【正文】 ..................................................39 門禁控制電路 ...............................................................................................40高校在職碩士論文V第 4 章 基于射頻識別的門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................................42 系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計(jì) ........................................................................................42 軟件設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)語言選擇 .................................................................42 系統(tǒng)總體程序流程設(shè)計(jì) .............................................................................42 系統(tǒng)軟件模塊化設(shè)計(jì) ........................................................................................42 射頻控制模塊 .............................................................................................43 看門狗模塊 .................................................................................................46 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 .............................................................................................46 通訊模塊 .....................................................................................................48 模塊子程序編譯調(diào)試 ........................................................................................54 實(shí)驗(yàn)樣機(jī) ............................................................................................................56總結(jié)與展望 ..................................................................................................................58參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................60附錄 A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文 ............................................................................63附錄 B 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目 ....................................................................64附錄 C 部分電路圖 ....................................................................................................65附錄 D 模塊程序 ........................................................................................................68致謝 ..............................................................................................................................85高校教師碩士學(xué)位論文1第 1 章 緒論 課題背景及意義射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，作為條形碼的無線版本，RFID 技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。為了適應(yīng)信息時(shí)代的需要，保證建筑內(nèi)部的安全性，滿足用戶當(dāng)時(shí)的各種需求，門禁系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文研究的基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)就是這樣的一種系統(tǒng) [1]。智能建筑通過對四個(gè)基本元素，即結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理進(jìn)行最優(yōu)化的考慮，從而為用戶提供一個(gè)高效和高經(jīng)濟(jì)效益的工作環(huán)境。門禁系統(tǒng)屬于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，具有對門戶出入控制，保安防盜，報(bào)警等多種功能，它主要方便內(nèi)部員工或住戶出入，杜絕外來人員隨意出入，既方便了內(nèi)部管理，又增強(qiáng)了內(nèi)部的保安。它將時(shí)刻自動(dòng)記錄人員的出入情況，限制內(nèi)部人員的出入?yún)^(qū)域，出入時(shí)間，禮貌的拒絕不速之客。智能建筑的推廣，建立連網(wǎng)門禁系統(tǒng)也成為一種趨勢，門禁系統(tǒng)將有更廣闊的發(fā)展空間。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(bào)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(dòng)控制等多種控制功能?；谏漕l識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀1．國外研究現(xiàn)狀目前，歐美門禁系統(tǒng)市場正逐漸進(jìn)入成熟階段，其產(chǎn)業(yè)的分工已進(jìn)人細(xì)分階段，生產(chǎn)卡和讀卡器的廠家就只生產(chǎn)卡和讀卡器，如美國的HID公司、Hldala公司、德國的Destele公司。如美國的Northern Computer公司、CSI公司。正是由于市場的不斷成熟，人們在普遍接受門禁系統(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)。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。當(dāng)今世界上非接觸式 IC 卡主流產(chǎn)品是 Philips 公司的 Mifare 技術(shù)，己經(jīng)被制定為國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC14443 Type A 標(biāo)準(zhǔn)。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）。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]。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。美國德州儀器公司（TI 公司）的 ID 卡是一種低頻只讀卡，內(nèi)部有 8 字節(jié)（64 位）ID 號碼，已經(jīng)應(yīng)用在門禁考勤系統(tǒng) [20]。○ 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(jìn)行二次軟硬件的設(shè)計(jì)。第二種方法是，除了核心芯片購?fù)?，其余部件都是對國外?yōu)質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行研制。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。由于其門禁系統(tǒng)的部件大多采用國外先進(jìn)集成電子工藝和原材料制造，○ 1因此其性能很高。這些門禁系統(tǒng)大多可以同時(shí)控制多個(gè)門，可以實(shí)現(xiàn)多門監(jiān)控機(jī)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(xiàng)非接觸式IC項(xiàng)目；可管理的人員多，像美國西屋門禁最多可同時(shí)管理一個(gè)10萬人的企業(yè)。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。比如在天線設(shè)計(jì)時(shí)要么就是參照國外公司的資料，要么就是通過實(shí)驗(yàn)對天線的參數(shù)進(jìn)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。基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4 本文主要研究內(nèi)容本文針對國內(nèi)目前的市場需求情況，研發(fā)了一套基于 RFID 的門禁系統(tǒng)，論文在探討了基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)基礎(chǔ)上，研究射頻天線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 RS485 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，給出制作射頻識別 IC 讀卡器的電路原理圖和 PCB 板，設(shè)計(jì)主程序流程圖和模塊子程序，并進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，完成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制工作。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)。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。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(xiàng)識別技術(shù)。應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)前的RFID 系統(tǒng)有很多工作頻段，包括了低頻、高頻和超高頻段。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(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識別、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識別?？傊琑FID系統(tǒng)可在更廣泛的場合中應(yīng)用 [1][2] 。 其中，讀寫器一般作為計(jì)算機(jī)終端 ,用來實(shí)現(xiàn)對 RFID 卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲(chǔ)，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。讀寫器計(jì)算機(jī)射頻前端邏輯控制存儲(chǔ)器應(yīng)答器圖 射頻識別系統(tǒng)原理圖RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原理是 RFID 卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6射頻前端電路檢得數(shù)字信號送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理，所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器。一方面，無源的 RFID 卡芯片要啟動(dòng)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。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。 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。而 1m 以上遠(yuǎn)距離的應(yīng)用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的 RFID 天線，它們工作在高頻及微波頻段。 線圈天線當(dāng) RFID 天線進(jìn)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。??聯(lián)等效電容)。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。某些應(yīng)用要求 RFID 天線線圈外形很小，且需一定的工作距離，如用于動(dòng)物識別的 RFID。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 。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。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(jì)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(jìn)制數(shù)據(jù)中的‘1’和‘0’進(jìn)行編碼。偶極子天線及其演化形式見圖 ，其中偶極子天線由兩段同樣粗細(xì)和等長的直導(dǎo)線排成一條直線構(gòu)成，信號從中間的兩個(gè)端點(diǎn)饋入，在偶極子的兩臂上將產(chǎn)生一定的電流分布，這種電流分布就在天線周圍空間激發(fā)起電磁場。 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(jì)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)。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。 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。射頻卡中有存儲(chǔ)器，內(nèi)存容量為幾個(gè)比特到幾十千比特。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