基于射频识别技术的门禁系统完整版Word文件下载.docx

1、射频识别；MF RC500；读卡器；串口通信AbstractTo meet the needs of the information age, ensuring security of the internal architecture and the users different kinds of needs , entrance guard system comes out Gathered with computer technology, electronic technology, mechanical technology, magnetic-electric technolog

2、y and radio frequency identification technology, Access Control System makes card and locks get integrity dialogue function. That smart cards to control the open or close of the doors ,introduces a new management concept , which not only manager can provide a safe, faster, more automated management

3、style, but also offer the users, a great convenience. In this paper, we research on the design of radio frequency identification Access Control System.（1） This paper introduces the design of the Access Control network system based on radio frequency identification IC card, which analysises the desig

4、n of hardware detailedly, gives out the electric circuit principle diagram of making contactless IC card Proximity Coupling Device（PCD）. The PCD is consisted of RF antenna, read/write module, RS485 communication interface and MCU, which can read/write the Mifare contactless Smart Card of Philips com

5、pany, the distance of reading card is 10 cm roughly.The system will display the clock when there is no card entered into the scope of RF energy； when the card entered into that, the reading card data will be displayed.（2） Deeply studed the RFID antenna EMC filters, receive circuit and antenna matchi

6、ng circuits, etc., and considering the special design,we use the coil antenna ,optimize the coupling circuit by raise the quality factor Q and the frequency tuning.（3） Regard the Application for network equipment requirements ,Access Control Terminal using RS485 communications, while combining Acces

7、s Control RS485 reader on the network topology, through the RS485 interface and PC component communication network system. Reader peacetime can work independently, PC every opportunity to visit some time reader, with PC clock reunification on the clock calibration reader, and the memory card reader

8、to read data to the reader to obtain timely data processing.（4） The Design including watchdogs, LCD, data storage and real-time clock module, and other peripheral circuits, using serial design such as SPI, I2C, thus saving the MCUs I / O interface. Access Control System Design at the same time combi

9、ning the access control circuit, completed the equipment selection.（5） To meet the Radio Frequency Identification Access Control System design requirements ,we design by modular software method. According to the characteristics of MF RC500 and the systematic research on the operation of MF RC500 chi

10、p process, design the flow chart of the main program modules subroutine, use C51-language development the bottom of the reader control software, and completed the debugging process that results meet the design requirements.RFID with convenient and efficient becomes the focus of attention of the indu

11、stry, and China is being an RFID tag production of the most promising production base. Applicated Radio frequency identification to the Access Control System, has broad application prospects. Based on this thinking, this paper gives out the realization of the specific design, but also to be further

12、study on the expansion, such as the use of Internet access to replace RS485 interconnection, expanding the size of the system.Keywods： Access Control System； Radio Frequency Identification； MF RC500； Proximity Coupling Device； Serial Communication.1.2 国内外研究发展现状 21.3 本文主要研究内容 3第2章 门禁系统的技术基础 52.1 射频识别

13、技术 52.1.1 射频识别技术原理 52.1.2 RFID 天线 62.1.3 射频识别系统的典型结构 82.1.4 RFID同其它自动识别技术的比较 92.2 门禁系统结构原理 102.3 密码技术 12第3章 基于射频识别的门禁系统总体设计 163.1 系统总体方案设计 163.1.1 系统设计的基本要求 163.1.2 系统方案 173.2 系统硬件模块分析 173.2.1 射频读写模块分析 173.2.2 其他部分硬件分析 183.3 射频读写模块设计 193.4 直接匹配天线 203.4.1 EMC电路 203.4.2 接收电路 203.4.3 直接匹配天线的天线匹配电路 213.

14、5 RS485通讯模块 253.5.1 RS485接口 263.5.2 RS485网络拓扑结构 273.6 外围接口电路 293.6.1 看门狗电路 293.6.2 液晶模块 313. 7 数据存储的硬件设计 353. 7. 1 数据存储器的接口 363. 7. 2 I2C总线协议 363.8 实时时钟的硬件设计 373. 8. 1 实时时钟的接口 373. 8. 2 时钟数据传输的控制 383. 8. 3 时钟数据传送方式 383.9 非接触式IC卡的选择 393.10 门禁控制电路 40第4章 基于射频识别的门禁系统软件设计 424.1系统软件分析与设计 424.1.1 软件设计方法与设计

15、语言选择 424.1.2 系统总体程序流程设计 424.2 系统软件模块化设计 424.2.1 射频控制模块 434.2.2 看门狗模块 464.2.3 数据存储模块 464.2.4 通讯模块 484.3 模块子程序编译调试 544.4 实验样机 56总结与展望 58参考文献 60附录A 攻读学位期间发表的论文 63附录B 攻读学位期间参加的科研项目 64附录C 部分电路图 65附录D 模块程序 68致谢 85第1 章 绪论1.1 课题背景及意义射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条

