【正文】 人稱為電子鎖，應(yīng)用也不廣泛。近幾年，非接觸式CI 卡在門禁市場(chǎng)上意氣風(fēng)發(fā)，由于它可以防水防污、防塵和潮濕等惡劣環(huán)境，而其免刷卡動(dòng)作，感應(yīng)速度快，除了方便外，更可避 免卡與讀寫器之間的摩擦，降低機(jī)器故障率及器材損耗，且感應(yīng)式讀卡系統(tǒng)具備隔墻感應(yīng)的特性，可兼顧隱密性與裝潢設(shè)計(jì)之美觀。再者，由于非接觸 IC 卡的大容量讀寫存儲(chǔ)特性，使感應(yīng)卡門禁與考勤、計(jì)費(fèi)、停車場(chǎng)等功能相結(jié)合，提升了系統(tǒng)性能及潛在價(jià)值。因此，專家認(rèn)為，非接觸式CI 卡系統(tǒng)是門禁市場(chǎng)的主流方向。 IC 卡簡(jiǎn)介 IC 卡，又稱“集成電路卡”、“智能卡”， 有些國(guó)家和地區(qū)也稱智能卡 (smart card)、智慧卡 (intelligent card)、微電路卡 (microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合 ISO 7816 標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式。 IC 卡讀寫器是 IC 卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為接口設(shè)備 IFD(Interface Device)。 IFD 內(nèi) CPU 通過一個(gè)接口電路與 IC 卡相連并進(jìn)行通信。 IC卡接口電路是 IC卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和 I2C 通信等不同的 IC 卡讀寫芯片。非接觸式 IC 卡又稱射頻卡。 芯片一般是不易揮發(fā)性存儲(chǔ)器 (ROM、 EPRMO、 EEPROM)，保護(hù)邏輯電路，甚至于 CPU(中央處理單元 )。 IC 卡的概念是 20 世紀(jì) 70 年代初提出來的， 1976 年法國(guó) BULL 公司和 Motorola公司合作生產(chǎn)了世界上第一張過渡型 IC 卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)。它將微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。 IC 卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力， IC 卡存儲(chǔ)器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取，或供內(nèi)部信息處理和判定之用?？▋?nèi)存儲(chǔ)有唯一的發(fā)行人和持卡人的識(shí)別標(biāo)志，用以唯一的確定卡的身份。 IC 卡的應(yīng)用領(lǐng)域可以說非常廣泛，它除了覆蓋傳統(tǒng)磁卡的全部應(yīng)用領(lǐng)域外 ，還擴(kuò)展了許多磁卡所不能勝任的領(lǐng)域，這很大程度上歸功于 IC 卡的大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力與強(qiáng)有力的安全特性。 IC卡的應(yīng)用可分為金融系統(tǒng)應(yīng)用和非金融系統(tǒng)應(yīng)用，在某些場(chǎng)合這兩種應(yīng)用又有著緊密的聯(lián)系。在金融領(lǐng)域中 IC 卡可作為信用卡、現(xiàn)金卡、證券卡或電子資金轉(zhuǎn)帳卡等 。在非金融領(lǐng)域中，如 IC 卡預(yù)收費(fèi)系統(tǒng)、 IC 卡門禁、 IC 卡考勤系統(tǒng)、公交一卡通系統(tǒng)等。 IC 卡工作的基本原理是：射頻讀寫器向 IC 卡發(fā)一組固定頻率的 電池波 ，卡片內(nèi)有一個(gè) LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵(lì)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電 容內(nèi)有了電荷；在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，?