【導(dǎo)讀】本文研究一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)。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。讀卡器主要由射頻。的EMC過(guò)濾器、接收電路以及天線匹配電路等構(gòu)成并設(shè)計(jì)優(yōu)化了天線耦合電路。過(guò)RS485接口與PC機(jī)組成通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)單片機(jī)的包看門狗、液晶顯示、數(shù)。據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等在內(nèi)的外圍模塊電路。采用模塊化軟件設(shè)計(jì)方法，根據(jù)MFRC500. 并建立一個(gè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)用戶信息。的通信采用串口通信，選用MAX232CPE芯片完成上、下位機(jī)之間的通信。

　　

【正文】 授權(quán)、門口監(jiān)控、人員考勤、出入數(shù)據(jù)等管理。當(dāng)有讀卡出入時(shí)，自動(dòng)將該卡片信息進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)合法后將該卡數(shù)據(jù)、使用者、當(dāng)前時(shí)間存入 進(jìn)出數(shù)據(jù)緩沖器內(nèi)，并發(fā)出開門指令，通過(guò)電源線傳送開門指令到電源端，電源啟動(dòng)繼電器切換電源內(nèi)部供電方向，使電鎖自動(dòng)打開，整個(gè)過(guò)程無(wú)須通過(guò)計(jì)算機(jī)，讀卡機(jī)即可自行完成。非法卡被禁止訪問(wèn)，出門時(shí)只要按動(dòng)出門按鈕， 電鎖自動(dòng)打開。當(dāng)非正?；虮┝﹂_門時(shí)，門磁輸出報(bào)警信號(hào)，將報(bào)警信號(hào)傳送到讀卡機(jī)內(nèi)，系統(tǒng)以彈出報(bào)警對(duì)話框提示報(bào)警。通過(guò)門禁系統(tǒng)軟件平臺(tái)對(duì)讀卡器設(shè)置出入管理功能后，進(jìn)出數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)處理可作為考勤數(shù)據(jù)。配件如下： 門禁電源可以采用 EA 公司 EA901 門禁專用電源，它可提供 DC12V3A 電源，帶一路電鎖驅(qū)動(dòng)接口、 延時(shí) 015 秒。 輸出電壓： DC12V。 輸出最大電流： 3A。 驅(qū)動(dòng)輸出： COM、 NC、 NO。 外形尺寸： 185mm x 80mm x 65mm。 電鎖的種類很多，使用 IBA 1555 電插鎖 ， 它可支持木門、玻璃門等。 輸入電壓： 12VDC。 輸入電流： 450 mA。 重量： 。 主要性能：通電上鎖，（斷電開鎖）。 外形尺寸： 200mm x 34mm x 30mm 。 出門開關(guān)一般使用 IBAK10 出門開關(guān)，它采用標(biāo)準(zhǔn)電工開關(guān)外型，按鍵是大板指甲按鍵靈敏度高。 讀卡器選擇 目前定義 RFID 產(chǎn) 品的工作頻率有低頻、高頻、和超高頻三種頻率范圍，不同頻段的 RFID 產(chǎn)品有不同的特性 [13]。 （從 125KHz 到 134KHz） 該頻段主要是通過(guò)電感耦合的方式進(jìn)行工作，也就是在讀寫器線圈和感應(yīng)器線圈件存在著變壓器耦合作用。通過(guò)讀寫器交變場(chǎng)的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的而典雅被蒸餾，可作供電電壓使用。磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義，但是場(chǎng)強(qiáng)下降的太快，且傳輸速率慢，價(jià)格高。 （工作頻率為 ） 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 23 在該頻率的感應(yīng)器不再需要線圈進(jìn)行繞制，可以通過(guò)腐蝕活著的方式制作天線。感應(yīng)器一般通過(guò)負(fù)載調(diào)制的方式 進(jìn)行工作。也就是通過(guò)感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。如果通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫器。它的感應(yīng)器一般是電子標(biāo)簽的形式，可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。傳輸速率高，價(jià)格合理。 3. 超高頻（工作頻率為 860MHz 到 960MHz） 超高頻系統(tǒng)通過(guò)電場(chǎng)來(lái)傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無(wú)源可達(dá) 10m 左右。