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RFID技术下的门禁管理系统设计

摘要:为了对小区、宾馆及其它公共场所的出入进行有效的管理,设计一个功能强大的门禁管理系统是非常重要的。本设计采用无线射频识别(RFID)技术,以市面上应用广泛的单片机为控制系统的核心,同时采用传统的密码输入方式实现门禁系统的控制。本控制系统实现的功能主要有通过读取IC卡信息或输入密码开门、注册新卡、修改密码等。首先,系统读取IC卡成功或输入密码正确,LCD12864就会显示人员的信息,提示人员正常出入;其次,如果IC卡不能正常读取或密码输入错误次数超过预设值,LCD12864就会显示禁止出入,同时出发报警系统;最后,门禁管理系统的控制部分可以对IC卡进行注册、密码修改等。经过实践验证,本系统操作简单,能够对一些公共场所及住宅小区进行有效的出入管理,具有很大的实用价值。

关键词:门禁;无线射频识别;单片机;新卡注册;密码修改

1概述

RFID,即无线射频识别技术,也叫做RFID技术,开始于二次世界大战,用于敌我双方战机的识别,是一种非接触式的信息存取技术,是物联网技术的重要组成部分[1]。基于RFID技术的门禁管理系统,就是对住宅小区及各种公共场所进行出入管理[2]。利用无线射频技术RFID对门禁进行管理,使用起来非常便捷,本设计结合当今比较前沿的RFID技术,为停车场、图书馆等创造一个和谐、安全、高效的门禁管理系统,它顺应了当今智能化城市的发展大趋势,市场价值潜力巨大[3]。

2系统总体设计

基于RFID技术的门禁管理系统设计主要由两个部分组成,第一是用来对出入进行管理的门禁控制部分,第二是防盗报警部分。门禁控制部分对出入管理采用两种方式。第一种是刷卡,前提是该IC卡已经被注册,单片机对卡数据进行处理后,就可以触发继电器来实现开门操作。第二种是密码输入,当IC卡未注册或忘记带卡时,可以通过输入密码的方式来开门,密码输入正确后,经单片机处理,触发继电器,实现开门操作。防盗报警部分主要是当有异常情况发生时,启动报警装置,并提醒管理人员,该人员不能正常出入,注意监控客人房间的安全情况或其他场所出入系统故障。触发报警装置的条件是读取了未经注册的卡或是密码输入错误次数超过了预设值。

3硬件系统设计

3.1硬件系统设计

硬件系统设计由单片机控制最小系统、矩阵式键盘模块、RFID射频模块、LCD12864液晶显示模块等组成。硬件系统设计结构如图1所示。

3.2输入部分当门禁管理系统采用无线射频识别(RFID)技术[4,5]时,出入管理最便捷的方式就是使用IC卡,节省出入人员的时间。如果出入人员忘记了携带IC卡,或是IC卡由于某种原因不能正常识别时,也可以采用密码输入的方式,我们在设计系统时设置了矩阵式键盘,可以方便的进行密码输入。同时,在系统设计时门禁部分与防盗报警部分设置了初始化状态值,读卡或密码输入错误超过3次就会触发报警系统。

3.3LCD12864液晶显示部分

LCD12864液晶屏是用来对出入信息进行显示的。当出入人员使用的IC卡未经注册,或是拿错了IC卡时,LCD12864液晶屏上会显示错误的信息,比如未注册或卡错误等,提示出入人员该IC卡无效。如果刷卡无效超过3次,系统就会认为该人员强行进入或外出,从而触发报警装置,工作人员听到报警后,会对相应的情况进行处理,保证停车场等车辆能正常出入,或是对恶意出入的情况进行控制,保证宾馆、旅馆、住宅等场所的财产与人员安全。