16、形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。同时，经济水平的高速发展让人们越来越关心建筑内部的安全性。本文研究的基于射频识别技术的门禁系统就是这样的一种系统1。 门禁系统又称门禁出入口保安自动化管理系统。智能建筑通过对四个基本元素，即结构、系统、服务和管理进行最优化的考虑，从而为用户提供一个高效和高经济效益的工作环境。它在功能上实现了通讯自动化（CA）、办公自动化（OA）和楼宇自动化（BA），通过综合配置在建筑内的各功能子系统，以综合布线系统为基础，以计算机网络为桥梁，全面实现

17、对通讯系统、办公自动化系统、楼宇自动化系统的综合管理。门禁系统属于楼宇自动化系统的一部分，具有对门户出入控制，保安防盗，报警等多种功能，它主要方便内部员工或住户出入，杜绝外来人员随意出入，既方便了内部管理，又增强了内部的保安。一套现代化的，功能齐全的门禁系统，不止是作为进出口管理使用，而且还有助于内部的有序管理。它将时刻自动记录人员的出入情况，限制内部人员的出入区域，出入时间，礼貌的拒绝不速之客。同时也将有效地保护财产不受非法侵犯2。智能建筑的推广，建立连网门禁系统也成为一种趋势，门禁系统将有更广阔的发展空间。随着人们对门禁系统各方面要求的不断提高，门禁系统的应用范围越来越广泛。人们对门禁系统

18、的应用已不局限在单一的出入口控制，而且还要求它不仅可应用于智能大厦或智能社区的门禁控制、考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇自控等，还可与其它系统联动控制等多种控制功能。而基于射频识别的门禁系统针对集成应用给出了可行方案，具有重要的意义2。1.2 国内外研究发展现状1国外研究现状目前，欧美门禁系统市场正逐渐进入成熟阶段，其产业的分工已进人细分阶段，生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器，如美国的HID公司、Hl-dala公司、德国的Destele公司。生产控制器的公司就只研究生产控制器和软件。如美国的Northern Computer公司、CSI公司。随着其产业化的形成，也由于大公司

19、之间的相互竞争，使其利润率不断下降，产品价格不断大幅降低，现已进入1000美元一套系统的可广泛运用的市场。正是由于市场的不断成熟，人们在普遍接受门禁系统的观念之后，在采购方面已可很方便地分别从不同公司采购到各部分设备，自己进行系统集成就可为用户方便安装成整套系统。从目前全球门禁系统的前端输入设备的水平及发展方向来看，虽然磁卡和接触式IC卡读卡器在门禁系统的应用中还有一部分市场，但从发展趋势上看，除宾馆锁外，磁卡和接触式IC卡读卡器已在逐步地退出门禁系统市场2-3。 国外对IC卡的研究和应用较早，特别是在美国和欧洲，但在非接触式IC卡方面的研究使用也只是近几年的事。非接触式IC卡和读卡器的关键技

20、术掌握在欧美国家和部分亚洲国家中，但真正形成大批量生产的厂家只有美国；德国、英国次之；日本、台湾、新加坡处于同一档次。当今世界上非接触式IC卡主流产品是Philips公司的Mifare技术，己经被制定为国际标准ISO/IEC14443 Type A标准。欧洲一些IC卡及读卡器制造商大都以Mifare技术为标准发展自己的IC卡事业3。Philips公司的MifareIC卡系列产品有三类： MifareStandard, Mifarelight, MifarePLUS（第一代）和MifarePRO（第二代）。最近又推出一种新型Mifare卡,即Mifareultralight非接触式IC卡，简称为

21、MFOICUl,有512字节E2PROM,专用于车票系统,MFO卡最大的特点是交易时间只有31.4ms，比其它Mifare卡要短得多。此外还有一种MF3ICD40卡，密码机制更加完善，不是按块而是按文件操作，波特率高达106424Kbps，有防撕扯功能、值文件功能等28种用途4。ATMEL公司生产的Temic非接触式IC卡E5550芯片是一种ID（身份）识别芯片，容量为264位E2PROM，采用125KHz射频频率，是一种低频卡，操作距离5-l0cm，相应的读写基站芯片为U2270B，此芯片在动物身份识别等方面得到了应用。瑞士EM公司的H4001非接触IC卡，容量为64位E2PROM，采用12

