楊 奇

（沈陽師范大學(xué),遼寧 沈陽 110034）

1 引言

如今，人們非常關(guān)注安全問題。電子鎖被應(yīng)用于很多場所，由于其具有很高的安全性的需求，因此有必要對此類技術(shù)進行深入探索。通過對智能門禁系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)有特征的分析，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的智能門禁系統(tǒng)存在以下問題。

（1）早期的進入控制系統(tǒng)使用不便。在使用的時候需要人們用手打開，但是當(dāng)人們騰不出手時，就會帶來很多麻煩。

（2）鍵盤式的門禁對使用人員的要求比較低，但現(xiàn)在的技術(shù)比較輕易就能破解密碼，安全系數(shù)低，而且人們總是容易忘記密碼。

（3）感應(yīng)控制的輸入機比較容易被損壞，門卡也容易丟失。

（4）大部分區(qū)域都利用了智能門禁系統(tǒng)，但過度依賴外在系統(tǒng)進行解鎖，會造成人們對每個物品的相應(yīng)智能門禁產(chǎn)生混亂。

（5）入口控制系統(tǒng)需要長期處于運行狀態(tài)，因此，如果沒有良好的熱分配系統(tǒng)，就容易影響使用。

針對上述情況，結(jié)合目前的高新科技，可以開發(fā)出具有廣闊市場前景的、智能的、安全性高的、消耗小的，適合進行遠程監(jiān)控的門禁系統(tǒng)。

2 RFID技術(shù)的含義

RFID（radio frequency identification）技術(shù)，又叫作無線射頻識別，它是一種通信科技，通過使用無線電信號識別某種目標來獲取和輸入相關(guān)信息。本文利用RFID技術(shù)來對智能門禁系統(tǒng)進行研究[1]。

3 基于 RFID 技術(shù)智能門禁系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1 門禁設(shè)計遵循的原則

進入控制科技是一種高度發(fā)展的高科技，所以它非常流行，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如某些高端住宅區(qū)、旅館和辦公樓。但是，使用智能門禁系統(tǒng)時，還應(yīng)遵循以下一些規(guī)則。

（1）適配性?；诂F(xiàn)實的智能門禁系統(tǒng)，要能真正起到方便人們的作用。因此，需要考慮到人們的使用感受。

（2）穩(wěn)定性。由于智能門禁系統(tǒng)需要長時間處于工作狀態(tài)，并且系統(tǒng)的功能運作關(guān)乎人們的生活，一旦發(fā)生事故，將帶來嚴重的后果。所以對其穩(wěn)定性提出了很高的要求，在設(shè)計時必須重點考慮這一點。

（3）安全性。連接到智能門禁系統(tǒng)的所有零件和組件必須非常安全穩(wěn)定，在生產(chǎn)過程中還需要符合我國有關(guān)的安全標準、通信協(xié)議和國際水準。另外，智能門禁系統(tǒng)還必須保證在智能門禁系統(tǒng)的操作期間信息的傳輸，并且可以很好地保護用戶和一些相關(guān)數(shù)據(jù)的使用安全性。

（4）實時性。當(dāng)門禁體系在運行狀態(tài)時，有時一個組件出現(xiàn)問題就會導(dǎo)致系統(tǒng)運行發(fā)生中斷，并降低整個體系的運行速度，從而造成嚴重的不良后果。[2]因此，工程師和設(shè)計人員應(yīng)重點關(guān)注此問題，以保證各部分獨立運行，出現(xiàn)錯誤時不會影響其他部分，并保證在相互獨立的情況下所有信息資料都可以準確無誤進行傳送。

（5）擴展性。智能門禁系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，用戶的需求也在不斷提升，已經(jīng)不再局限于現(xiàn)有功能，因此，有必要繼續(xù)將智能門禁系統(tǒng)的功能進行拓展。根據(jù)客戶要求，進行一些新的探索，更新或開發(fā)更多性能。

（6）合理性。在客戶對智能門禁系統(tǒng)等的質(zhì)量和功能都認可的情況下，還需要維護和更新各種系統(tǒng)設(shè)置以降低使用費用。

（7）易于維護。進入門禁系統(tǒng)必須平穩(wěn)運行，整個系統(tǒng)不能過于冗雜，否則不利于技術(shù)人員進行日常維修，因此，設(shè)計人員應(yīng)考慮到這一方面的問題。

