【正文】 接收電路基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)22MF RC500 的內(nèi)部接收單元采用新的接收概念，它使用卡回應(yīng)的子載波引導(dǎo)調(diào)制生成的雙邊帶寬。操作距離主要取決于天線尺寸以及天線匹配電路的正確值。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)( 奇偶amp。與上位機(jī)的通信采用RS485 通信模式，通信距離可以達(dá)到 1000m左右。MCU采用 89C52，是因?yàn)?9C52 開發(fā)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定。表 MF RC500 的電流消耗電流參數(shù) 工作狀態(tài) 典型電流 最大電流空閑模式 6mA 9mA等待模式 3mA 5mA軟關(guān)機(jī)模式 800uA 1000uAIDVDD數(shù)字工作電流硬關(guān)機(jī)模式 1uA 10uA空閑模式（接收器開放） 25m 40m空閑模式（接收器關(guān)閉） 8mA 12mA等待模式 9mA軟關(guān)機(jī)模式 1uA 10uAIAVDD模擬工作電流硬關(guān)機(jī)模式 1uA 10uAITVDD 發(fā)射器電流 發(fā)送連續(xù)波 150mA（3）在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循 MFRC500 的特有工作時(shí)序，并且要注意 MF RC500 的復(fù)位操作（見表 ） ，否則系統(tǒng)將不工作，甚至損壞芯片。（2） 系統(tǒng)運(yùn)行后的管理和維護(hù)費(fèi)用少。門禁系統(tǒng)中的所有設(shè)備及配件在性能安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，還應(yīng)符合中國 或國際有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并可在非理想環(huán)境下有效工作。高校教師碩士學(xué)位論文17 第 3 章 基于射頻識(shí)別的門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求門禁系統(tǒng)作為一項(xiàng)先進(jìn)的高科技技術(shù)防范手段，在早期，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家就已經(jīng)應(yīng)用于科研、工業(yè)、博物館、酒館、商場、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、銀行、監(jiān)獄等，特別是由于系統(tǒng)本身具有隱蔽性、及時(shí)性等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。 EDI(Electronic Data Interchange)標(biāo)準(zhǔn)使用的 RSA算法規(guī)定 n 的長度為 512 到 1024 比特之間，必須是 128 的倍數(shù)。q(i)=X(i1)/X(i)，則 q(1)=3。Q(i)=X(i1)/X(i)的商(取整數(shù))。第一次運(yùn)算:40=28*1+12，即 40/28 的余數(shù)為 12。高校教師碩士學(xué)位論文15實(shí)現(xiàn) RSA 算法需要解決兩個(gè)問題：如何確定 n,e ,d 三個(gè)密鑰。加密密鑰公開，由加密密鑰和密文不能容易地求得解密密鑰和明文。基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14接受者密碼分析者解密譯碼器加密編碼器信源密鑰源明文加密密鑰秘密信道公開信道密文明文解密密鑰圖 密碼通信的一般模型(2) 對(duì)稱密鑰密碼體制對(duì)稱密鑰密碼體制中加密密鑰和解密密鑰相同。在決定 1C 卡安全性的問題上，采用什么樣的加解密方法，什么樣的認(rèn)證方法及它們的安全強(qiáng)度如何等等，對(duì)于 IC 卡的安全性有著至關(guān)重要的影響。(1) 通訊安全和保密通信安全與保密是為了達(dá)到 IC 卡與讀寫設(shè)備進(jìn)行信息交換過程中的有效與合法。讀寫器是使用者與系統(tǒng)的一個(gè)接口，它必須具有如下的基本功能。（4） 人員可以向控制中心申請(qǐng)權(quán)限，中心批準(zhǔn)后可以使用該卡開指定的門。非接觸式門禁系統(tǒng)采用個(gè)人識(shí)別卡方式工作。磁性條的成本也很低，但是容易被偽造，數(shù)據(jù)量小。首讀率是指當(dāng)對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性識(shí)別時(shí)，其中一次性識(shí)別成功的概率，常用FRR表示。 數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到邏輯控制○ 3部分?？刂颇K完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全等功能。在忽略天線粗細(xì)的橫向影響下，簡單的偶極子天線設(shè)計(jì)可以取振子的長度 l 為 λ/ 4 的整數(shù)倍，如工作頻率為 2. 45 GHz 的半波偶極子天線,其長度約為 6 cm。通常貼片天線的輻射導(dǎo)體與金屬地板距離為幾十分之一波長，假設(shè)輻射電場沿導(dǎo)體的橫向與縱向兩個(gè)方向沒有變化，僅沿約為半波長(λ/ 2) 的導(dǎo)體長度方向變化， 則微帶貼片天線的輻射基本上是由貼片導(dǎo)體開路邊沿的邊緣場引起的，輻射方向基本確定。??聯(lián)等效電容)。這些標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定了通訊數(shù)據(jù)幀協(xié)議外，還著重對(duì)工作距離、頻率、耦合方式等與天線物理特性相關(guān)的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行了規(guī)范?？