電容 內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V 時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息安全技術(shù)等的發(fā)展， IC 卡逐漸形成了各種類別、不同工作方式的產(chǎn)品系列的家族。根據(jù)鑲嵌的芯片不同，可將 IC 卡劃分為 :存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡、 CPU 卡和超級(jí)智能卡 。根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)交換的界面不同，可將 IC 卡劃分為 :接觸式 IC卡、非接觸式 IC 卡和雙界面卡 。根據(jù)卡與外界進(jìn)行交換時(shí)的 數(shù)據(jù)傳輸方式，可將 IC 卡劃分為 :串行 IC 卡、并行 IC卡 :根據(jù)卡的應(yīng)用領(lǐng)域不同，可將 IC卡劃分為 :金融卡和非金融卡。 射頻技術(shù) 射頻識(shí)別技術(shù)起源于 80 年代中期，與條碼、磁條等同期或早期識(shí)別技術(shù)相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有無接觸、工作距離大、精度高、信息收集處理快捷及較好的應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性等一系列優(yōu)點(diǎn)，在近年來獲得了極為迅速的發(fā)展。目前，射頻識(shí)別技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。據(jù)有關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，射頻識(shí)別產(chǎn)品在全世界的銷售量， 1993 年為 990 萬套， 1994 年就猛增到 2030 萬套，到 1997 年有關(guān)產(chǎn)品的銷量為 9810 萬套。世界范圍內(nèi)射頻產(chǎn)品的銷售額， 1989 年為 8050 萬美元， 1992 年為 14120 萬美元， 1997 年為 43250 萬美元， 1999 年則為68500 萬美元，其中在 19921999 年間射頻識(shí)別產(chǎn)品在全世界銷售額的年平均增長(zhǎng)率達(dá)%。一個(gè)典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)由兩部分組成，一是尋呼器，另一個(gè)是被稱為射頻識(shí)別標(biāo)志的應(yīng)答器。其中尋呼器的主要組成部分是無線收發(fā)機(jī)，在應(yīng)答器內(nèi)裝有感應(yīng)線圈 (天線 )及有關(guān)應(yīng)用標(biāo)識(shí)信息的存儲(chǔ)器，其工作過程為 : (1)尋呼器發(fā)射無線激勵(lì)信號(hào)及 有關(guān)詢問信號(hào) 。 (2)應(yīng)答器進(jìn)入尋呼器工作區(qū)域內(nèi)，被尋呼器信號(hào)激勵(lì)并發(fā)射應(yīng)答信息 。 (3)尋呼器接收應(yīng)答器的應(yīng)答信息，進(jìn)行進(jìn)一步處理。基于不同應(yīng)用，對(duì)應(yīng)答器的體積、性能等的要求各不相同，所以應(yīng)答器是射頻標(biāo)識(shí)技術(shù)的關(guān)鍵。應(yīng)答器的主要組成、功能及其應(yīng)用特點(diǎn)如下 : (l)具有信息存儲(chǔ)、處理能力 。 (2)可接收、發(fā)射無線信號(hào)，外圍部件少，功耗低，能在低電壓下工作 。 (3)依據(jù)不同需要具有天線、射頻 /微波探測(cè)器、調(diào)制器、解調(diào)器、控制邏輯及存儲(chǔ)器等部件 : (4)有的應(yīng)答器具有電池或外接電源，有的應(yīng)答器甚至省去了電源，而 由尋呼器通過無線方式對(duì)其供電 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 (5)體積小巧、結(jié)構(gòu)多樣 (有圓形、方形等 )，適合不同應(yīng)用等等 。 (6)多種工作距離。 其中，無內(nèi)部電源的應(yīng)答器在射頻卡上應(yīng)用較多。目前，國(guó)際上有多家廠商致力于射頻識(shí)別技術(shù)的研究及市場(chǎng)開發(fā)，其中較為著名的如美國(guó)德州儀器公司 (TI)、荷蘭飛利浦公司 (Phi1iPs)等?，F(xiàn)以美國(guó) TI 公司生產(chǎn)的一種無內(nèi)部電源應(yīng)答器為例說明其工作原理，此種應(yīng)答器主要由一個(gè) ADS 集成電路、一根天線及 2 個(gè)片狀電容組成。系統(tǒng)工作時(shí)的具體過程為 : (1)應(yīng)答器進(jìn)入尋呼器工作區(qū)域后，接收到尋呼器發(fā)射的脈沖信號(hào) 。 (2)此信號(hào)經(jīng)橋式整流之后對(duì)電容器進(jìn)行充電，穩(wěn)壓器使電容器兩端的電壓維持在 2V左右，以便給集成電路提供工作電壓 。 (3)CMOS 集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路對(duì)接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行解碼 。 (4)根據(jù)解碼信息判斷尋呼器的命令要求，若僅僅是讀取信息則控制邏輯電路從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息 。若是修改信息則有關(guān)控制邏輯啟動(dòng)內(nèi)部電壓泵將 2V 工作電壓提升到15V，以便對(duì)存儲(chǔ)器 (EEPROM)中內(nèi)容進(jìn)行重新寫入編程 。 (5)當(dāng)電容放電時(shí)，發(fā)射電路就將從存儲(chǔ)器中讀取的數(shù)據(jù)信息及相關(guān)響應(yīng)信息發(fā)射給尋呼器 。 (6)尋呼器 (或應(yīng)用終 端 )對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理。目前，射頻識(shí)別系統(tǒng)使用的頻段分為低頻及高頻兩類。其中，低頻段的頻率為 125kHZ，高頻段的頻率有 908k~92OkHz、 及 等。當(dāng)然，工作頻率越高，應(yīng)答器和尋呼器之間的通訊速率就越快，系統(tǒng)的工作時(shí)間就越短，但功耗越大。 目前，在國(guó)外射頻技術(shù)的主要應(yīng)用有工廠生產(chǎn)產(chǎn)品的自動(dòng)跟蹤，試驗(yàn)動(dòng)物跟蹤，商品分類管理，汽車防盜，航空公司的機(jī)場(chǎng)管理等等。下面以汽車防盜應(yīng)用為例，介紹射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。應(yīng)答器放置在汽車點(diǎn)火鑰匙中，尋呼器放置在汽車駕駛桿等部件中，當(dāng)要點(diǎn)火啟動(dòng)汽車時(shí)，尋呼器若沒有接收應(yīng)答器發(fā)射的標(biāo)志信號(hào)則禁止啟動(dòng)汽車。同樣的系統(tǒng)，若將應(yīng)答器放置在車門鑰匙中，尋呼器放置在車門內(nèi)，射頻技術(shù)應(yīng)用于汽車防盜大大提高了汽車的安全性。目前，越來越多的汽車公司將射頻技術(shù)應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)。在最近的幾年中，美國(guó)福特汽車公司在其銷往歐洲的 50 萬輛汽車中安裝射頻識(shí)別系統(tǒng)，價(jià)值達(dá) 2500 萬美元。從 1995 年開始，德國(guó)也要求所有新出廠的汽車都安裝這種安全系統(tǒng)。射頻卡技術(shù)是射頻識(shí)別技術(shù)和 IC 卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。如果從射頻識(shí)別技術(shù)角度出發(fā)，可以認(rèn)為射頻卡是一種相對(duì)特 殊的射頻識(shí)別標(biāo)志(即應(yīng)答器 )，其讀寫設(shè)備就是尋呼器。如果從 IC 卡技術(shù)的角度出發(fā)，也可以認(rèn)為射頻識(shí)別產(chǎn)品是一種特殊的無接觸式 IC 卡，其尋呼器即為讀寫設(shè)備。