3.4射频模块电路设计

射频模块采用的是RC522[6,7,8]这个模块,它的频率属于低频范围,也就是14.56MHz,RC522无线射频技术的主要原理就是调试与解调,类似于路由器使用的技术,使用的通信协议方式也是常用的,稳定性好。信号的发送和接收都能很好的进行数据传输,不会产生丢包等情况。RC522模块工作原理主要有以下几步:第一步,对RC522模块进行初始化操作;第二步寻找在频率范围内的IC卡;第三步对寻找到的卡进行防冲撞处理,选择信号最强的卡;第四步对选择好的卡,进行密钥验证,如果符合要求,那就对该卡数据进行读写操作。

4软件系统设计

软件部分系统设计流程如图2所示。软件系统设计主要包括初始化设计、刷卡功能设计、密码输入设计、新卡注册功能设计、密码修改功能设计等。系统供电后,控制系统首先完成的工作就是初始化,主要包括单片机端口状态的初始化、RC522初始化、LCD12864初始状态的初始化等。初始化完成后,才能进行其他的功能。

4.1RFID-RC522读卡程序

RFID-RC522读卡程序[9,10]首先是对卡进行感应,然后读取卡内储存的信息,对卡上的数据进行读写操作。系统供电后,在对RC522模块进行读写操作之前,首先要进行模块的初始化操作。工作过程为首先对卡进行选择,这时工作电压要保持稳定,在距离范围之内的卡,通过无线射频的方式进行选择;先择到卡之后,对卡的类型进行判断,也就是防冲撞处理,如果不会发生冲撞,说明该卡符合标准,就对卡上的数据进行读写操作,开始数据交换。特别需要注意的正在读写数据的时候不能把卡移开,因为感应距离是有范围的,卡太远了会不能正确读写。

4.2LCD12864液晶显示程序

LCD12864的读写操作,主要包括两部分。一个是读写命令,即把数据写入到液晶的什么位置,以什么方式显示等;第二部分是读写将要显示的数据。在操作时,要先写入控制命令,然后才能对数据进行读写。

4.3注册新卡程序

LCD12864设置了几个不同的工作界面,供电并完成初始化后,会自动进入第一个界面,这个界面将对该系统有哪些功能进行显示。显示预设时间后,然后会自动切换到读卡界面,这个界面可以通过读卡或输入密码进行出入操作。不同的界面可以通过按键进行切换,对按键按下不同的次数,将会对应不同的工作界面。按下按键,切换到新卡注册界面后,可以对新卡进行注册[11,12],注册数据将保存在有记忆功能的EEPROM芯片里,比如该系统采用的是AT24C04,系统断电后,数据也不会丢失。为了防止有人恶意注册新卡,注册新卡时要先对已经注册的卡进行读取,系统确认后,才能注册新卡,这样对系统也是一种保护。

4.4密码修改程序

继续对按键按下不同的次数,切换到密码修改[13,14]界面。这个界面是当用户感觉之前的密码时间太长不安全时,进行修改密码使用的。修改密码前,首先输入之前的密码,输入正确后,系统将提示输入新的密码,输入新的密码后,按下确认键,新的密码将会保存在EEPROM芯片里。然后切换到读卡界面,验证新密码是否有效。

5系统仿真和调试

系统的基本信息显示完成之后,系统将进入到相应的功能菜单显示界面,系统功能有五大部分:(1)IC卡的读卡功能,读卡成功会显示具体的人员信息;(2)密码输入功能;(3)防盗报警功能,如果读卡或密码输入错误超过三次会触发报警装置进行报警;(4)注册新卡功能;(5)密码修改功能。对系统进行整体功能调试,保证系统在不同功能界面进行切换都可以正常运行,先对五个单一功能进行调试,然后在五个功能之间循环进行切换,结果都能正常工作。

6结论

本设计可以对门禁进行有效管理,也具备防盗报警功能,在一定程度上方便人员出入,还可以保护财产安全。用户可以通过较为快捷的刷卡与密码输入操作实现出入,同时可以随时注册新卡、修改密码等。该设计可以很好地满足对门禁的管理,安全性方面有较大提高,具备一定的实用价值。

作者:周喜 王会珍 赵娟萍 单位:郑州职业技术学院电气电子工程系

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