徐義照，辛政華

（1.宿州學院 智能信息處理實驗室，安徽 宿州 234000；2.宿州學院 信息工程學院，安徽 宿州 234000）

0 引 言

射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過無線電信號識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于生活中，常見的身份證和校園卡就使用了這種技術(shù)。作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有更多的優(yōu)點，如使用壽命長、安全性高、抗污染；相比于條形碼RFID標簽，其可以對內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行修改，它的應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。同時，經(jīng)濟水平的高速發(fā)展讓人們越來越關(guān)心建筑內(nèi)部的安全性，門禁系統(tǒng)應(yīng)運而生。門禁系統(tǒng)集電腦技術(shù)、電子技術(shù)、機械技術(shù)、磁電技術(shù)和射頻識別技術(shù)于一體，使卡與鎖之間實現(xiàn)完整“對話”功能，從通過鑰匙開門過渡到現(xiàn)在的非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)。非接觸式門禁系統(tǒng)采用個人識別卡方式工作，給每個有權(quán)進入的人發(fā)一張個人識別卡相當于一把鑰匙，系統(tǒng)根據(jù)該卡的卡號和當前時間等信息判斷該卡持有人是否可以進出。本文結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（通過WiFi實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的傳輸）、物聯(lián)網(wǎng)射頻識別技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、手機APP開發(fā)技術(shù)等開發(fā)了一套基于RFID的遠程授權(quán)門禁系統(tǒng)。

1 射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要是由兩部分組成：讀寫器和射頻卡。

圖1 RFID系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)

讀寫器同RFID卡之間通過無線方式通信，因此它們都有無線收發(fā)模塊及天線（或感應(yīng)線圈）。RFID卡中有存儲器，可以存儲永久性數(shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。按照標簽內(nèi)電池的有無可以分為有源標簽和無源標簽，有源標簽內(nèi)置天線和電池，無源標簽所需要的工作能量主要從讀寫器發(fā)出的射頻波束中獲得。以微處理器為核心部件的控制模塊主要執(zhí)行功能包括：與計算機通信，上傳標簽數(shù)據(jù)；在標簽識別后與標簽進行數(shù)據(jù)交換；對信號進行編碼和解碼，等等。計算機的功能是向讀寫器發(fā)送指令，并與讀寫器之間進行數(shù)據(jù)交換。

2 身份認證系統(tǒng)的設(shè)計

智能門禁身份認證系統(tǒng)的設(shè)計框架如圖2所示，其中主要包括RFID標簽識別讀寫模塊、主控分析模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、響應(yīng)模塊。

圖2 身份認證系統(tǒng)設(shè)計框架

RFID標簽識別讀寫模塊：由RFID標簽、天線以及NFC模塊構(gòu)成。當NFC模塊經(jīng)供電產(chǎn)生RF場，通過其天線發(fā)送一定頻率的射頻信號；當標簽進入磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，向解讀器（NFC模塊+天線）發(fā)送自身編碼等信息；解讀器接收到信息并解碼后發(fā)送給主控分析模塊。

主控分析模塊：接收NFC模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)并進行分析處理；通過WiFi模塊把讀取的卡號和信息發(fā)送給手機端，手機端會通過接收到的卡號判斷是否為“允許”卡，并記錄卡號信息和通知管理員。同時主控Microduino-core+分析模塊會根據(jù)刷卡的卡號信息，判斷是否為“允許”卡以及是否要開門。如果不是管理員允許的卡號，主控Microduino-core+模塊會調(diào)用蜂鳴器和警報燈進行警示。

數(shù)據(jù)傳輸模塊：主要以WiFi模塊為核心。將WiFi模塊開啟為STA+AP模式并將其關(guān)聯(lián)路由器（AP模式指的是可以將網(wǎng)卡設(shè)置為路由器用來共享流量或?qū)⒂芯€網(wǎng)絡(luò)給別人使用，STA模式指的是當作網(wǎng)卡連接路由器上網(wǎng)），這樣WiFi模塊就能實現(xiàn)遠程通信了，WiFi模塊主要是把主控模塊獲取的卡號信息傳輸?shù)绞謾C端進行判別提醒和在PC端進行信息數(shù)據(jù)存儲備份。