這要是通過(guò)電容耦合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 目前 使用較多的是 ISO14443 協(xié)議，而 ISO15693 是對(duì)于 ISO14443 對(duì)應(yīng)于高頻范圍的一種協(xié)議。因?yàn)?ISO15693 疏耦合卡在高頻時(shí)讀取距離可達(dá) 1m，所以本系統(tǒng)采用基于ISO15693 協(xié)議的高頻讀寫器，它可以對(duì) 高頻電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀、寫、鎖操作 [14]。它的功能特點(diǎn)如下： ? 工作頻率： ? 閱讀距離： 610cm ? 電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)： ISO15693(TagIT HFI、 IcodeⅡ ) ? 對(duì)電子標(biāo)簽多個(gè)數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容進(jìn)行讀、寫、鎖操作 ? 具有防沖撞讀寫功能，最多可檢測(cè) 16 張電子標(biāo)簽 ? 具 有 RS23 RS48 多種通訊接口 它的卡結(jié)構(gòu)為 64 位 ID 號(hào)，共計(jì) 64 個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)塊都可讀，沒(méi)被鎖的快可寫。 串口通訊，默認(rèn)波特率為 19200bps， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位起始位， 1 位停止位，無(wú)校驗(yàn)。讀卡模塊引腳圖見圖 34 圖 讀卡模塊引腳圖 基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 第 4 章 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體程序流程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)一共有三種開門方式：按鈕、 PC 機(jī)指令、非接觸式 IC 卡。其中按鈕開門方式需要密碼。非接觸式 IC 卡開門方式是最主要的方式，這里主要對(duì)這種方式的系統(tǒng)工作流程進(jìn)行介紹。流程圖見圖 , 整個(gè)過(guò)程 中系統(tǒng)都與 PC機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 開 始開 機(jī) 響 鈴 三 次 ， 并 進(jìn) 行 初 始 化響 鈴 1 分 鐘 報(bào)警驗(yàn) 證 卡 的 權(quán) 限 和 時(shí) 間 權(quán) 限響 鈴 2 次 ， 并 開 門 ， 顯 示 系 統(tǒng) 信 息延 時(shí) 后 ， 自 動(dòng) 關(guān) 門有 感 應(yīng) 卡 ？權(quán) 限 滿 足NYNY 圖 系統(tǒng)感應(yīng)卡開門方式工作流程圖 射頻控制模塊 射頻控制模塊就是對(duì) MF RC500 的控制模塊，本部分是系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分。 （ 1） MF RC500 復(fù)位操作 在上電之后一定要對(duì) MF RC500 進(jìn)行復(fù)位操作， MF RC500 是高電平復(fù)位有效的，可以由ATmega16 的 I/O 口直接復(fù)位，要注意的是： ○1必須在 ATmega16 成功復(fù)位 150ms 以后，再對(duì) MF RC500 進(jìn)行復(fù)位操作； ○2復(fù)位高電平必 須保持 200us 以上。 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 25 ○3如果復(fù)位成功， MF RC500 內(nèi)部的 Command 寄存器的值為 0，如果不為 0，必須重新復(fù)位 。 （ 2）初始化 MF RC500 內(nèi)部寄存器 在復(fù)位成功后，再對(duì) MF RC500 的內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化，只有在正確的初始化之后，MF RC500 才能正常工作。 成功進(jìn)行上兩步操作之后， MF RC500 的引腳 TXl同引腳 TX2 之間有 左右的壓差。 （ 3）對(duì)非接觸式 IC卡進(jìn)行操作， MF RC500 支持 Mifare1 卡和 Mifarelight 卡，本系統(tǒng)采用的是 Mifare 1 卡。射頻模塊的工作流程見圖 ,對(duì) Mifare 1 卡的操作包括： ○1 請(qǐng)求操作 在成功復(fù)位和初始化之后， MF RC500 控制天線向工作范圍內(nèi)的卡進(jìn)行請(qǐng)求，請(qǐng)求有Request all 和 Request std 兩種，當(dāng)一張 Mifare 卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)，該卡片的 ATR 將啟動(dòng)，將卡片內(nèi)部數(shù)據(jù)塊 0 中的卡片類型（ TagType）號(hào)共 2個(gè)字節(jié)（ Mifare 1 卡的返回值為 00H、 08H），傳送給 MF RC500，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。 