22、5KHz射频频率，也是低频卡，其读写芯片为P4095。 Legic射频卡容量为256字节E2PROM，读写距离10cm并己用于公交系统。美国德州仪器公司（TI公司）的ID卡是一种低频只读卡，内部有8字节（64位）ID号码，已经应用在门禁考勤系统20。2国内研究现状（1）目前，国内对门禁系统的研究已经从认识教育和试用阶段进入到了研发阶段，但在门禁系统的设计与制造过程中还有以下几点不足之处，主要表现为：采用国外已有的集成模块，像读写器、门禁控制器、天线模板等；对国外已有的系统进行仿造；产品单一、开发成本较高。（2）在技术方面，中国目前也有很多厂家，仿制国外优秀的门禁系统，主要的做法有两种，第一种是

23、购买国外的门禁系统配件，如读写器、门控器等，再对其进行二次软硬件的设计。这种门禁系统的性能很好，能满足许多安全要求很高的场所，但是价格很高。第二种方法是，除了核心芯片购外，其余部件都是对国外优质产品进行研制。这种方式比较灵活，可以随时根据客户的要求增加门禁系统的功能，且价格也比较便宜。而在系统的结构方面，国内的门禁系统大多以控制器为核心构建的，门控器大多由国外企业研制。即门禁控制器先接收读卡器的信号，再根据信号来决定是否开门。由于其门禁系统的部件大多采用国外先进集成电子工艺和原材料制造，因此其性能很高。但是高性能的代价是高价格。这些门禁系统大多可以同时控制多个门，可以实现多门监控机制；对于很多

24、企业，这些门禁系统同其他系统，如考勤系统集成，被做成企业“一卡通”系统，即员工可以凭一张卡来使用企业的多项非接触式IC项目；可管理的人员多，像美国西屋门禁最多可同时管理一个10万人的企业。由于系统是由几个独立部件有机集成而成的，因此，要想对系统升级，只要对系统的某一部分升级，再组装即可。由于注重系统的高性能和广泛的适用性，这些门禁系统大多价格较高，这是国内很多中小型厂家不能接受。但是国内大部分厂家对门禁系统的研制处于感知阶段，并没有从理论上对门禁系统进行研究。比如在天线设计时要么就是参照国外公司的资料，要么就是通过实验对天线的参数进行修改24，从而得到较好的效果，很少把这部分的研究上升到理论的

25、高度。因此对关于门禁系统的理论进行研究非常需要。1.3 本文主要研究内容本文针对国内目前的市场需求情况，研发了一套基于RFID的门禁系统，论文在探讨了基于射频识别技术的门禁系统的发展现状和技术基础上，研究射频天线的设计和应用RS485的网络拓扑结构，设计开发系统的硬件设计和软件设计，给出制作射频识别IC读卡器的电路原理图和PCB板，设计主程序流程图和模块子程序，并进行联机调试，完成实验样机的研制工作。本文的结构安排：第1章 绪论。论述课题背景及其意义，探讨目前国内外研究现状和采用的技术；第2章 门禁系统的技术基础。主要论述射频识别技术结构特点和门禁系统的功能结构以及有关IC卡的密码技术；第3章

26、 基于射频识别的门禁系统总体方案与硬件模块设计，主要论述射频读写模块、天线模块、通讯模块、看门狗、液晶、存储、实时时钟模块的设计；第4章 基于射频识别的门禁系统软件设计。给出了总体程序流程图和模块化设计，并作了子程序的编译，在附录给出具体的程序；总结与展望。客观的评价了本论文所作的工作和设计方案，以及有待改进的地方。第2章 门禁系统的技术基础2.1射频识别技术射频识别技术是从八十年代逐渐兴起的一项识别技术。它是利用电磁感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。应当注意的是当前的RFID系统有很多工作频段，包括了低频、高频和超高频段。工作原理也不尽相同，有的是利用近场的电

27、磁感应（所以有人把射频卡称作感应卡），有的是利用电磁波发射。与同期或早期的接触式识别技术不同，RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别，因此它可实现多目标识别、运动目标识别。另外不象IC卡那样有电触点暴露在外，射频卡是将芯片完全封装在内的，因此可以使用在比较恶劣的环境。总之，RFID系统可在更广泛的场合中应用 12 。2.1.1 射频识别技术原理通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成的，见图2.1 。 其中，读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块

28、集成电路（ IC） 芯片及其外接天线组成，其中RFID卡芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。图2.1 射频识别系统原理图RFID 应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理，所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线。一方面，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式。目前RFID 已经得到了广泛应用，且有国际标准：ISO10536 、ISO14443、ISO15693、ISO18000 等几种。这些标准除规定了通讯数据帧协议外，还着重对工作距离、频