響應(yīng)模塊：主要包括電控鎖、門磁、蜂鳴器、繼電器模塊、兩個LED提示燈（紅、綠）、紅外傳感器模塊和步進電機模塊。其中綠色LED燈用來顯示主控模塊是否正常工作，若主控模塊不能正常工作，則綠色LED燈熄滅；蜂鳴器和紅色LED燈是為了顯示刷卡的卡號是否為“允許”卡，若不是“允許”卡，則進行警報提醒，起到警示作用；繼電器模塊用來控制電控鎖和門磁進行開關(guān)門響應(yīng)，當刷卡卡號為“允許”卡時主控模塊會調(diào)用繼電器進行開門響應(yīng)，并且調(diào)用步進電機進行正轉(zhuǎn)模擬開門操作；紅外傳感器模塊用來監(jiān)測刷卡者是否已通過，確保刷卡者已通過，不會造成在進門過程中突然關(guān)門，當紅外傳感器模塊檢測不到障礙物時調(diào)用蜂鳴器提示刷卡者關(guān)門，并通過主控模塊調(diào)用步進電機進行反轉(zhuǎn)模擬關(guān)門操作，還可以防止人走忘關(guān)門的現(xiàn)象。

3 遠程授權(quán)系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 硬件核心設(shè)計

智能門禁遠程授權(quán)開門系統(tǒng)的核心是由WiFi模塊和主控Microduino-core+模塊構(gòu)成。WiFi模塊連接到路由器上，同時電腦的WiFi連接到WiFi模塊上，通過路由器將手機端的指令傳送到WiFi模塊上，WiFi模塊再將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控Microduino-core+模塊，同時也發(fā)送給電腦端并存儲在電腦里。主控模塊Microduino-core+接收到WiFi模塊傳來的數(shù)據(jù)后會調(diào)用繼電器模塊對電控鎖和門磁進行斷電操作，同時調(diào)用步進電機模塊進行正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)開門響應(yīng)?？蚣苣Ｐ腿鐖D3所示。

圖3 遠程授權(quán)系統(tǒng)設(shè)計框架

3.2 軟件設(shè)計

3.2.1 手機端APP

用戶使用專用的APP通過IP通道，選擇近程連接或者遠程連接登錄到控制主界面，然后可以對門控進行操作，整體框架如圖4所示，手機APP登錄界面如圖5所示；對于登錄時需要的秘鑰，本項目采用的是手機的國際移動設(shè)備標識 號（International Mobile Equipment Identity, IMEI），IMEI是由15位數(shù)字組成的“電子串號”，它與每臺手機一一對應(yīng)，而且該碼是全世界唯一的。根據(jù)這個特性通過截取其中幾位數(shù)字來充當秘鑰進行登錄驗證（本項目截取了開始的六位數(shù)字），實現(xiàn)代碼如圖6所示。

圖4 手機端APP設(shè)計框架

圖5 手機端APP登錄界面

圖6 獲取IMEI號實現(xiàn)秘鑰登錄的代碼

3.2.2 PC端

通過PC端實現(xiàn)對IC卡的管理、人員的登記和選擇IC卡的發(fā)放方式；還可以根據(jù)開門記錄來實現(xiàn)實驗室等場所的登記考勤功能，其主要記錄開門的時間以及開門方式和開門者的信息。如果房間貴重物品丟失，可以根據(jù)開門時間以及方式，分析丟失原因，快速找到丟失物品?？傮w框架如圖7所示。

圖7 PC端整體框架設(shè)計

4 結(jié) 語

通過設(shè)計合理的智能門禁系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從傳統(tǒng)的軟硬件開發(fā)轉(zhuǎn)向新興的智能家居、智能安防等系統(tǒng)的應(yīng)用。本文針對現(xiàn)代門禁的一些不方便之處，設(shè)計了基于Microduino-core+的智能門禁可遠程授權(quán)系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的硬件電路主要由四個模塊組成：主控模塊Microduino-core+、射頻識別模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和響應(yīng)模塊；還須在室內(nèi)配置一個開關(guān)直接控制電磁鎖從而控制門的開關(guān)，為室內(nèi)人員開門所用?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能門禁能夠根據(jù)具體情況采取合理的措施，滿足人們實際的需求，為人們的生活帶來更大的便利，是未來智能家居或者智慧實驗室設(shè)計的發(fā)展方向。