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RFID技術(shù)下的門禁管理系統(tǒng)設(shè)計

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RFID技術(shù)下的門禁管理系統(tǒng)設(shè)計

摘要:為了對小區(qū)、賓館及其它公共場所的出入進(jìn)行有效的管理,設(shè)計一個功能強大的門禁管理系統(tǒng)是非常重要的。本設(shè)計采用無線射頻識別(rfid技術(shù),以市面上應(yīng)用廣泛的單片機為控制系統(tǒng)的核心,同時采用傳統(tǒng)的密碼輸入方式實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的控制。本控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能主要有通過讀取IC卡信息或輸入密碼開門、注冊新卡、修改密碼等。首先,系統(tǒng)讀取IC卡成功或輸入密碼正確,LCD12864就會顯示人員的信息,提示人員正常出入;其次,如果IC卡不能正常讀取或密碼輸入錯誤次數(shù)超過預(yù)設(shè)值,LCD12864就會顯示禁止出入,同時出發(fā)報警系統(tǒng);最后,門禁管理系統(tǒng)的控制部分可以對IC卡進(jìn)行注冊、密碼修改等。經(jīng)過實踐驗證,本系統(tǒng)操作簡單,能夠?qū)σ恍┕矆鏊白≌^(qū)進(jìn)行有效的出入管理,具有很大的實用價值。

關(guān)鍵詞:門禁;無線射頻識別;單片機;新卡注冊;密碼修改

1概述

RFID,即無線射頻識別技術(shù),也叫做RFID技術(shù),開始于二次世界大戰(zhàn),用于敵我雙方戰(zhàn)機的識別,是一種非接觸式的信息存取技術(shù),是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分[1]。基于RFID技術(shù)的門禁管理系統(tǒng),就是對住宅小區(qū)及各種公共場所進(jìn)行出入管理[2]。利用無線射頻技術(shù)RFID對門禁進(jìn)行管理,使用起來非常便捷,本設(shè)計結(jié)合當(dāng)今比較前沿的RFID技術(shù),為停車場、圖書館等創(chuàng)造一個和諧、安全、高效的門禁管理系統(tǒng),它順應(yīng)了當(dāng)今智能化城市的發(fā)展大趨勢,市場價值潛力巨大[3]。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

基于RFID技術(shù)的門禁管理系統(tǒng)設(shè)計主要由兩個部分組成,第一是用來對出入進(jìn)行管理的門禁控制部分,第二是防盜報警部分。門禁控制部分對出入管理采用兩種方式。第一種是刷卡,前提是該IC卡已經(jīng)被注冊,單片機對卡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,就可以觸發(fā)繼電器來實現(xiàn)開門操作。第二種是密碼輸入,當(dāng)IC卡未注冊或忘記帶卡時,可以通過輸入密碼的方式來開門,密碼輸入正確后,經(jīng)單片機處理,觸發(fā)繼電器,實現(xiàn)開門操作。防盜報警部分主要是當(dāng)有異常情況發(fā)生時,啟動報警裝置,并提醒管理人員,該人員不能正常出入,注意監(jiān)控客人房間的安全情況或其他場所出入系統(tǒng)故障。觸發(fā)報警裝置的條件是讀取了未經(jīng)注冊的卡或是密碼輸入錯誤次數(shù)超過了預(yù)設(shè)值。

3硬件系統(tǒng)設(shè)計

3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)設(shè)計由單片機控制最小系統(tǒng)、矩陣式鍵盤模塊、RFID射頻模塊、LCD12864液晶顯示模塊等組成。硬件系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2輸入部分當(dāng)門禁管理系統(tǒng)采用無線射頻識別(RFID)技術(shù)[4,5]時,出入管理最便捷的方式就是使用IC卡,節(jié)省出入人員的時間。如果出入人員忘記了攜帶IC卡,或是IC卡由于某種原因不能正常識別時,也可以采用密碼輸入的方式,我們在設(shè)計系統(tǒng)時設(shè)置了矩陣式鍵盤,可以方便的進(jìn)行密碼輸入。同時,在系統(tǒng)設(shè)計時門禁部分與防盜報警部分設(shè)置了初始化狀態(tài)值,讀卡或密碼輸入錯誤超過3次就會觸發(fā)報警系統(tǒng)。

3.3LCD12864液晶顯示部分

LCD12864液晶屏是用來對出入信息進(jìn)行顯示的。當(dāng)出入人員使用的IC卡未經(jīng)注冊,或是拿錯了IC卡時,LCD12864液晶屏上會顯示錯誤的信息,比如未注冊或卡錯誤等,提示出入人員該IC卡無效。如果刷卡無效超過3次,系統(tǒng)就會認(rèn)為該人員強行進(jìn)入或外出,從而觸發(fā)報警裝置,工作人員聽到報警后,會對相應(yīng)的情況進(jìn)行處理,保證停車場等車輛能正常出入,或是對惡意出入的情況進(jìn)行控制,保證賓館、旅館、住宅等場所的財產(chǎn)與人員安全。

