【正文】 PROM等可重寫的存儲器內(nèi)，用以存儲用戶數(shù)據(jù)。控制模塊完成接收、譯碼及執(zhí)行讀寫器的命令，控制讀寫數(shù)據(jù)，負責(zé)數(shù)據(jù)安全等功能。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。收 發(fā) 模 塊天 線天 線控 制 模 塊接 口 模 塊計 算 機存 儲 器控 制 模 塊收 發(fā) 模 塊數(shù) 據(jù)能 量射 頻 卡讀 寫 器圖 RFID 系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 為RFID系統(tǒng)的工作過程，這是一個無源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡工作的能量是由射頻讀寫模塊發(fā)出的射頻脈沖提供 [1113]。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。 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。 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。讀寫器發(fā)送的射頻信號除提供能量外，通常還提供時鐘信號，使數(shù)據(jù)同步，從而簡化了系統(tǒng)的設(shè)計?？刂七壿婨 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。首讀率是指當(dāng)對一組數(shù)據(jù)進行一次性識別時，其中一次性識別成功的概率，常用FRR表示。 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。而條碼、磁性條識別技術(shù)，IC卡識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)等識別技術(shù)現(xiàn)在使用的較為廣泛，它們都有各自的優(yōu)缺點及適于應(yīng)用的場合 [5][7][9] 。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。磁性條的成本也很低，但是容易被偽造，數(shù)據(jù)量小。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。表 幾種識別技術(shù)的區(qū)別信息載體信息量讀/寫性讀取方式保密性智能化環(huán)境適應(yīng)能力壽命ISO標準成本條碼紙、塑料薄膜、金屬表面小 只讀CCD 或激光束掃描差 無 差 較短有 最低磁性條磁性物質(zhì) 一般讀/寫電磁轉(zhuǎn)換一般無 較差短 有 低IC卡E2PROM 大 讀/寫電擦除 較好有 好 長 有，不全較高RFID 卡E2PROM 大 讀/寫無線通訊最好有 很好最長有 較高 門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理在工廠、學(xué)校、辦公室、商店、金融系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、住宅、賓館等多種場合，為了學(xué)習(xí)、工作、生活的安全和有效，需要進行封閉式管理。這種方法費力又容易出錯，而且管理不嚴格。非接觸式門禁系統(tǒng)采用個人識別卡方式工作。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)的另一優(yōu)點是可以隨時增加和刪除某一卡，而不必擔(dān)心某一卡丟失后造成什么損失 [8]。（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 。（4） 人員可以向控制中心申請權(quán)限，中心批準后可以使用該卡開指定的門。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。門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心。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]。讀寫器是使用者與系統(tǒng)的一個接口，它必須具有如下的基本功能。在本系統(tǒng)中的射頻讀寫芯片采用Philips公司的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]。電控鎖是門禁系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，有陽鎖、陰鎖之分。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。(1) 通訊安全和保密通信安全與保密是為了達到 IC 卡與讀寫設(shè)備進行信息交換過程中的有效與合法。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)。有效性是指 IC 卡和讀寫設(shè)備能區(qū)別當(dāng)前有效合法的信息與前次有效的信息；對于有效性的保證一般是在通信信息內(nèi)添加加密后的時間段信息。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，什么樣的認證方法及它們的安全強度如何等等，對于 IC 卡的安全性有著至關(guān)重要的影響。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?，然后通過解密過程將明文還原。完成加密和解密的算法稱為密碼體制。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)。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) 對稱密鑰密碼體制對稱密鑰密碼體制中加密密鑰和解密密鑰相同。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。加密算法與解密算法相同，分組的明文信息根據(jù)密鑰執(zhí)行一系列可逆的混亂與擴散算法。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。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。這樣，公開密鑰體系可以方便地解決上述兩個問題。它己被 ISO/TC97 的數(shù)據(jù)加密技術(shù)分委員會 SC20 推薦為公開密鑰數(shù)據(jù)加密標準。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)。實現(xiàn) RSA 算法需要解決兩個問題：如何確定 n,e ,d 三個密鑰。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。