王美丽，曹　懿.西安航空学院，陕西西安　　70077 .西北工业大学，陕西西安　　7007

基于无源RFID无障碍门禁系统的设计与实现

王美丽1，曹懿2
1.西安航空学院，陕西西安710077 2.西北工业大学，陕西西安710072

摘要针对厂区内门禁监管系统中存在的问题，设计并实现了一种基于无源RFID的无障碍门禁安防系统。通过在进出口安装超高频RFID阅读器、红外对射装置及嵌入式设备，实现人员在进出口无障碍通过、快速记录识别人员身份的功能，并建立异常门禁报警表。

关键词RFID；无障碍门禁；安防监管

0 引言

完善门禁监管系统是每个单位正常运作的基础。可靠的门禁系统要快速准确的识别、记录人员进出信息，有效地防止非法人员入侵，为单位的正常运作以及人员、财产安全提供保障。但传统门禁系统在人员进出门口时，多采用一卡一闸制，人员进出速度缓慢，，或是一卡多人进出的情况发生[1]。

针对以上门禁系统中存在的问题，本文提出了一种基于无源RFID (Radio Frequency Identification)的无障碍门禁系统。其中采用无源的RFID作为门禁卡，卡中包含有唯一标识信息作为人员的ID号。红外对射装置采集人员进出门口的行为动作[2]，结合嵌入式系统对收集到的数据进行逻辑判断，系统能够迅速识别进出人员的身份，并上传到安全监管中心内。若发生人员非法进出厂区等异常情况，可及时判断并发出警报，避免内部发生的异常情况对管理区域造成的安全威胁，对提高和完善安防管理能效具有重要意义。

1 系统总体设计

基于无源RFID无障碍门禁系统主要目的是在厂区门口建立人员身份信息监管系统，能够对进出的人员进行识别，杜绝厂区内的安全隐患。人员佩戴无源RFID卡，同时在进出口安装超高频 ( Ultra High Frequency，UHF ) RFID阅读器[3]和两侧安装有红外对射装置，系统工作时，阅读器可以收集到人员通过厂区的身份ID号，红外对射装置将收集人员通过门禁的动作。通过系统的处理，对人员进出门口的事件进行逻辑判断，将收集到的人员信息通过无线传感器网络传送给后台数据库和安防监管软件内，通过显示这些数据能够查询到人员进出厂区的时间和逗留时间。

如图1所示，RFID阅读器的查询方向偏向于管理区域内侧，红外对射装置安装在门的左右两侧。RFID阅读器向内侧偏，这样保障人员从门前进入门禁监管区域时，首先必须通过RFID阅读器能够监测到的扇形区域，确保进出门监测时都先被RFID区域所感知。当人员进入监管厂区时，他的行进方向如图1中箭头所示，RFID卡就会自动被阅读器监测到，并读取到ID号匹配人员身份信息。将采集到的人员信息通过串口发送给嵌入式装置，等待红外对射装置进行判断。如果人员继续穿过红外对射装置，红外对射装置会判定有人员穿过了门禁系统，同时也会给嵌入式装置发送一次确认信息。嵌入式装置会通过以上两次逻辑判断，确认人员进出该厂区，并把监测到的结果打包发送给安全监控中心的数据库内，在相应的管理软件上就会显示出人员进出门的身份信息、时间等。如果以上过程中，任何一个环节出现了异常情况，门禁系统都会进行报警，提示监管人员需要进行处理。

2 系统硬件设计

无源RFID无障碍门禁系统主要包括能够采集进出数据的数据采集模块，负责对进出门行为进行判定的数据处理模块、负责将收集结果发送到安全监管中心的无线通信模块和为整个门禁系统提供电能的电源模块。

数据采集模块包括RFID阅读器和红外对射装置。其中RFID阅读器采用超高频UHFREADER阅读器，读写距离在3~5m。它有较高的读写熟虑和高效的处理信号算法，保障了RFID卡的快速读写操作，防止了重复读卡，一卡多读，多卡一读的情况。将RFID阅读器设置为主动查询模式，由数据处理模块向RFID阅读器发送查询指令，如果在规定时间内查询到有RFID卡，便将查询到的结果返回给数据处理模块。数据处理模块对人员信息进行收集，打包发送给安全监管中心。如果没有查询到任何人员信息，则退出此次查询。

红外对射装置采用带有红外光栅的发射头和受光器装置，装置通过继电器中断的方式进行监控。在门口两侧同时安置一对红外对射动作探测装置，当有人员穿过对射装置时，由于光线被遮挡，发射头的红外线不能被同方向受光器接收到，装置认为有一次进出门动作，就会产生一些下降沿中断，由嵌入式系统监测这次中断的下降沿，确立一次穿过门禁系统的动作逻辑。其中对射距离约为0.8m，保证遮蔽一次探测器只能有一人通过。通过RFID阅读器和红外对射装置结合，可以判断进出门禁系统的人就是RFID卡所匹配的人员。

2.1数据处理模块

数据处理模块采用嵌入式装置，采用WinCE的操作系统，WinCE内核支持TCP/IP协议，结合自己编写的监控软件，通过WiFi的通信方式发送到安全监管中心。其中对数据采集模块发送过来的人员身份信息和进出门动作进行逻辑判断，并把判断结果与报警信息通过无线传感器网络发送出去。

2.2系统软件设计

系统软件主要指的是进出门禁系统的逻辑判断算法。首先人员进入阅读器的监测区域时，RFID阅读器读取到佩戴RFID卡的人员身份信息，并将信息发送给数据处理模块。数据处理模块会在程序内部查询进门表，如果进门表中检测到该人员的进门信息，则说明此人员仍在厂区内或人员非法出门，系统将判断为不允许再次进入。这时安防监管系统提示监管人员有异常报警，需要紧急处理。如果正常情况下，进门表中没有查询到该人员的进门信息，数据处理模块会将该人员的进门信息写入寄存器中并判断人员已经进入到检测区域内逗留。设定一个阈值3秒，如果3秒内同时检测到红外对射装置发送过来一个中断信号，则判断人员正常进入厂区内。如果没有检测到终端，则跳出查询等待下次寻卡。如果一切都正常，则将该人员加载到进门表中。最后对所收集的信息进行打包处理并发送到安全监管中心的数据库内。如果阈值超过10秒，数据处理模块一直能够查询到人员在检测区域内逗留，则判断人员长时间逗留在检测区域，发送报警。如果仅仅是检测到了红外对射装置的中断响应而没有RFID卡号，则判断有人入侵厂区，立即发送报警信息给安全监管中心。

参考文献

[1]赵敏，高明芳.基于非接触式IC卡门禁控制系统的硬件实现[J].煤炭技术，2011，12：45-46.

[2]高孟佶.穿戴式无线定位腕带的设计与实现[D].西安：西安科技大学，2015.

中图分类号TP39

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）140-0164-01