當(dāng)然，將射頻識(shí)別技術(shù)用于無接觸式 IC 卡也對(duì)它產(chǎn)生了特殊的要求，以滿足卡的要求，從技術(shù)上看主要有以下兩點(diǎn) : 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 (1)由于 IC 卡的尺寸限制，卡上的應(yīng)答器不能有電源系統(tǒng)，需要由尋呼器 (讀寫設(shè)備 )通過無線方式供電 。 (2)由于 IC 卡的尺寸限制，卡上應(yīng)答器的天線需要特殊設(shè)計(jì)，卡需要特殊封裝和制造。此外，由于無接觸式 IC 卡特殊的應(yīng)用環(huán)境，卡上應(yīng)答器還需具有如下特點(diǎn)： (1)操作快捷 。 (2)高抗干擾性，能“同時(shí)”操作多張卡片 。 (3)高可靠性 。 (4)可以適合于多種應(yīng)用。 無接觸式 IC 卡和接觸式 IC卡相比具有以下特點(diǎn) : (1)無接觸式通訊不存在機(jī)械觸點(diǎn)磨損情況，大大提高了應(yīng)用的可靠性 。 (2)因?yàn)闊o接觸式通訊，所以不必插拔卡，大大提高了使用的速度 。 (3)可以同時(shí)操作多張無接觸式 IC 卡，提高了應(yīng)用的并行性，提高了系統(tǒng)的工作速度 。 (4)由于無接觸式通訊，卡上無機(jī)械觸點(diǎn)，便于卡的印刷，提高了卡的使用可靠性和美觀性。正因?yàn)槿绱耍瑹o接觸式 IC 卡非常適合于以前接觸式 IC 卡無法或較難 滿足要求的一些應(yīng)用，如公共電汽車自動(dòng)售票系統(tǒng)等，將 IC 卡的應(yīng)用在廣度和深度上大大推進(jìn)了一步。 系統(tǒng)需求分析 CDIO 工作空間是開展 CDIO 教學(xué)重要的場(chǎng)所，工作空間對(duì)部分師生開放，為了有效地對(duì)進(jìn)入 CDIO 工作空間的師生進(jìn)行有效地管理和控制，特設(shè)計(jì)本方案。 圖 11 房間分布圖 圖 11中是 CDIO 工作空間的房間分布示意圖，計(jì)劃在每個(gè)房間（ 12 個(gè)）的每個(gè)門（ 21 門）都安裝門禁控制系統(tǒng)，對(duì)師生的進(jìn)門進(jìn)行監(jiān)控和管理。所有的門禁控制系統(tǒng)都采用 485 總線方式連接到一臺(tái)管 理主機(jī)，如圖 12所示： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 圖 12 系統(tǒng)拓?fù)鋱D 管理主機(jī)通過 485 總線與各門禁控制系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)授權(quán)、取消授權(quán)、刷卡記錄保存、查詢、統(tǒng)計(jì)及信息管理等功能。 授權(quán)：管理主機(jī)先讀取卡號(hào)，然后將卡號(hào)下發(fā)到相應(yīng)的門控系統(tǒng)，門控系統(tǒng)保存卡號(hào)。 取消授權(quán)：管理主機(jī)將需要取消授權(quán)的卡號(hào)下發(fā)至門控系統(tǒng)，門控系統(tǒng)從存儲(chǔ)器中刪除卡號(hào)。 刷卡記錄：師生在刷卡某個(gè)門控系統(tǒng)刷卡后，門控系統(tǒng)將卡號(hào)上傳至管理主機(jī)，管理主機(jī)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。 查詢、統(tǒng)計(jì)及信息管理：可以通過瀏覽器登錄 管理主機(jī)，進(jìn)行相關(guān)信息的查詢、統(tǒng)計(jì)和管理。 每個(gè)門禁控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖 13所示： 圖 13 門禁控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖 直流穩(wěn)壓模塊：每個(gè)門禁控制系統(tǒng)配置一套電控鎖專用穩(wěn)壓電源（內(nèi)置繼電器），可為讀寫器、控制器和電控鎖供電。 讀寫器：負(fù)責(zé)與射頻卡進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，主要功能包括識(shí)別卡號(hào)，讀取 /寫入卡數(shù)據(jù)。 