3.2 門禁設(shè)計實現(xiàn)的功能

智能門禁系統(tǒng)處理基礎(chǔ)的安全功能以及系統(tǒng)管理功能。該系統(tǒng)主要負責(zé)注冊人員的進出記錄。每個用戶都擁有自己的門禁卡，也可以在系統(tǒng)上刪除或取消這些卡。另外，該系統(tǒng)還具有以下性能。

（1）用戶在出入期間應(yīng)只使用門禁卡，無任何其他幫助。

（2）只有被授權(quán)過的人員可以使用該門禁系統(tǒng)，為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)和環(huán)境。

（3）系統(tǒng)管理人員可以通過計算機對出入情況進行隨時監(jiān)視、請求和計算，并查看每個門的狀態(tài)和監(jiān)控每個門的運行情況，如出入時間、人員信息等。

（4）系統(tǒng)可以保存全部人員的使用狀況，以及每個門的進入和退出數(shù)據(jù)以及狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些信息存檔便于將來查詢。

（5）緊急狀態(tài)下，如出錯或是有不合法的干擾，此系統(tǒng)會自動發(fā)出警報。

（6）火災(zāi)時，按下制動緊急按鈕可以打開所有門，為內(nèi)部人員提供逃生通道。

3.3 設(shè)計方案

本研究使用單片機STC89C52作為基礎(chǔ)，還有一些外圍電路，如射頻辨別板塊、噪聲警報板塊、鍵盤輸進板塊、液晶屏幕展示板塊和電平轉(zhuǎn)化板塊。該項目的實質(zhì)是使用射頻卡作為進入允許證明。打開微控制器，辨別門卡，若門卡正確，則繼電器將關(guān)閉，并且燈會點亮，屏幕上將出現(xiàn)表示打開的字樣“Open”。反之，不正確的門卡將造成繼電器無法關(guān)閉，并使蜂鳴器執(zhí)行警報動作。此時，屏幕顯示單詞表示錯誤。圖1為系統(tǒng)的框架圖。

4 硬件設(shè)計

4.1 單片機模塊

圖1 系統(tǒng)框圖

單片機STC89C52是由宏晶科技開發(fā)的高性能且低功耗的單片機。盡管它是最新的產(chǎn)品，但也符合傳統(tǒng)的微控制器指令，并且有12時鐘/6時鐘機械周期這兩個選項。

作為加強型的8051單片機，有12時鐘/6時鐘機械周期能夠任意轉(zhuǎn)換，完美包容傳統(tǒng)的型號為8051的單片機命令。

表1為單片機STC89C52的主要特征。

單片機主要電路包括：電源端口是一個USB接口，由一個六角形開關(guān)和一個電阻操作，電源指示燈是一個LED，它們共同構(gòu)成了電源電路；STC89C52的工作電壓約為5V，因此，在進行電路連接前，必須用萬用表測量出正負極。本實驗不需要使用其他兩個具有單個芯片的微型計算機引腳。

表1 單片機STC89C52的主要特征

4.2 RFID識別模塊

該系統(tǒng)采用MFRC522射頻板塊插卡滑動操作。MFRC522是在13.56MHz非碰觸卡讀寫芯片上利用的板塊類別，而且也能兼容回應(yīng)器信號。CRYPTO1加密算法也可以用于測試Mifare系列。Mifare系列高速非接觸式通信也可以在MFRC522上實現(xiàn)，而且可以實現(xiàn)424 kbit/s。盡管MFRC522作為一個新的產(chǎn)品，但它與MFRC530很像。SPI模式幫助它與主機進行聯(lián)系,并能減小PCB板的大小，以實現(xiàn)成本降低。

4.3 報警模塊

蜂鳴器是一個整體結(jié)構(gòu)，由于其電源恒定，電子產(chǎn)品一般都會使用到它。比如我們常用的手機和電腦等。壓電和電磁是兩種類型的蜂鳴器。一般用“H”和“HA”標識。壓電蜂鳴器由多諧振蕩器、壓電噪聲片、電阻矩陣和其他部分一起組成。