3.4射頻模塊電路設(shè)計

射頻模塊采用的是RC522[6,7,8]這個模塊,它的頻率屬于低頻范圍,也就是14.56MHz,RC522無線射頻技術(shù)的主要原理就是調(diào)試與解調(diào),類似于路由器使用的技術(shù),使用的通信協(xié)議方式也是常用的,穩(wěn)定性好。信號的發(fā)送和接收都能很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,不會產(chǎn)生丟包等情況。RC522模塊工作原理主要有以下幾步:第一步,對RC522模塊進(jìn)行初始化操作;第二步尋找在頻率范圍內(nèi)的IC卡;第三步對尋找到的卡進(jìn)行防沖撞處理,選擇信號最強的卡;第四步對選擇好的卡,進(jìn)行密鑰驗證,如果符合要求,那就對該卡數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。

4軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件部分系統(tǒng)設(shè)計流程如圖2所示。軟件系統(tǒng)設(shè)計主要包括初始化設(shè)計、刷卡功能設(shè)計、密碼輸入設(shè)計、新卡注冊功能設(shè)計、密碼修改功能設(shè)計等。系統(tǒng)供電后,控制系統(tǒng)首先完成的工作就是初始化,主要包括單片機端口狀態(tài)的初始化、RC522初始化、LCD12864初始狀態(tài)的初始化等。初始化完成后,才能進(jìn)行其他的功能。

4.1RFID-RC522讀卡程序

RFID-RC522讀卡程序[9,10]首先是對卡進(jìn)行感應(yīng),然后讀取卡內(nèi)儲存的信息,對卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。系統(tǒng)供電后,在對RC522模塊進(jìn)行讀寫操作之前,首先要進(jìn)行模塊的初始化操作。工作過程為首先對卡進(jìn)行選擇,這時工作電壓要保持穩(wěn)定,在距離范圍之內(nèi)的卡,通過無線射頻的方式進(jìn)行選擇;先擇到卡之后,對卡的類型進(jìn)行判斷,也就是防沖撞處理,如果不會發(fā)生沖撞,說明該卡符合標(biāo)準(zhǔn),就對卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作,開始數(shù)據(jù)交換。特別需要注意的正在讀寫數(shù)據(jù)的時候不能把卡移開,因為感應(yīng)距離是有范圍的,卡太遠(yuǎn)了會不能正確讀寫。

4.2LCD12864液晶顯示程序

LCD12864的讀寫操作,主要包括兩部分。一個是讀寫命令,即把數(shù)據(jù)寫入到液晶的什么位置,以什么方式顯示等;第二部分是讀寫將要顯示的數(shù)據(jù)。在操作時,要先寫入控制命令,然后才能對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。

4.3注冊新卡程序

LCD12864設(shè)置了幾個不同的工作界面,供電并完成初始化后,會自動進(jìn)入第一個界面,這個界面將對該系統(tǒng)有哪些功能進(jìn)行顯示。顯示預(yù)設(shè)時間后,然后會自動切換到讀卡界面,這個界面可以通過讀卡或輸入密碼進(jìn)行出入操作。不同的界面可以通過按鍵進(jìn)行切換,對按鍵按下不同的次數(shù),將會對應(yīng)不同的工作界面。按下按鍵,切換到新卡注冊界面后,可以對新卡進(jìn)行注冊[11,12],注冊數(shù)據(jù)將保存在有記憶功能的EEPROM芯片里,比如該系統(tǒng)采用的是AT24C04,系統(tǒng)斷電后,數(shù)據(jù)也不會丟失。為了防止有人惡意注冊新卡,注冊新卡時要先對已經(jīng)注冊的卡進(jìn)行讀取,系統(tǒng)確認(rèn)后,才能注冊新卡,這樣對系統(tǒng)也是一種保護(hù)。

4.4密碼修改程序

繼續(xù)對按鍵按下不同的次數(shù),切換到密碼修改[13,14]界面。這個界面是當(dāng)用戶感覺之前的密碼時間太長不安全時,進(jìn)行修改密碼使用的。修改密碼前,首先輸入之前的密碼,輸入正確后,系統(tǒng)將提示輸入新的密碼,輸入新的密碼后,按下確認(rèn)鍵,新的密碼將會保存在EEPROM芯片里。然后切換到讀卡界面,驗證新密碼是否有效。

5系統(tǒng)仿真和調(diào)試

系統(tǒng)的基本信息顯示完成之后,系統(tǒng)將進(jìn)入到相應(yīng)的功能菜單顯示界面,系統(tǒng)功能有五大部分:(1)IC卡的讀卡功能,讀卡成功會顯示具體的人員信息;(2)密碼輸入功能;(3)防盜報警功能,如果讀卡或密碼輸入錯誤超過三次會觸發(fā)報警裝置進(jìn)行報警;(4)注冊新卡功能;(5)密碼修改功能。對系統(tǒng)進(jìn)行整體功能調(diào)試,保證系統(tǒng)在不同功能界面進(jìn)行切換都可以正常運行,先對五個單一功能進(jìn)行調(diào)試,然后在五個功能之間循環(huán)進(jìn)行切換,結(jié)果都能正常工作。

6結(jié)論

本設(shè)計可以對門禁進(jìn)行有效管理,也具備防盜報警功能,在一定程度上方便人員出入,還可以保護(hù)財產(chǎn)安全。用戶可以通過較為快捷的刷卡與密碼輸入操作實現(xiàn)出入,同時可以隨時注冊新卡、修改密碼等。該設(shè)計可以很好地滿足對門禁的管理,安全性方面有較大提高,具備一定的實用價值。

作者:周喜 王會珍 趙娟萍 單位:鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系