通 8051 指令集，有硬件乘法 / 除法指令。 （ 2） STC12C5A32D 接口电路 ： 图 STC接口电路 2． 射频读卡器读写模块设计 读写模块中的关键部件 MFRC500 是 Philips 公司生产的用于读写 Mifare1 非接触式IC 卡的专用读写芯片。 系统单片机对读写模块的操作就是对 MFRC500 进行控制，通过MFRC500 实现对 Mifare1 卡操作。 （ 1） MFRC500 功能概述 基于 RFID 门禁控制系统设计与实现 11 MFRC500是应用于 IC系列中的一员该读卡IC系列利用了先进的调制和解调概念完全集成了在 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议 MF RC500支持 ISO14443A所有的层内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动近操作距离的天线可达 100mm接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路用于 ISO14443A 兼容的应答器信号数字部分处理 ISO14443A帧和错误检测奇偶 CRC 此外它还支持快速 CRYPTO1加密算法用于验证 MIFARE系列产品方便的并行接 口可直接连接到任何 8位微处理器这样给读卡器 /终端的设计提供了极大的灵活性。 （ 2） MFRC500 特性 1）高集成度模拟电路用于卡应答的解 调和解码。 2） 缓冲输出驱动器使用最少数目的外部元件连接 到天线。 3） 近距离操作 (可达 100mm)。 4） 支持 MIFARE双接口卡 IC和 ISO14443A14部分。 5） 加密并保护内部非易失性密匙存储器。 6） 并行微处理器接口带有内部地址锁存和 IRQ线。 7） 灵活的中断处理。 8） 自动检测微处理器并行接口类型。 9） 方便的 64 字节发送和接收 FIFO缓冲区。 10） 带低功耗的硬件复位。 11） 软件实现掉电模式。 12） 可编程定时器。 13） 唯一的序列号。 14） 用户可编程的启动配置。 15） 位和字节定位帧。 16） 数字模拟和发送器部分各自独立的电源输入脚。 17） 内部振荡器缓冲连接。 18） 时钟频率滤波。 19） 短距离应用中发送器天线驱动器为。