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基于RFID门禁控制系统设计与实现.doc
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基于RFID门禁控制系统设计与实现.doc
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目 录
摘 要...........................................................................................................................................................I
Abstract............................................................................................................................................................II
一、绪论 ..........................................................................................................................................................1
(一)射频识别技术简介 ..............................................................................................................................1
1.射频识别系统的典型结构 .................................................................................................................1
2. RFID 同其它自动识别技术的比较 ....................................................................................................3
(二)门禁系统简介 ......................................................................................................................................3
1.门禁系统的功能 .................................................................................................................................4
2.门禁系统的典型构成 .........................................................................................................................4
(三)国内外研究现状 ..................................................................................................................................5
1.国外研究现状 .....................................................................................................................................5
2.国内研究现状 .....................................................................................................................................6
(四)课题研究的目的与内容 ......................................................................................................................6
二、门禁系统软硬件设计与研究 ..................................................................................................................8
(一)系统总体方案设计 ..............................................................................................................................8
1.系统设计的原则 .................................................................................................................................8
2.系统方案 .............................................................................................................................................9
(二)系统硬件设计与分析 ..........................................................................................................................9
1.射频读卡器微处理器模块的设计 .....................................................................................................9
2.射频读卡器读写模块设计 ...............................................................................................................10
3.电源转换电路 ...................................................................................................................................14
4.通讯模块 ...........................................................................................................................................14
5.非接触式 IC 卡的选择 .....................................................................................................................14
6. MFRC500 通讯协议 ...........................................................................................................................15
(三)系统软件设计与分析 ........................................................................................................................15
1.软件设计方法与设计语言选择 .......................................................................................................15
2.系统总体程序流程设计 ...................................................................................................................16
3.系统软件模块化设计 .......................................................................................................................16
4.射频控制模块 ...................................................................................................................................16
三、上位机设计 ............................................................................................................................................19
(一)功能需求 ............................................................................................................................................19
(二)开发平台简介 ....................................................................................................................................20
(三)系统软体总体设计 ............................................................................................................................20
