重慶第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)系 王茂林 李 志 張楊奎重慶江津第二中學(xué) 羅青青

一種基于NFC的智能門禁系統(tǒng)

重慶第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)系 王茂林 李 志 張楊奎重慶江津第二中學(xué) 羅青青

隨著NFC技術(shù)的發(fā)展和APP的廣泛應(yīng)用，提出了一種新的智能門禁系統(tǒng)。通過(guò)NFC短距離技術(shù)識(shí)別唯一用戶ID，將用戶ID通過(guò)社區(qū)局網(wǎng)連接到后臺(tái)云服務(wù)器中進(jìn)行客戶ID安全識(shí)別。解決傳統(tǒng)門禁非接觸式刷卡系統(tǒng)卡片容易丟失、安全性能較低、攜帶不方便的問(wèn)題。

RFID；Zigbee；幼兒園

0 引言

NFC(近場(chǎng)無(wú)線通信技術(shù))伴隨RFID射頻技術(shù)演變而來(lái)，目前跟WIFI、藍(lán)牙、ZIGBEE等技術(shù)成為主流的無(wú)線通信技術(shù)之一。該技術(shù)兼容無(wú)線智能卡ISO14443標(biāo)準(zhǔn)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于10厘米距離內(nèi)[1-3]。將其引入到門禁系統(tǒng)中，對(duì)用戶會(huì)帶來(lái)更加方便快捷的體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)工作原理：

NFC門禁系統(tǒng)如圖1所示主要由主控制系統(tǒng)、電動(dòng)門鎖、NFC讀卡器監(jiān)控終端和后臺(tái)云服務(wù)器組成。

圖1 NFC智能門禁的總體框架圖

在整個(gè)系統(tǒng)中，門禁主控制系統(tǒng)控制通過(guò)RFID掃面識(shí)別手機(jī)終端，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，驗(yàn)證并獲取用戶信息。獲取信息后通過(guò)485的總線，采用Modbus-RTU協(xié)議將各個(gè)門禁的用戶信息上傳給控制PC機(jī)上，PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)備份到云端，并做數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)驗(yàn)證，將驗(yàn)證結(jié)果返回給電腦，然后電腦通過(guò)485總線發(fā)送開門信息給門禁主系統(tǒng)。

工作原理：通過(guò)NFC讀卡器識(shí)別手機(jī)終端的ID號(hào)，然后通過(guò)RS485總線發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到后臺(tái)云服務(wù)器，云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并完成數(shù)據(jù)校驗(yàn)，將校驗(yàn)結(jié)果發(fā)回PC機(jī)，PC機(jī)通過(guò)RS485總線發(fā)送給讀卡器，控制讀卡器進(jìn)行開鎖。

2 系統(tǒng)組成

2.1 NFC讀卡器

主控制芯片由STM32F103，是一款成本低廉、功耗低、性能高比的ARM Cortex-M3內(nèi)核單片機(jī)基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器512K 片內(nèi)FLASH（相當(dāng)于硬盤），64K片內(nèi)RAM擁有3路SPI接口，2路I2S 接口，2路I2C接口，5路USART。主控制器通過(guò)串口和NFC讀卡芯片PN532連接，PN532是一個(gè)高度集成的ISO14443A讀寫芯片，數(shù)據(jù)通信采用串口指令的形式[4-7]。

2.2 RS485電路和液晶顯示

美信半導(dǎo)體公司提供的MAX13085型號(hào)的485串口信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片。液晶顯示采用LCD6100的彩色顯示屏，圖形驅(qū)動(dòng)芯片為Philips公司的PCF8833，132*132像素、RGB顏色位數(shù)、3.3 V工作電壓和9位SPI串行接口[8]。

2.3 后臺(tái)云服務(wù)器

WEB服務(wù)器擇采用目前最為成熟的Apache+PHP+Mysql的組合來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Browser/Server/Database的3層體系結(jié)構(gòu)，利用Mysql實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，利用PC客戶端作為客戶端。主要記錄客戶的開門時(shí)間、建立客戶賬戶有效時(shí)間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示，系統(tǒng)上電后，進(jìn)行喂狗處理，防止程序軟件死機(jī)，能夠利用軟件實(shí)現(xiàn)程序復(fù)位，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行。完成后同上位機(jī)進(jìn)行485通信協(xié)議的處理，保持通信的連接。進(jìn)入刷卡處理程序，如果刷卡成功進(jìn)入顯示刷卡信息部分，同時(shí)通過(guò)485發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)，等待上位機(jī)驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后執(zhí)行對(duì)門鎖的開關(guān)控制。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能門禁的刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以STM32F103單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，控制PN532芯片進(jìn)行刷卡處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全驗(yàn)證以及上傳，解決了傳統(tǒng)刷卡系統(tǒng)容易丟失、安全性能較差等問(wèn)題。

[1]李波,劉震宇,謝勝利等.RFID在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J].電腦與電信,2006(7):16-23.

[2]Klaus Finkenzeller.射頻識(shí)別技術(shù)(第3版)[M].北京:電了工業(yè)出版社,2006:32-38.

[3]朱軼,土剛,土洪金等.13.56MHz RFID閱讀器天線的設(shè)計(jì)[J].微波學(xué)報(bào),2008:24(5):22-260.

[4]劉希若.無(wú)線門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技廣場(chǎng),2007(7):33-40.

[5]J.Noll,J.Carlos,L.Calvet,K.Myksvoll.Admittance Services through Mobile Phone Short Messages[C].UniK,Telenor R&D,Norway. IEEE,2006.

[6]Yoon Deuk Seo,Jin Ho Ahn.Efficient NFC Tagging Pattern-Based Contents Recommendation for Museum Viewers[J].Scientific. Net,2012,12:2876-2880.

[7]張妍.2.45GHz手持式RFID讀卡器的研究與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2007.

[8]李滿玲.基于云服務(wù)的NFC門禁監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,35(2):101-104．

王茂林（1992—），男，重慶永川人，大學(xué)本科，研究方向：嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)工程。

重慶第二師范學(xué)院市級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“智能門禁系統(tǒng)的研制”（201514388376）；重慶第二師范學(xué)院校級(jí)青年項(xiàng)目“一種壓電功能的幼兒園監(jiān)控穿戴系統(tǒng)”（KY201544C)。

張楊奎（1994—），男，重慶人，大學(xué)本科，研究方向：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

羅青青【通訊作者】（1987—），女，重慶人，大學(xué)本科，研究方向：地理信息技術(shù)。