傊?，RFID系統(tǒng)可在更廣泛的場合中應(yīng)用 [1][2] 。給出了總體程序流程圖和模塊化設(shè)計(jì)，并作了子程序的編譯，在附錄給出具體的程序；總結(jié)與展望。由于注重系統(tǒng)的高性能和廣泛的適用性，這些門禁系統(tǒng)大多價(jià)格較高，○ 4這是國內(nèi)很多中小型廠家不能接受。第二種方法是，除了核心芯片購?fù)?，其余部件都是?duì)國外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行研制。此外還有一種 MF3ICD40 卡，密碼機(jī)制更加完善，不是按塊而是按文件操作，波特率高達(dá) 106424Kbps，有防撕扯功能、值文件功能等 28 種用途 [4]。正是由于市場的不斷成熟，人們?cè)谄毡榻邮荛T禁系統(tǒng)的觀念之后，在采購方面已可很方便地分別從不同公司采購到各部分設(shè)備，自己進(jìn)行系統(tǒng)集成就可為用戶方便安裝成整套系統(tǒng)。智能建筑的推廣，建立連網(wǎng)門禁系統(tǒng)也成為一種趨勢(shì)，門禁系統(tǒng)將有更廣闊的發(fā)展空間。本文研究的基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)就是這樣的一種系統(tǒng) [1]。（5）根據(jù)射頻識(shí)別門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求，采用模塊化軟件設(shè)計(jì)方法，根據(jù) MF RC500 的特性，系統(tǒng)地對(duì) MF RC500 芯片的操作流程進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)主程序的流程圖和各個(gè)模塊子程序，使用 C51 語言開發(fā)了讀寫器的底層控制軟件，并完成程序的調(diào)試，證明結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。（1）研究了基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了射頻 IC 讀卡器的電路原理圖，給出了 PCB 板。讀卡器主要由射頻天線、讀卡模塊、RS485 通信接口及單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，能讀寫 Philips 公司的 Mifare 非接觸式智能射頻卡，讀卡距離約 10cm。射頻識(shí)別以其方便快捷成為業(yè)界矚目的焦點(diǎn)，而中國正在成為射頻識(shí)別標(biāo)簽生產(chǎn)最被看好的生產(chǎn)基地。 門禁系統(tǒng)又稱門禁出入口保安自動(dòng)化管理系統(tǒng)。隨著人們對(duì)門禁系統(tǒng)各方面要求的不斷提高，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣泛。從目前全球門禁系統(tǒng)的前端輸入設(shè)備的水平及發(fā)展方向來看，雖然磁卡和接觸式IC卡讀卡器在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中還有一部分市場，但從發(fā)展趨勢(shì)上看，除賓館鎖外，磁卡和接觸式IC卡讀卡器已在逐步地退出門禁系統(tǒng)市場 [23]。ATMEL 公司生產(chǎn)的 Temic 非接觸式 IC 卡 E5550 芯片是一種 ID（身份）識(shí)別芯片，容量為 264 位 E2PROM，采用 125KHz 射頻頻率，是一種低頻卡，操作距離 5l0cm，相應(yīng)的讀寫基站芯片為 U2270B，此芯片在動(dòng)物身份識(shí)別等方高校教師碩士學(xué)位論文3面得到了應(yīng)用。這種方式比較靈活，可以隨時(shí)根據(jù)客戶的要求增加門禁系統(tǒng)的功能，且價(jià)格也比較便宜。但是國內(nèi)大部分廠家對(duì)門禁系統(tǒng)的研制處于感知階段，并沒有從理論上對(duì)門禁系統(tǒng)進(jìn)行研究?？陀^的評(píng)價(jià)了本論文所作的工作和設(shè)計(jì)方案，以及有待改進(jìn)的地方。 射頻識(shí)別技術(shù)原理通常情況下，RFID 的應(yīng)用系統(tǒng)主要由讀寫器和 RFID 卡兩部分組成的，見圖 。RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定決定了 RFID 天線的選擇，下面將分別介紹已廣泛應(yīng)用的各種類型的 RFID 天線及其性能。 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)就是通過這一頻率載波實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊的。因此，一般適用于通訊方向變化不大的 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)中。當(dāng)要求偶極子天線有較大的輸入阻抗時(shí)，可采用圖 (b)的折合振子。射頻卡分無源卡和有源卡兩種，有源卡內(nèi)置天線和電池，而無源卡只有內(nèi)置天線沒有電池，其能量由讀寫器提供，由于無源卡無需電池因此其尺寸較小且使用壽命長，應(yīng)用越來越廣泛。邏輯控制部分接收指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作。誤碼率是指對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別時(shí)，其中可能出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤字符的統(tǒng)計(jì)概率，常用SER 表示。IC卡的價(jià)格稍高些，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量很大，數(shù)據(jù)可以加密，安全性好，但是由于它的接觸點(diǎn)在外面，有可能被損壞。給每個(gè)有權(quán)進(jìn)入的人發(fā)一張個(gè)人識(shí)別卡，相當(dāng)于一把鑰匙。