Request all 指令是非連續(xù)性的讀卡指令。只讀一次。但是當(dāng)某一次 Request all 指令讀卡失敗時(shí)，比如，卡片沒(méi)能通過(guò)密鑰認(rèn)證或其他原因而出錯(cuò)時(shí)， Request all 指令將連續(xù)地讀卡，直到讀卡成功才進(jìn)入非連續(xù)性的讀卡模式。 Request all 指令適用于那些需要有人工干預(yù)的場(chǎng)合。 Request std 指令的使用和 Request all 指令剛巧相反， Request std 指令是連續(xù)性的讀卡指令。當(dāng)某一張卡片在讀寫器天線的有效的工作范圍內(nèi)， Request std 指令在成功地讀取這一張卡片之后，進(jìn)入讀 寫器對(duì)卡片的其他操作。如果其他操作完成之后，程序員又將讀寫器進(jìn)入 Request std 指令操作，則 Request std 指令將連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作，而不管這張卡片是否被拿走。只要有一張卡片進(jìn)入天線的有效的工作范圍內(nèi)，Request std 指令將始終連續(xù)性地再次進(jìn)行讀卡操作 Request std 指令適用于那些不需要有人工干預(yù)的場(chǎng)合，即全自動(dòng)的場(chǎng)合。例如，賓館，酒店，高級(jí)寫字樓等場(chǎng)所的門禁控制系統(tǒng)（ Door Access Control）高速公路，停車場(chǎng)等的不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ NonStop Road Tolling），等等。要注意的是，對(duì)于收費(fèi)系統(tǒng)，在成功讀卡之后一定要使用 Halt 指令停止該卡，否則，卡上的值會(huì)全部被減掉。 基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 開 機(jī) 復(fù) 位有 碰 撞 ？通 過(guò) 驗(yàn) 證 ？初 始 化 M F R C 5 0 0請(qǐng) 求 操 作反 碰 撞 操 作選 擇 卡卡 的 數(shù) 據(jù) 操 作是否無(wú)有 圖 射頻模塊的工作流程圖 本系統(tǒng)采用 Request std 請(qǐng)求指令。在成功進(jìn)行請(qǐng)求操作后，系統(tǒng)就可進(jìn)行下一步操作。 ○2 反碰撞操作 如果有多張 Mifare 卡處在系統(tǒng)天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)， MFRC500 將保證一 次只與一張卡片進(jìn)行通信，取得該卡片的系列號(hào)。由于 Mifare 卡片每一張都具有其唯一的序列號(hào)，決不會(huì)相同，因此保證 MF RC500 一次只對(duì) 一張卡操作。該操作的返回值為卡的序列號(hào)。 ○3 卡的選擇操作 接下來(lái)的操作就是選擇某一張卡，此操作 MF RC500 得到返回值 80 H 。 ○4 密鑰認(rèn)證操作 在允許對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作之前，必須對(duì)卡進(jìn)行三輪密鑰認(rèn)證。首先，指定要 訪問(wèn)的區(qū)，并選擇密鑰 A或密鑰 B。本系統(tǒng)采用密鑰 A。在更改密鑰 A時(shí)要設(shè)置訪問(wèn)條件（如 表 ），注意，密鑰設(shè)置最好設(shè)成可逆的。 接著把用戶密碼加密，并加載到 MF RC500 的密鑰緩存中。接下來(lái)就是三輪密鑰認(rèn)證 。 表 卡 的訪問(wèn)條件 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 27 ○5卡的數(shù)據(jù)操作 在成功密鑰認(rèn)證之后，就可以對(duì)卡進(jìn)行讀、寫、增值、減值、存儲(chǔ)、傳送等操作了以上的每步操作都被寫成一個(gè)函數(shù)，最后在主函數(shù)中調(diào)用，這樣方便系統(tǒng)的升級(jí)并增強(qiáng)了程序的可讀性。 通訊模塊 整個(gè)通訊程序分為 3個(gè)部分：數(shù)據(jù)接收部分、命令執(zhí)行部分、數(shù)據(jù)發(fā)送部分。 ○1數(shù)據(jù)接收部分 數(shù)據(jù)接收程序主要接收一幀正確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤的判斷符合以下原則： 有一個(gè)字節(jié)偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)幀格式不正確，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。 數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)碼不正確，數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。 整個(gè)程序是在接收中斷服務(wù)程序中執(zhí)行的，見圖 。 