多諧振蕩器是一種由2個或多個電子電路和設(shè)備組成的電子儀器，可輸出電波。它必須與直流電源相連，電壓在1.5～15V，盡量穩(wěn)定。它可產(chǎn)生1.5～2.5kHz 的頻率，可以與其他一些組件一起使用，以達到壓電蜂鳴器的發(fā)聲目的。

壓電噪聲片可以由鋯酸鉛陶瓷材料或壓電鎂粉制成。電磁蜂鳴器電磁噪聲由振動器、磁線圈、磁體、振動膜片和外殼構(gòu)成。

接觸電源插座后，振蕩器將產(chǎn)生電波和一些別的信息，并且電波還將出現(xiàn)在儀器兩端的繞組中，電磁線圈和磁鐵也將混合以產(chǎn)生線圈的磁場。

三極管蜂鳴器和限流電阻器的組合可形成其驅(qū)動電路。因為蜂鳴器有聲音裝置，如果要使其發(fā)聲，可以在原始材料上在兩側(cè)添加DC和方波。

關(guān)于蜂鳴器聲音的停止，主要受到晶體管Q1的影響，當(dāng)然也受基極電平的一定影響。如果底座較低，則將導(dǎo)致電子管順暢，并且會發(fā)出聲音。如果過高，內(nèi)管會發(fā)生阻塞，聲音則停止。

5 軟件設(shè)計

5.1 通信協(xié)議

RFID通信協(xié)議射頻標簽和讀卡器通過非接觸式信息通信來交流信息和數(shù)據(jù)。在該智能門禁系統(tǒng)中，通過雙向無線通信性能完成了帶有RFID的信息傳輸。

（1）編碼形式。射頻設(shè)備和讀卡器選擇半雙工通信，可以讓兩者進行信息傳輸。射頻識別利用PWM進行編碼，也稱為脈沖寬度調(diào)制編碼。在此輸入控制系統(tǒng)中，將自動生成PWM信號。在編程流程中，使用三位符號來達到編碼目的。三位符號分別表示開始符號、信息符號和停止符號。

（2）數(shù)據(jù)格式。智能門禁的控制器和射頻卡類型的信息的傳輸必須首先執(zhí)行協(xié)議的制定。數(shù)據(jù)幀是一個比較抽象的定義，是整個信息傳遞中的最小單位。它適用于傳輸對兩者都有意義的連續(xù)數(shù)據(jù)集。根據(jù)它的作用，也可以分為命令幀、數(shù)據(jù)幀等。它們的功能分別是傳輸指令、地址和信息。通常，所存儲的射頻標簽數(shù)據(jù)是集成的。

5.2 程序流程圖

5.2.1 主程序流程圖

圖2表示了主程序的構(gòu)造。開機后，首先，開始初始化操作，并檢測是否正在尋找工作狀態(tài)的卡。若要查找不處于休眠狀態(tài)的卡，則該卡可以防止碰撞并開始使用。其次，檢查密碼是否準確。若準確，則可以打開門鎖，否則，將提醒該卡無效并發(fā)出警報。

5.2.2 顯示模塊

LCD12864液晶展示板塊是此設(shè)計中使用的展示屏，這是一個比較全面的蒸發(fā)器，可以通過發(fā)指令來指導(dǎo)它進行工作。該板塊具有一個包含含義字母的庫和一個處理器，并具有自己的指令，用戶僅需按照手冊中的說明使用即可，而且由于其內(nèi)涵庫，用戶還可以省去設(shè)計字體的時間。

圖2 主程序流程圖

6 結(jié)論

使用RFID科技的輸入控制系統(tǒng)的控制板塊是STC89C52的單片機，將系統(tǒng)射頻板塊作為識別板塊，而且在蜂鳴器的幫助下有一個警報電路。所有字體將顯示在LCD 12864上。體系由5伏的直流電來進行供電。此設(shè)計更簡潔，僅用作一個控件。

但是該體系還有一些其他作用，如使用密碼和指紋來解鎖智能門禁系統(tǒng)，或是現(xiàn)在比較普及的人臉識別。這些功能部件安裝繁雜且生產(chǎn)成本也比較高。