【正文】 電 控 鎖圖 典型門禁系統(tǒng)的構(gòu)成門禁控制器是是整個系統(tǒng)的核心控制部分，對門鎖的一切操作均由它來控制完成，主機發(fā)下的控制命令、門鎖的狀態(tài)和記錄信息都經(jīng)由門控器來傳送，并且控制讀寫器、接收讀寫器的資料等。（3） 發(fā)生火災(zāi)時，各遠端智能控制器能同時全局聯(lián)動，打開所有的門以緊急疏散 人群并發(fā)出報警信號 ，控制器對于非法闖入事件也能實時報警并處基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計12理 。隨著技術(shù)的進步，門禁系統(tǒng)逐漸由原來的鑰匙開門，到IC卡的門禁管理，最后到現(xiàn)在的非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)。一般的條碼是紙質(zhì)的，較易磨損，且數(shù)據(jù)量很小。評價一種自動識別技術(shù)，通常有兩個重要指標(biāo)，即首讀率和誤碼率。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。射頻卡可以根據(jù)讀寫器發(fā)出的指令對這些數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的實時讀寫操作。當(dāng)單個振子臂的長度 L =λ/ 4 時(半波振子) ，輸入阻抗的電抗分量為零，天線輸入阻抗可視為一個純電阻。 根據(jù)天線輻射特性的需要,可以設(shè)計貼片導(dǎo)體為各種形狀。由 RFID 天線形成的諧振回路見圖 ，它包括 RFID 天線的線圈電感 L、寄生電容 Cp 和并聯(lián)電容 C2，其諧振頻率為：f =1/2π ，(式中 C 為 Cp 和 C2 的并??目前 RFID 已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，且有國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO10536 、ISO1444ISO1569ISO18000 等幾種。另外不象IC卡那樣有電觸點暴露在外，射頻卡是將芯片完全封裝在內(nèi)的，因此可以使用在比較惡劣的環(huán)境。主要論述射頻識別技術(shù)結(jié)構(gòu)特點和門禁系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)以及有關(guān) IC 卡的密碼技術(shù)；第 3 章 基于射頻識別的門禁系統(tǒng)總體方案與硬件模塊設(shè)計，主要論述射頻讀寫模塊、天線模塊、通訊模塊、看門狗、液晶、存儲、實時時鐘模塊的設(shè)計；第 4 章 基于射頻識別的門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計。由于系統(tǒng)是由幾個獨立部件有機集成而成的，因此，要想對系統(tǒng)升級，○ 3只要對系統(tǒng)的某一部分升級，再組裝即可。這種門禁系統(tǒng)的性能很好，能滿足許多安全要求很高的場所，但是價格很高。最近又推出一種新型 Mifare卡,即 Mifareultralight 非接觸式 IC 卡，簡稱為 MFOICUl,有 512 字節(jié) E2PROM,專用于車票系統(tǒng),MFO 卡最大的特點是交易時間只有 ，比其它 Mifare 卡要短得多。隨著其產(chǎn)業(yè)化的形成，也由于大公司之間的相互競爭，使其利潤率不斷下降，產(chǎn)品價格不斷大幅降低，現(xiàn)已進入1000美元一套系統(tǒng)的可廣泛運用的市場。同時也將有效地保護財產(chǎn)不受非法侵犯 [2]。門禁系統(tǒng)集電腦技術(shù)、電子技術(shù)、機械技術(shù)、磁電技術(shù)和射頻識別技術(shù)于一體，使卡與鎖之間實現(xiàn)完整“對話”功能，以智能卡來控制門鎖的開啟，開創(chuàng)了門禁管理的新概念，它不僅給管理者提供了更安全、更快捷、更自動化的管理模式，而且也給使用者帶來了極大的方便。同時結(jié)合門禁系統(tǒng)設(shè)計門禁控制電路，完成設(shè)備的選材。為此，本文研究一種基于射頻識別（Radio Frequence Identification：RFID）技術(shù)的門禁系統(tǒng)。當(dāng)沒有卡進入讀卡能量范圍時，系統(tǒng)顯示時鐘，當(dāng)有卡進入時則讀卡內(nèi)數(shù)據(jù)并將卡號信息顯示在液晶顯示器上。