②產(chǎn)生加密密鑰 ee 是與 Ф(n)互素的任意數(shù)，因此可以先選擇一數(shù) e，檢查它是否與 Ф(n)互素，若不是，則執(zhí)行 e=e+1，再次檢查，直到與 Ф(n)互素為止。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)。第一次運算:40=28*1+12，即 40/28 的余數(shù)為 12。第三次運算:9=4*2+1，即 9/4 的余數(shù)為 1。上述算法即使對很大的整數(shù)，也只需要不多的步驟即可得到結(jié)果。設(shè): Ф(n)＝X(0), e＝X(1),Ф(n)和 d 是互素的數(shù)。Q(i)=X(i1)/X(i)的商(取整數(shù))。則: d(i+1)=d(i1)+q(i)*d(i)。下面以 p=5,q=17,e=19 為例，對密鑰。X(2) =X(0)/X(1)，X(2)=7。q(i)=X(i1)/X(i)，則 q(1)=3。X(4)=2 ，d(4)=10 。所以， 解密密鑰 d 的值為 27。通常選擇 P 和 q 大約是 100 位的十進制素數(shù)。 EDI(Electronic Data Interchange)標準使用的 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)。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。(3) p11 和 q11 分別含有素因子 p2 和 q2。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。 第 3 章 基于射頻識別的門禁系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求門禁系統(tǒng)作為一項先進的高科技技術(shù)防范手段，在早期，一些經(jīng)濟發(fā)達的國家就已經(jīng)應(yīng)用于科研、工業(yè)、博物館、酒館、商場、醫(yī)療監(jiān)護、銀行、監(jiān)獄等，特別是由于系統(tǒng)本身具有隱蔽性、及時性等特點，在許多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本設(shè)計為面向?qū)嶒炇夜芾淼男⌒烷T禁系統(tǒng)。如果片面追求系統(tǒng)的超前 性，勢必造成投資過大，離實際需求偏離太遠。一個完整的門禁系統(tǒng)是建筑整體形象的重要標志。門禁系統(tǒng)中的所有設(shè)備及配件在性能安全可靠運轉(zhuǎn)的同時，還應(yīng)符合中國 或國際有關(guān)的安全標準，并可在非理想環(huán)境下有效工作。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)的運轉(zhuǎn)真正做到 開電即可工作的程度。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。（2） 系統(tǒng)運行后的管理和維護費用少。 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]。4 位 開 關(guān)量 輸 入處 理 器A T 8 9 C 5 24 位 開 關(guān)量 輸 出E2P R O MM F R C 5 0 0天 線液 晶 屏R S 4 8 5總 線 接 口看 門 狗時 鐘P C 機進 / 出 門 磁 信 號兩 路 按 鈕 信 號鎖 觸 點鎖 驅(qū) 動 通 訊 燈工 作 燈圖 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)硬件模塊分析 射頻讀寫模塊分析從圖 可以看出系統(tǒng)最重要的部分是基于 MF RC500 的射頻讀寫模塊的設(shè)計。（1） 要求工作電壓穩(wěn)定，并且要在允許范圍內(nèi)(見表 )。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)機模式 800uA 1000uAIDVDD數(shù)字工作電流硬關(guān)機模式 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)機模式 1uA 10uAIAVDD模擬工作電流硬關(guān)機模式 1uA 10uAITVDD 發(fā)射器電流 發(fā)送連續(xù)波 150mA（3）在軟件設(shè)計時，必須嚴格遵循 MFRC500 的特有工作時序，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。（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。本系統(tǒng)采用看門狗芯片 x5045。 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。MCU采用 89C52，是因為89C52 開發(fā)簡單，運行穩(wěn)定。24C64是串口操作方式，是一種性價比較高的存儲芯片。時鐘芯片采用DS1302。為了防止系統(tǒng)“死機”，使用x5045作為看門狗。與上位機的通信采用RS485 通信模式，通信距離可以達到 1000m左右。由于7805的工作熱量很高，故在7805上安置一個散熱片。該讀卡IC系列利用了先進的調(diào)制和解調(diào)概念， MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。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)。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測( 奇偶amp。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法用于驗證MIFARE 系列產(chǎn)品。 RC500 與MCU的接口原理。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。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。 [10][23]。為了符合內(nèi)部電磁兼容性規(guī)則，、五次及五次以上的高階諧波必須適當(dāng)?shù)囊种?。低通濾波器包含元件L 0和C 0。 接收電路MF 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。為減少擾動，需用電容將 VMID 接地。此外，應(yīng)當(dāng)在天線線圈和電壓驅(qū)動之間使用串聯(lián)電容。該接收電路包含元件 R1， R2， C3 和 C4，其值由表 給出 [33]。 天線等效電路的決定 。該中央抽頭用來提高天線的電磁兼容性。天線天線AC aBR bL bC bL aR aBAL a n tC a n tR a n t圖