（5） 控制中心通過管理軟件對(duì)所有遠(yuǎn)端控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)匯整數(shù)據(jù) ， 并根據(jù)需要將資料打印出來。（1） 非接觸式IC卡進(jìn)入/退出射頻區(qū)的識(shí)別與控制；（2） 通過射頻方式向非接觸式IC卡提供穩(wěn)定的電源和時(shí)鐘信號(hào)；（3） 實(shí)現(xiàn)與IC卡的數(shù)據(jù)交換，并提供相應(yīng)控制信號(hào)；（4） 對(duì)應(yīng)加密數(shù)據(jù)系統(tǒng)，應(yīng)提供相應(yīng)加密/解密處理及密鑰管理機(jī)制；（5） 提供相應(yīng)外部控制信息及與其他設(shè)備的信息交換；因此，本部分的性能非常重要。具體而言，也就是要求相互傳送的信息具有完整性、真實(shí)性、有效性、保密性和不可否認(rèn)性。使用密碼進(jìn)行通信的一般模型見圖 。這一體制是密碼學(xué)的基本方法。另外，加密變換和解密變換可以交換，即滿足 Ek*Dk＝D k*Ek。如何實(shí)現(xiàn)加密算法和解密算法。第二次運(yùn)算:31=9*3+4，即 31/9 的余數(shù)為 4。d(0)=0，d(l)=1?；谏漕l識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16d(i +1)=d(i1)+q(i)*d(i)，則 d(2)=3同理， X(3)=5，d(3)=7。國際數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC9796 中規(guī)定 n 的長度為 512 比特。門禁系統(tǒng)既要處于技術(shù)的尖端，具有智能性、高可靠性、實(shí)時(shí)性，又要能符合實(shí)際需要。另外，系統(tǒng)安全性還應(yīng) 體現(xiàn)在信息傳輸及使用過程中不易被劫取等方面。（3） 系統(tǒng)在未來進(jìn)行更改或搬遷以及改造升級(jí)時(shí)需要少量資金便可達(dá)成。表 MF RC500 的復(fù)位特性模式 電流（uA） 時(shí)間（us ）上電 500通過復(fù)位腳實(shí)現(xiàn)的硬件復(fù)位 1 500通過寄存器設(shè)置的軟件復(fù)位 1 500 其他部分硬件分析由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用的元件比較多，因此，必須從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、正確性、小巧性、低成本等方面來考慮。 E2PROM 采用24C64，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)由9V電源供電，再由穩(wěn)壓模塊7805 穩(wěn)壓成 5V的電源。CRC)。下面將要描述必要的組件（EMC過濾器、接收電路以及天線匹配電路）和它們對(duì)MIFARE系統(tǒng)的功能性必要進(jìn)行研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用內(nèi)部產(chǎn)生的 VMID 電位作為 RX 管腳的輸入電位。 [30][31][32]。 直接匹配天線 直接匹配天線可操作距離高達(dá)100mm。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應(yīng)高校教師碩士學(xué)位論文21答器信號(hào)。x5045是串口工作方式，內(nèi)置E 2PROM，可用來存儲(chǔ)一些系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)的工作方式是先由MCU 控制MF RC500 驅(qū)動(dòng)天線Mifare卡，進(jìn)行讀寫操作，然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如液晶屏、E 2PROM、時(shí)鐘芯片等，進(jìn)行響應(yīng)操作，最后，再與PC機(jī)之間進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。表 MF RC500 電壓特性電壓參數(shù)特征 最小電壓 典型電壓 最大電壓DVDD 數(shù)字工作電壓 AVDD 模擬工作電壓 TVDD 發(fā)射器工作電壓 （2）要有足夠大的電流消耗（見表 ） 。主要體現(xiàn)在三方面：基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18（1） 在滿足功能性和可靠性的前提下，初期的總投資要盡可能少。功能完善，設(shè)備齊全，管理方便是設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一個(gè)因素。m＝D(c)= c d mod n 的解密過程。模 n 的長度至少為 512 比特。d(O)=0，d(1)=1。X(i+l)為 X(i－1)/X(i) 的余數(shù)。如對(duì) 40,31 是否互素進(jìn)行判斷，即計(jì)算 gcd(40,31)。RSA 密碼系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配兩對(duì)密鑰，即(e,n) 和(d,n) ，其中(e,n) 用于加密報(bào)文，(d,n)用于與解密報(bào)文?！稷谟谑窃?1976 年，Diffie 和 Hellman 在其“密碼學(xué)新方向”，一文中提出了公開密鑰系統(tǒng)，即密碼系統(tǒng)中的加密密鑰、解密密鑰可以不同。在本設(shè)計(jì)中主要采用了非對(duì)稱密鑰密碼體制。從上面談到的 IC 卡邏輯安全中，我們可以清楚地看到密碼學(xué)在 IC 卡安全性中的重要地位。對(duì)于通過指紋鑒別身份的門禁系統(tǒng)，通常用于保密性很強(qiáng)的出入控制場所 [11]。管 理 主 機(jī)通 信 管 理 器門 磁 傳 感 器開 門 / 關(guān) 門門禁控制器讀 卡 器