將射頻識別應(yīng)用到門禁系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景，本文基于這一思想設(shè)計了小型門禁系統(tǒng)的底層模塊，同時還有待于進一步研究擴展，比如利用 Inter 接入取代 RS485 聯(lián)網(wǎng)方式，擴大系統(tǒng)的規(guī)模。智能建筑通過對四個基本元素，即結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理進行最優(yōu)化的考慮，從而為用戶提供一個高效和高經(jīng)濟效益的工作環(huán)境。人們對門禁系統(tǒng)的應(yīng)用已不局限在單一的出入口控制，而且還要求它不僅可應(yīng)用于智能大廈或智能社區(qū)的門禁控制、考勤管理、安防報警、停車場控制、電梯控制、樓宇自控等，還可與其它系統(tǒng)聯(lián)動控制等多種控制功能。國外對 IC 卡的研究和應(yīng)用較早，特別是在美國和歐洲，但在非接觸式 IC卡方面的研究使用也只是近幾年的事。瑞士 EM 公司的 H4001 非接觸 IC 卡，容量為 64 位 E2PROM，采用 125KHz 射頻頻率，也是低頻卡，其讀寫芯片為 P4095。而在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)的門禁系統(tǒng)大多以控制器為核心構(gòu)建的，門控器大多由國外企業(yè)研制。比如在天線設(shè)計時要么就是參照國外公司的資料，要么就是通過實驗對天線的參數(shù)進行修改 [24]，從而得到較好的效果，很少把這部分的研究上升到理論的高度。高校教師碩士學(xué)位論文5第 2 章 門禁系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ) 射頻識別技術(shù)射頻識別技術(shù)是從八十年代逐漸興起的一項識別技術(shù)。 其中，讀寫器一般作為計算機終端 ,用來實現(xiàn)對 RFID 卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。 RFID 天線RFID 天線主要有線圈型、微帶貼片型、偶極子型 3 種基本形式的天線。常用的 ID21 型非接觸式 IC 卡的外觀為一小型的塑料卡( mm 0. 76 mm)，天線線圈諧振工作頻率通常為 13. 56 MHz。為了提高天線的性能并考慮其通訊方向性問題，人們還提出了各種不同的微帶縫隙天線，如設(shè)計了一種工作在 24 GHz 的單縫隙天線和 5. 9 GHz 的雙縫隙天線，其輻射波為線極化波；如開發(fā)了一種圓極化縫隙耦合貼片天線，它是可以采用左旋圓極化和右旋圓極化來對二進制數(shù)據(jù)中的‘1’和‘0’進行編碼。 射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，主要是由兩部份組成：讀寫器和射頻卡。讀寫器內(nèi)的控制模塊往往具有很強的處理功能，除了完成控制射頻卡工作的任務(wù)，還要實現(xiàn)相互認證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯、出錯報警及與計算機通信等功能。 如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)調(diào)制然后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。 OCR技術(shù)由于FRR 不高，逐步被條碼技術(shù)取代； 磁字符識別技術(shù)專用于銀行業(yè)務(wù)中，閱讀設(shè)備復(fù)雜； 機器視覺系統(tǒng)通常被用于自動分類和檢查產(chǎn)品的制造業(yè)中。而射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)點就在于非接觸，因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，適于實現(xiàn)自動化。系統(tǒng)根據(jù)該卡的卡號和當(dāng)前時間等信息，判斷該卡持有人是否可以進出，如果可以，則系統(tǒng)自動開門，否則，不開門。門禁系統(tǒng)由門禁控制單元、通信管理器、管理主機、管理軟件等組成。在本系統(tǒng)中的射頻讀寫芯片采用Philips公高校教師碩士學(xué)位論文13司的MF RC500 ，該芯片是 Philips公司的最新產(chǎn)品，比以往的射頻識別芯片具有更好的性能 [6]。完整性是指 IC 卡與讀寫設(shè)備必須能檢測出在它們之間交換的信息是否己經(jīng)被修改，判斷出相互交換的信息是否合法，對于完整性的保證，一般是在所交換的信息內(nèi)添加一段報文鑒別碼(MAC)。