訪問(wèn)位 有效命令 C13C23C33 讀，寫 C12C22C32 讀，寫，增，減，傳送，恢復(fù) C11C21C31 讀，寫，增，減，傳送，恢復(fù) C10C20C30 讀，寫，增，減，傳送，恢復(fù) 段 描述 3 區(qū)尾 2 數(shù)據(jù)段 1 數(shù)據(jù)段 0 數(shù)據(jù)段 基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 接 收 中 斷 開 始結(jié) 束 接 收 中 斷接 收 地 址 域 （ A 0 A 5 ）接 收 命 令 字 節(jié) （ C ）接 收 數(shù) 據(jù) 長(zhǎng) 度 字 節(jié) （ L )接 收 L 個(gè) 數(shù) 據(jù) （ D A T A ）置 接 收 幀 事 件 發(fā) 生 標(biāo) 志關(guān) 閉 接 收 中 斷接 收 是 幀 頭 嗎 ？接 收 是 前 導(dǎo) 字 節(jié) 嗎 ？接 收 是 幀 尾 嗎 ？接 收 校 驗(yàn) 字 正 確 嗎 ？接 收 是 幀 頭 嗎 ？NYNNYNYNY 圖 接收中斷服務(wù)程序 ○2命令執(zhí)行部分 這一部分是通訊主程 序執(zhí)行部分，見圖 ，是從機(jī)接收一幀正確數(shù)據(jù)后，通過(guò)地址域判斷 RS485 總線中主控器是否呼叫本從機(jī)，如果是廣播地址則所有接收到的從機(jī)都應(yīng)響應(yīng)命令，同時(shí)通過(guò)密碼的方式，可以設(shè)置權(quán)限，密碼和地址是保存在 E2PROM 中。 在地址和密碼判斷正確的時(shí)候，程序進(jìn)行命令譯碼，對(duì)要求的命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時(shí)如果要通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，應(yīng)準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)緩存器的內(nèi)容，啟動(dòng)發(fā)送程序，發(fā)送完畢時(shí)清除接收事件發(fā)生標(biāo)志。 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 29 接 收 幀 事 件 發(fā) 生 嗎 ？開 始程 序 初 始 化執(zhí) 行 其 他 命 令存 取 修 改 的 密 碼 ？置 發(fā) 送 緩 存 相 應(yīng) 數(shù)據(jù)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 幀清 除 接 收 事 件 幀 標(biāo)志結(jié) 束是 本 機(jī) 地 址 嗎 ？密 碼 修 改 命 令 嗎 ？其 他 命 令 嗎 ？ 密 碼 正 確 嗎 ？YNNYYNNYYN圖 命令執(zhí)行部分 ○3數(shù)據(jù)發(fā)送部分 本程序的數(shù)據(jù)發(fā)送部分是在主程序中執(zhí)行的，見圖 。 (4) 通信可靠性設(shè)計(jì)由于在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾，并且各讀寫器分布較遠(yuǎn)、數(shù)量較多，通信可靠性經(jīng)常得不到保證。本文從硬件和軟件兩方面就提高 RS485 總線通信可靠性提出些具體措施。 首先，從硬件上來(lái)說(shuō)。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中， PC 機(jī)和門禁系統(tǒng)一般相隔較遠(yuǎn)，通信線路比較長(zhǎng)，而各門禁系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一時(shí)刻完成，如果此時(shí)某個(gè)門禁系統(tǒng)基于射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 處于發(fā)送階段，將會(huì)占用 RS485 通信總線，這樣其他讀寫器就無(wú)法使用 RS485 通信總線與 PC機(jī)通 信。因?yàn)?ATmega16 初始化后，其 I/O 口處于狀態(tài) ‘139。 ，這樣 RS485 將處于發(fā)送狀態(tài)，這樣會(huì)占據(jù)整個(gè)總線。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)通信接口電路時(shí)，將 ATmega16的 經(jīng)過(guò)反向器后再接在 SP485R 上。當(dāng) RS485 總線處于空載狀態(tài)時(shí)， RS232/RS485轉(zhuǎn)換器上的發(fā)送器和所有門 發(fā) 送 程 序 開 始置 發(fā) 送 狀 態(tài)發(fā) 送 2 3 個(gè) 前 導(dǎo) 字 節(jié)發(fā) 送 地 址 域（ A 0 A 5 ）發(fā) 送 幀 頭發(fā) 送 幀 頭發(fā) 送 命 令 字 節(jié)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 長(zhǎng) 度 字 節(jié)發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 域發(fā) 送 校 驗(yàn) 字 節(jié)