射頻識(shí)別技術(shù)，主要是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在其應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，需要在電磁原理的基礎(chǔ)上利用射頻信號(hào)來(lái)對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行信息的獲取，由于其應(yīng)用的廣泛，可以實(shí)現(xiàn)在不同區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用，因此被廣泛的應(yīng)用在了各種環(huán)境的作業(yè)當(dāng)中。在射頻識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)中，射頻讀卡器的輸出數(shù)據(jù)需要嚴(yán)格遵守Wieggand格式當(dāng)中對(duì)其作出的規(guī)定，也就是利用兩根傳輸分別為0和1的數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸。
基于單片機(jī)和射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng)是基于單片機(jī)STC89C52和IC射頻卡設(shè)計(jì)的射頻識(shí)別鎖系統(tǒng)，可用于實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、辦公樓、檔案室、財(cái)務(wù)室等安全性要求較高的場(chǎng)所.
1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
此門禁系統(tǒng)由安裝在門上的客戶端和對(duì)新卡進(jìn)行授權(quán)寫入的授權(quán)端兩部分組成.客戶端由電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、串行通信模塊、刷卡模塊、蜂鳴器模塊和電磁鎖模塊組成，如圖1。在客戶端，當(dāng)用戶需要開(kāi)門的時(shí)候，需要把IC射頻卡放在讀卡器的感應(yīng)區(qū)對(duì)卡內(nèi)信息進(jìn)行讀取，當(dāng)讀取出來(lái)的信息驗(yàn)證成功時(shí)，則在蜂鳴器“嘀”一聲的同時(shí)，門鎖打開(kāi)，延遲一秒后重新上鎖;若信息驗(yàn)證失敗，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出四聲連續(xù)短促的鳴叫.授權(quán)端用于對(duì)每一張IC卡進(jìn)行授權(quán)信息寫入.整個(gè)系統(tǒng)使用單臺(tái)刷卡機(jī)就能工作，操作方便。
圖1 硬件系統(tǒng)模塊框圖
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1、電源模塊電路設(shè)計(jì)
電源模塊的作用為整個(gè)系統(tǒng)供電.在系統(tǒng)中，刷卡模塊要用到3.3V的供電電壓，電磁鎖模塊需要用12V的電壓，而單片機(jī)最小系統(tǒng)部分則需要用到5V的電壓，因此，電源模塊需要提供的電源種類有12V、5V和3.3V三種.該模塊通過(guò)LM7805和AMS1117兩個(gè)芯片分別實(shí)現(xiàn)12V向5V和5V向3.3V電壓的轉(zhuǎn)換.如圖2為系統(tǒng)電源模塊電路設(shè)計(jì).
圖2 電源模塊電路
2．2、刷卡模塊電路設(shè)計(jì)
射頻讀寫芯片MFRC522是NXP推出的一款低功耗、封裝小、高度集成的非接觸式(13.56MHz)讀寫卡芯片，它利用調(diào)制和解調(diào)的原理，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議.支持ISO14443A的多層應(yīng)用.其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無(wú)需其他的電路.接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào).數(shù)字電路部分處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)(奇偶&CRC).此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗(yàn)證MIFARE系列產(chǎn)品.MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s.它與主機(jī)間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)用戶的不同需求，選取SPI、I2C或串行UART(類似RS232)模式之一，有利于減少電路連接，縮小電路板體積，降低生產(chǎn)成本.MFRC522在刷卡模塊中的應(yīng)用電路如圖3.
圖3 刷卡模塊電路
2．3、蜂鳴器模塊電路設(shè)計(jì)
當(dāng)用戶刷卡時(shí)，如果信息驗(yàn)證成功，則單片機(jī)的P2.0引腳被賦予低電平(軟件設(shè)置)，三極管Q2(PNP型)導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出一聲蜂鳴.當(dāng)信息驗(yàn)證不成功，蜂鳴器發(fā)出四聲連續(xù)短促的鳴叫.該模塊電路設(shè)計(jì)如圖4.
圖4 蜂鳴器模塊電路
2．4、電磁鎖模塊電路設(shè)計(jì)
用戶刷卡時(shí)，若信息驗(yàn)證成功，則系統(tǒng)賦予單片機(jī)P2.5引腳一個(gè)低電平，此時(shí)三極管Q1(PNP型)導(dǎo)通，繼電器通電產(chǎn)生磁性吸合銜鐵，使得動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸，從而高壓工作電路接通工作，電磁鎖打開(kāi);斷電時(shí)，繼電器的電磁鐵失去磁性，對(duì)銜鐵失去吸引力，從而動(dòng)靜觸點(diǎn)分開(kāi)，工作電路斷開(kāi)，重新上鎖.該模塊電路如圖5.其中的二極管D2起到續(xù)流的作用.
圖5 電磁鎖模塊電路
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1、客戶端軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)首先對(duì)MFRC522射頻讀卡器進(jìn)行初始化，延遲一定的時(shí)間等待天線穩(wěn)定，接著進(jìn)行尋卡、防碰撞、選卡、讀卡、授權(quán)信息驗(yàn)證操作.若授權(quán)信息驗(yàn)證成功，則門鎖打開(kāi)，延遲一秒后，重新上鎖;若授權(quán)信息驗(yàn)證失敗，則報(bào)警提示.圖6為客戶端軟件流程圖.
圖6 客戶端軟件流程圖
3．2、授權(quán)端軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)利用授權(quán)端對(duì)新卡的授權(quán)信息進(jìn)行寫入.工作流程為系統(tǒng)初始化、發(fā)送系統(tǒng)初始化信息、系統(tǒng)啟動(dòng)提示、打開(kāi)串口接收、等待權(quán)限寫入狀態(tài)標(biāo)記、權(quán)限寫入初始化設(shè)置、授權(quán)信息寫入、寫入失敗則進(jìn)行報(bào)警提示，如圖7.
圖7 MFRC522授權(quán)信息寫入流程
4、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中設(shè)置了三個(gè)電磁鎖，分別代表公司大門、銷售部和財(cái)務(wù)部.授權(quán)端分別對(duì)三張IC卡進(jìn)行了授權(quán)，一張卡的授權(quán)為開(kāi)三門，一張卡授權(quán)開(kāi)公司大門和銷售部?jī)砷T，還有一張卡授權(quán)開(kāi)公司大門和財(cái)務(wù)部?jī)砷T.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)操作方便，穩(wěn)定實(shí)用.系統(tǒng)測(cè)試如圖8.
圖8 系統(tǒng)測(cè)試圖
5、結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式、固定鍵盤式密碼鎖、接觸式刷卡等門禁系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)和射頻識(shí)別技術(shù)的門禁系統(tǒng).系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，以STC89C52單片機(jī)作為控制核心，外圍由讀卡模塊、顯示模塊、電磁鎖模塊和蜂鳴器模塊組成.采用非接觸式IC卡刷卡進(jìn)門，具有身份識(shí)別、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門及報(bào)警提示等功能.