電控鎖：采用常閉鎖，一般處于關(guān)閉狀態(tài)，控制器可以發(fā)信號(hào)開鎖。 控制器：這是整個(gè)門禁控制系統(tǒng)的核心。主要功能包括讀卡、判斷授權(quán)狀態(tài)、開門、響應(yīng)管理主機(jī)的命令 、主動(dòng)上傳讀取到的卡號(hào)等。控制器能夠接收管理主機(jī)發(fā)來直流穩(wěn)壓電源模塊 輸入： AC220V 輸出： DC12V 電控鎖 控制器 讀寫器 繼電器 485 總線 電源線 信號(hào)線 門控 1 門控 2 門控 21 ???? 管理主機(jī) 485 總線 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 的授權(quán)命令和卡號(hào)，并將卡號(hào)存儲(chǔ)起來，掉電不丟失；能夠接收管理主機(jī)發(fā)來的取消授權(quán)命令和卡號(hào)，并將卡號(hào)從存儲(chǔ)器中刪除。能夠通過讀寫器進(jìn)行讀卡，當(dāng)讀取到卡號(hào)以后，可以根據(jù)存儲(chǔ)的卡號(hào)進(jìn)行比對(duì)，來判斷授權(quán)狀態(tài)，如果是授權(quán)的，則通過繼電器向電控鎖發(fā)送開門指令。不管卡號(hào)是否經(jīng)過授權(quán)，都能將卡號(hào)發(fā)往管理主機(jī)，由管理主機(jī)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能 每個(gè)房間的每個(gè)門都安裝門禁控制系統(tǒng)，對(duì)師生的進(jìn)入進(jìn)行監(jiān)控和管理。 對(duì)于經(jīng)過授權(quán)的教師和學(xué)生，均可刷卡開門并進(jìn) 入房間，而未經(jīng)授權(quán)的則不能進(jìn)入。 與現(xiàn)有的校園一卡通兼容，師生均使用校園一卡通的校園卡。 每個(gè)房間、每個(gè)門的授權(quán)相對(duì)獨(dú)立，與其它房間無關(guān)。 可以保存、查看每個(gè)門的刷卡記錄，查詢、統(tǒng)計(jì)每個(gè)房間的人氣和利用率。 信息管理：對(duì)門禁系統(tǒng)的所有信息進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理。 、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 方案 1：整個(gè)系統(tǒng)采用一臺(tái)管理主機(jī)進(jìn)行集中管理。 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)集中，有利于進(jìn)行后期的維護(hù)、系統(tǒng)升級(jí)以及增值業(yè)務(wù)（如系統(tǒng)擴(kuò)展、與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、報(bào)表服務(wù)等）的開發(fā)；整個(gè)系統(tǒng)硬件投入較小。 缺點(diǎn)：管理主機(jī)服務(wù)器軟件、授權(quán)管理軟件 開發(fā)難度較高。 方案 2：每個(gè)房間設(shè)置一臺(tái)管理主機(jī)，管理 1或 2套門禁控制系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)房間的系統(tǒng)相互獨(dú)立，授權(quán)管理任務(wù)可由各房間的教師或管理員分擔(dān)。 缺點(diǎn)：整個(gè)系統(tǒng)硬件投入較大；還需配備專門人員進(jìn)行管理；若需要保存每個(gè)房間的訪問記錄，每個(gè)房間都要保證管理主機(jī) 24 小時(shí)開機(jī)不間斷運(yùn)行。每個(gè)房間的數(shù)據(jù)分散到各管理主機(jī)上，不利于系統(tǒng)的更新、升級(jí)和增值業(yè)務(wù)開發(fā)。 讀寫器、控制器、上位機(jī)管理軟件等核心部分，均為我校師生開展 CDIO 工程實(shí)踐項(xiàng)目過程中，自行設(shè)計(jì)、開發(fā)的產(chǎn)品，系統(tǒng)工作可靠，運(yùn)行穩(wěn)