(四)门禁系统主要界面 ............................................................................................................................22
1.上位机参数设置界面 .......................................................................................................................22
2.采集器设置 .......................................................................................................................................22
3.低级操作 ...........................................................................................................................................23
4.密码下载 ...........................................................................................................................................23
5.修改密码 ...........................................................................................................................................24
总结 ................................................................................................................................................................25
参 考 文 献 ..................................................................................................................................................26
附录 A 原理图 ...............................................................................................................................................27
附录 B 下位机程序 .......................................................................................................................................28
附录 C 上位机程序 .......................................................................................................................................33
致 谢 ..........................................................................................................................................................50
一、绪论
随着经济水平的不断提高,人们越来越关心建筑内部的安全性。为了适应信息时代
的需要,保证安全性,满足用户的需求,门禁系统应运而生。门禁系统集电脑技术、电
子技术、机械技术、磁电技术和射频识别技术于一体,使卡与锁之间实现完整“对话”
功能,以IC卡来控制门锁的开启,开创了门禁管理系统的新概念,它不仅给管理者提供
了安全、快捷、自动化的管理模式,而且也给用户带来了极大的方便。本文研究的基于
RFID的门禁系统就是这样的一个系统。本章主要介绍射频识别技术和门禁系统的基本概
念及其发展概况。
(一)射频识别技术简介
射频识别即 RFID(Radio Frequency IDentification)技术,又称电子标签、无线射频
识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别
系统与特定目标之间建立机械或光学接触。最初在技术领域,应答器是指能够传输信息
回复信息的电子模块,近些年,由于射频技术发展迅猛,应答器有了新的说法和含义,
又被叫做智能标签或标签。RFID 电子电梯合格证的阅读器(读写器)通过天线与 RFID
电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的
阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。RFID 射频识
别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,
识别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可
同时识别多个标签,操作快捷方便。
1.射频识别系统的典型结构
射频识别系统的典型结构见图 1.1,主要是由两部分组成:读写器和射频卡。读写
器同射频卡之间通过无线电方式进行通讯,因此它们都具有无线收发模块。射频卡中有
存储器,内存容量为几个比特到几十千比特不等,并且可以存储永久性数据和非永久性
数据。永久性数据可以是厂商号码或是射频卡的序列号,它是用来作为射频卡的唯一身
份标识,不能更改;非永久性数据写在可重写的存储器内,用来存储用户的相关信息。
射频卡可以根据读写器发出的指令对这些信息进行相应的读写操作。控制模块负责完成
接收、译码及执行读写器的命令。射频卡分为有源卡与无源卡两种,有源卡内置天线和
电池,而无源卡只有内置天线没有电池,其能量由读写器提供,由于无源卡无需电池的
这种特性,因此其尺寸较小且使用寿命较长,应用范围也越来越广泛。读写器内的控制
模块往往具有非常强的处理能力,除了完成控制射频卡工作的任务以外,还要实现相互
认证、数据加解密、数据纠错、出错报警及与上位机进行通信等功能。上位机的功能是
向读写器发送指令,并与读写器之间进行数据交换。
图 1.1 RFID 系统典型结构
RFID 系统是无源系统,即射频卡内不含电池,射频卡工作的能量是由射频读写模
块发出的一定频率的脉冲提供的。系统的工作过程如下:
1)射频读写模块在一个区域内发射恒定的频率形成电磁场,区域大小取决于发射
功率、工作频率和天线尺寸。
2)当射频卡进入这个区域时,接收到射频读写模块的射频脉冲,经过内部的 LC
振荡电路后给电容充电,电容电压达到一定值时,可以为其他电路供电。
3)再把信息从接收到的射频脉冲中解调出命令和数据并送到逻辑控制部分。逻辑
控制部分接收指令完成存储、发送等操作。
4)如果需要发送数据,则将数据调制然后从收发模块发送出去。
5)读写模块接收到返回的数据后,解码并进行错误校验来决定数据的有效性,然
后进行处理,必要时可以通过 RS232,RS422,RS485,RJ45 或无线接口将数据传送到
上位机。读写器发送的射频信号除提供能量外,通常还可以提供时钟信号,使上位机与
下位机的数据达到同步,从而简化了系统的设计。有源系统的工作原理与此大致相同,
不同处只是卡的工作电源由外部的电池提供的。
收发模块
收发模块
天
线
收发模块
收发模块
天
线
存储器
接口模块
计算机
2. RFID 同其它自动识别技术的比较
随着计算机技术的不断发展,不断的涌现出多种自动识别技术,目前主要有以下几
种:条码识别技术、磁字符识别技术(MICR)、磁性条识别技术(MBR)、光符识别
技术(OCR)机器视觉系统(NIVS)、IC 卡识别技术及射频识别技术。评价一种自动
识别技术的优劣,通常有两个重要指标,即误码率和首读率。误码率是指对一组数据进
行识别时,其中可能出现错误字符的统计概率,通常用 SER 来表示。首读率是指当对
一组数据进行一次性识别时,其中识别成功的概率,通常用 FRR 来表示。
OCR 技术由于首读率不高,逐步被条码技术所取代;磁字符识别技术专用于银行
业务中,但是阅读设备较复杂;机器视觉系统通常被用来检查产品的制造业中。这些技
术有的正被淘汰,有的只用于专业系统当中,所以这里不再赘述。而条码识别技术、磁
性条识别技术,IC 卡识别技术、射频识别技术等识别技术现在使用的较为广泛,它们都
有各自的优劣及应用的场合。
几种识别技术各有优劣。条码成本最低,适用于需求量大且数据不必更改的场合,
例如用在商品包装上。一般的条码是纸质的,较易磨损,且数据存储量很小。磁性条的
成本也很低,但是容易被伪造,数据量也较小。IC 卡的价格稍微高一些,但是数据存储
量较大,并且数据可以加密,安全性好,但是它的触点暴露在外,极易损坏。而 RFID
技术最大的优点就在于非接触,因此完成识别工作时无须人工干预,适用于实现自动化
和实时化的场合。由于 IC 卡是完全封装的,不易损坏,不仅适用于较恶劣的环境中,
而且还可识别高速运动物体并且同时可以对多个 IC 卡进行识别,因此操作快捷、简单、
方便。
(二)门禁系统简介
在学校、办公室、商店、金融系统、工厂、住宅、图书馆、宾馆等多种场合,为了
实现学习、工作和生活的安全性和有效性,需要进行封闭式的管理。传统的方法是工作
人员对出入人员进行信息的采集和录入,这种方法费力并且容易出错,而且管理不严格。
随着技术的不断进步,门禁系统逐渐由原来的钥匙开门,到接触式 IC 卡的门禁管
理,再到现在的非接触式 IC 卡门禁管理系统。现在普遍应用的是非接触式 IC 卡的门禁
系统。所以重点介绍非接触式门禁系统,非接触式门禁系统采用 IC 卡方式工作,给每
个授权的人发一张个人识别卡,相当于一把钥匙,系统根据该卡的卡号和密码等信息,
判断该卡持有人是否可以进出。如果可以,则系统自动开门,否则,系统发出警报并且
不开门。对于工厂等需要考勤的场所,门禁系统还可以记录每个职工是否按时上下班。
门禁系统的另一优点是可以随时增加和删除某一卡,而不必担心某一张卡丢失后造成泄
漏个人信息等损失。
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