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        基于RFID 技術(shù)的門禁管理系統(tǒng)設(shè)計

        2021-01-22 07:46:28王會珍趙娟萍
        關(guān)鍵詞:讀卡IC卡密碼

        周 喜 王會珍 趙娟萍

        ( 鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系,河南 鄭州450121)

        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]?;赗FID技術(shù)的門禁管理系統(tǒng),就是對住宅小區(qū)及各種公共場所進行出入管理[2]。利用無線射頻技術(shù)RFID 對門禁進行管理,使用起來非常便捷,本設(shè)計結(jié)合當今比較前沿的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)。

        3.3 LCD12864 液晶顯示部分

        圖1 硬件系統(tǒng)設(shè)計圖

        LCD12864 液晶屏是用來對出入信息進行顯示的。當出入人員使用的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)就會認為該人員強行進入或外出,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行防沖撞處理,選擇信號最強的卡;第四步對選擇好的卡,進行密鑰驗證,如果符合要求,那就對該卡數(shù)據(jù)進行讀寫操作。

        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,才能進行其他的功能。

        圖2 軟件總體設(shè)計圖

        4.1 RFID-RC522 讀卡程序

        RFID-RC522 讀卡程序[9,10]首先是對卡進行感應(yīng),然后讀取卡內(nèi)儲存的信息,對卡上的數(shù)據(jù)進行讀寫操作。系統(tǒng)供電后,在對RC522 模塊進行讀寫操作之前,首先要進行模塊的初始化操作。工作過程為首先對卡進行選擇,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行選擇;先擇到卡之后,對卡的類型進行判斷,也就是防沖撞處理,如果不會發(fā)生沖撞,說明該卡符合標準,就對卡上的數(shù)據(jù)進行讀寫操作,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,卡太遠了會不能正確讀寫。

        4.2 LCD12864 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,會自動進入第一個界面,這個界面將對該系統(tǒng)有哪些功能進行顯示。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行出入操作。不同的界面可以通過按鍵進行切換,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)注冊的卡進行讀取,系統(tǒng)確認后,才能注冊新卡,這樣對系統(tǒng)也是一種保護。

        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。這個界面是當用戶感覺之前的密碼時間太長不安全時,進行修改密碼使用的。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)報警裝置進行報警;(4)注冊新卡功能;(5)密碼修改功能。對系統(tǒng)進行整體功能調(diào)試,保證系統(tǒng)在不同功能界面進行切換都可以正常運行,先對五個單一功能進行調(diào)試,然后在五個功能之間循環(huán)進行切換,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。

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