其中要被加密的原文稱為明文，加密過程的輸出稱為密文，密文通過傳輸信道傳輸?shù)浇邮斩耍缓笸ㄟ^解密過程將明文還原。通信雙方享用一個共同密鑰 k，一方用密鑰 k 加密明文，產(chǎn)生密文；另一方用密鑰 k 解密密文，恢復(fù)出明文。這樣，公開密鑰體系可以方便地解決上述兩個問題。由于其中涉及大數(shù)的指數(shù)運算及模運算，計算量很大，因此這是實現(xiàn) RSA 算法的關(guān)鍵。第三次運算:9=4*2+1，即 9/4 的余數(shù)為 1。則: d(i+1)=d(i1)+q(i)*d(i)。X(4)=2 ，d(4)=10 。為了抵抗現(xiàn)有的整數(shù)分解算法，對 RSA 模 n 的素因子 p 和 q,有如下要求:(1)|P－Q|很大，通常 p 和 q 的長度相同。本設(shè)計為面向?qū)嶒炇夜芾淼男⌒烷T禁系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)的技術(shù)不斷向前發(fā)展，用戶需求也在發(fā)生變化，因此門禁系統(tǒng)的設(shè) 計與實施應(yīng)考慮到將來可擴展的實際需要，即：可靈活增減或更新各子系統(tǒng) ，滿足不同時期的需求，保持長時間領(lǐng)先地位，成為智能建筑的典范。 系統(tǒng)方案基于 MF RC500 射頻識別門禁系統(tǒng)是以射頻識別讀寫器為核心，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)見圖 ，再增加門鎖繼電器以及其他一些輔助器件而組成的系統(tǒng) [8]。（1）因為系統(tǒng)任何一個關(guān)鍵部分出現(xiàn)錯誤或停機將直接影響到整個系統(tǒng)的運行情況，因此，理論上門禁系統(tǒng)各個子系統(tǒng)應(yīng)盡可能的屬于 Nonstop（不停機）系統(tǒng)，以保證工作正常運行。24C64是串口操作方式，是一種性價比較高的存儲芯片。由于7805的工作熱量很高，故在7805上安置一個散熱片。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法用于驗證MIFARE 系列產(chǎn)品。 [10][23]。為減少擾動，需用電容將 VMID 接地。低通濾波器包含元件L 0和C 0。另外，根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以采用查詢方式對MF RC500進行操作。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近操作距離的天線(100mm)。為了防止系統(tǒng)“死機”，使用x5045作為看門狗。 射頻讀寫模塊設(shè)計系統(tǒng)主要由MCU、時鐘芯片、MF RC500、液晶屏、看門狗以及 RS485通信模塊組成。高校教師碩士學(xué)位論文19（1） 要求工作電壓穩(wěn)定，并且要在允許范圍內(nèi)(見表 )。門禁系統(tǒng)在設(shè)計時結(jié)合目前國內(nèi)外的實際應(yīng)用水平，使系統(tǒng)建成后能立即得到充分的利用，采用合理的投資而得到最佳的效果。一個完整的門禁系統(tǒng)是建筑整體形象的重要標(biāo)志。加密和解密算法的實現(xiàn)是在 n、d 和 e 數(shù)據(jù)己經(jīng)確定的情況下，完成 c＝E(m)=me mod n 的加密過程。通常選擇 P 和 q 大約是 100 位的十進制素數(shù)。X(2) =X(0)/X(1)，X(2)=7。設(shè): Ф(n)＝X(0), e＝X(1),Ф(n)和 d 是互素的數(shù)。根據(jù)歐幾里德算法，如果 a=bn+1，則 a 和 b 的 gcd 等于 b 和‘的gcd，即 gcd(a,b) = gcd(b,c)，因此，gcd(a,b) 可用每次運算的余數(shù)去除該運算的除數(shù)來計算，這樣可以逐漸減少參加運算的操作數(shù)的數(shù)值，最后的非零余數(shù)即為公約數(shù)。RSA 算法是一種分組密碼算法，它以數(shù)論中的歐拉定理為理論基礎(chǔ)。對稱密鑰系統(tǒng)不能確證信息來源的真實性和用戶的身份。按照加密密鑰和解密密鑰是否相同，分為對稱密鑰密碼體制(秘密密鑰體制)和非對稱密鑰密碼體制( 公開密鑰體制)。不可否認性是指發(fā)方和收方不可否認信息的發(fā)出和收到。在以卡識別技術(shù)為主的系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)需要選擇各種類型的讀卡器，也可以選用數(shù)字密碼鍵盤開鎖，常用于酒店、商場、公司、機關(guān)等公共場合。