门禁系统,又称为出入口控制系统,是对重要区域或通道的出入口进行管理与控制的系统。目前,门禁系统的控制手段主要有:指纹识别、人脸识别、虹膜识别和射频卡等。前3种方式都属于生物识别技术,是以人体某部分的特征为识别载体和手段,其唯一性和不可复制性决定了其是最安全的身份验证方法,但其价格昂贵,难以普及,且涉及到个人隐私,只适用于高端和绝对机密的场所。
射频卡是无线射频技术和智能卡技术相结合的产物,其具有使用简单、维护方便等特点。
为了提高门禁系统的现代化管理和远程监控能力,介绍了一种基于Web技术的门禁系统。系统采用无线射频技术,当读写器的射频范围内出现非接触式IC卡时,读卡并将信息通过串口通信传送给服务器进行相关的数据处理,并构建了基于C/S模式的管理平台,管理员可通过Web网页对门禁控制器查询和控制,从而有效地实现在互联网的任何位置对信息的实时监控。
1、系统架构
系统采用非接触式IC卡,利用无线射频识别技术RFID(RadioFrequencyIdentification)检测IC卡,当IC卡靠近读写器时,读写器能准确地对其识别,并将其序列号发送给主控器和PC机,通过应用程序连接后台数据库获取与该卡号对应的用户信息。
若该卡已进行注册,则通过验证并通知控制器开门,并记录卡号和开门时间,反之则禁止通行并告知持卡人离开。
系统由电子标签、读写器、串口通讯、服务器和用户终端五部分组成。如图1所示。读写器是系统的核心,其通过射频信号与IC卡(电子标签)通信,完成读卡、存储和发送数据的工作,其可以独立工作,也可联网工作,文中采用RS232串口通信与服务器相连。
服务器和用户端之间采用C/S结构,应用软件与数据库SQLSERVER2000连接通过ADO对象实现,两者通过局域网实现互联。在系统管理员授予权限的情况下,用户均可以查询、统计、打印管理系统的所有相关记录。
2、硬件设计
2、1硬件总体设计
射频读写器是门禁系统的核心,由主控电路、射频读写电路、天线耦合电路和天线等电路组成,负责对射频信号的处理和数据的传输,完成对IC卡序列号读取的任务。
电子标签,即射频卡,由IC卡片、感应天线组成,封装在一个标准的PVC卡内,芯片及其天线无任何外露部分。卡片无需电源,在一定范围内靠近读写器时,通过天线的传递来完成数据的读写操作。本文选用Philips公司的Mifare1卡,该卡基于ISO14443TYPEA国际标准,每张卡具有全球唯一的序列号,具有防冲突功能。
天线的作用就是产生磁通量,为卡片提供电源,在读写器和卡片之间传送信息。天线的有效电磁场范围就是系统的有效工作区域。
读写芯片选取Philips生产的用于读写Mifare1卡的专用芯片MFR500,工作频率为13.56MHz。
主控器由AT89S52单片机及其外围电路组成,负责控制读写模块、与PC机间的串口通信和对外部设备的控制操作。其中单片机对读写模块的操作就是通过控制MFRC500来实现对Mifare1卡的操作。
它是单片机与IC卡之间数据传输的桥梁。
2、2射频电路设计
射频电路的核心是读写芯片MFRC500,它是单片机与IC卡之间数据传输的桥梁。其与单片机的连接。
单片机对读写芯片采用中断控制方式,中断控制口INT0与MFRC500的IRQ脚相连。MFRC500内部有64个寄存器,单片机通过往寄存器里写入控制命令来对其进行配置和操作,其中掉电检测引脚RSTPD连接单片机P2.0脚,NCS脚连接P2.7脚,NWR、NRD分别连接至单片机读写端口WR、RD脚,数据口D0~D7连接至单片机P0口石英晶体振荡器产生13.56MHz的工作频率,L1、L2、C5、C6构成的低通滤波器用于抑制晶振电路同时产生的高次谐波。接收电路由R1、R2、C3、C4组成,采用MFRC500内部产生的VNID电势作为RX脚的输入电势,为了减少干扰,VIND脚连接一电容C3到地,且必须在RX和VNID之间连接一个分压器(R1),最好还在天线线圈和反压器之间串连一个电容(C4)。为了获得更好的性能,在电路板布线时,这些元件应紧靠MFRC500芯片天线引脚RX、TX1、TX2。
2、3天线电路设计
为了获得稳定可靠的射频信号,天线的性能至关重要,其直接影响了读写器的作用距离和灵敏度。天线的性能与其品质因数Q有关,Q与天线的几何形状、大小、圈数等因素有关。
门禁系统设计的是近距离耦合式IC卡,天线制作选用PCB天线,即直接在PCB板上制作天线电路板,该法稳定性较好。
天线连接到读写芯片时,需要外加匹配电路。系统对天线进行了大致估算,并通过改变匹配电路的电容值,以达到最佳的读写距离。
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