系統(tǒng)的控制主機可以是單片機也可以是PC機，系統(tǒng)組網(wǎng)情況下的拓撲結(jié)構(gòu)一般采用總線結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是節(jié)點接入方便、成本低、輕載時延時小、可靠性高等 [11][12]。（2） 系統(tǒng)的每個遠端控制器通過總線方式與控制中心實時聯(lián)系，記錄所有進出入人員的信息，包括人員姓名、進入時間和進入的門等，如請求進入的人員身份合法（即經(jīng)過控制中心授權(quán)），電鎖將打開；否則電鎖不會開啟 。這種方法費力又容易出錯，而且管理不嚴格。條碼成本最低，適于大量需求且數(shù)據(jù)不必更改的場合，例如用在商品包裝上?；谏漕l識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計10控制邏輯E E P R O M數(shù) 據(jù)解 調(diào)數(shù) 據(jù)解 調(diào)穩(wěn) 壓讀 寫模 塊控 制模 塊數(shù) 據(jù) 管 理 讀 寫 器 射 頻 卡V c c串 行 接 口圖 射頻識別系統(tǒng)原理圖 RFID同其它自動識別技術(shù)的比較隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，相繼涌現(xiàn)出多種自動識別技術(shù)，目前主要有：光符識別技術(shù)（OCR ）、磁字符識別技術(shù)（ MICR）、磁性條識別技術(shù)（MBR ）、機器視覺系統(tǒng)（ NIVS）、條碼識別技術(shù)、IC卡識別技術(shù)及射頻識別技術(shù)等。射頻卡進入這個區(qū)域時，接收到射頻讀寫模塊的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整○ 2流后給電容充電。永久性數(shù)據(jù)可以是射頻卡序列號，它是用來作為射頻卡的唯一身份標(biāo)識，不能更改；非永久性數(shù)據(jù)寫在E 2PROM等可重寫的存儲器內(nèi)，用以存儲用戶數(shù)據(jù)。 同樣，也可以得到天線的輸入基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計8圖 偶極子天線(a)偶極子天線；(b)折合振子天線；(c)變形偶極子天線阻抗、輸入回波損耗 S11 、阻抗帶寬和天線增益等等特性參數(shù)。高校教師碩士學(xué)位論文7LRU2C2RLUiCp圖 應(yīng)答器等效電路圖微帶貼片天線微帶貼片天線是由貼在帶有金屬地板的介質(zhì)基片上的輻射貼片導(dǎo)體所構(gòu)成的，見圖 。 線圈天線當(dāng) RFID 天線進入讀寫器產(chǎn)生的交變磁場中，RFID 天線與讀寫器天線之間的相互作用就類似于變壓器，兩者的線圈相當(dāng)于變壓器的初級線圈和次級線圈。一方面，無源的 RFID 卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了 RFID 卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式。與同期或早期的接觸式識別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別，因此它可實現(xiàn)多目標(biāo)識別、運動目標(biāo)識別。論述課題背景及其意義，探討目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和采用的技術(shù)；第 2 章 門禁系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。這些門禁系統(tǒng)大多可以同時控制多個門，可以實現(xiàn)多門監(jiān)控機制；對于○ 2很多企業(yè)，這些門禁系統(tǒng)同其他系統(tǒng)，如考勤系統(tǒng)集成，被做成企業(yè)“一卡通”系統(tǒng)，即員工可以憑一張卡來使用企業(yè)的多項非接觸式IC項目；可管理的人員多，像美國西屋門禁最多可同時管理一個10萬人的企業(yè)?！?3（2）在技術(shù)方面，中國目前也有很多廠家，仿制國外優(yōu)秀的門禁系統(tǒng)，主要的做法有兩種，第一種是購買國外的門禁系統(tǒng)配件，如讀寫器、門控器等，再對其進行二次軟硬件的設(shè)計。Philips 公司的 MifareIC 卡系列產(chǎn)品有三類： MifareStandard, Mifarelight, MifarePLUS（第一代）和 MifarePRO（第二代）。如美國的Northern Computer公司、CSI公司。它將時刻自動記錄人員的出入情況，限制內(nèi)部