徐义照，辛政华

（1.宿州学院 智能信息处理实验室，安徽 宿州 234000；2.宿州学院 信息工程学院，安徽 宿州 234000）

0 引 言

射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过无线电信号识别目标对象并获取相关数据，广泛应用于生活中，常见的身份证和校园卡就使用了这种技术。作为条形码的无线版本，RFID技术具有更多的优点，如使用寿命长、安全性高、抗污染；相比于条形码RFID标签，其可以对内部的数据进行修改，它的应用将给零售、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，门禁系统应运而生。门禁系统集电脑技术、电子技术、机械技术、磁电技术和射频识别技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能，从通过钥匙开门过渡到现在的非接触式IC卡门禁系统。非接触式门禁系统采用个人识别卡方式工作，给每个有权进入的人发一张个人识别卡相当于一把钥匙，系统根据该卡的卡号和当前时间等信息判断该卡持有人是否可以进出。本文结合数据传输技术（通过WiFi实现数据之间的传输）、物联网射频识别技术、数据库、手机APP开发技术等开发了一套基于RFID的远程授权门禁系统。

1 射频识别系统的结构

射频识别系统的典型结构如图1所示，主要是由两部分组成：读写器和射频卡。

图1 RFID系统典型结构

读写器同RFID卡之间通过无线方式通信，因此它们都有无线收发模块及天线（或感应线圈）。RFID卡中有存储器，可以存储永久性数据和非永久性数据。按照标签内电池的有无可以分为有源标签和无源标签，有源标签内置天线和电池，无源标签所需要的工作能量主要从读写器发出的射频波束中获得。以微处理器为核心部件的控制模块主要执行功能包括：与计算机通信，上传标签数据；在标签识别后与标签进行数据交换；对信号进行编码和解码，等等。计算机的功能是向读写器发送指令，并与读写器之间进行数据交换。

2 身份认证系统的设计

智能门禁身份认证系统的设计框架如图2所示，其中主要包括RFID标签识别读写模块、主控分析模块、数据传输模块、响应模块。

图2 身份认证系统设计框架

RFID标签识别读写模块：由RFID标签、天线以及NFC模块构成。当NFC模块经供电产生RF场，通过其天线发送一定频率的射频信号；当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，向解读器（NFC模块+天线）发送自身编码等信息；解读器接收到信息并解码后发送给主控分析模块。

主控分析模块：接收NFC模块传输过来的数据并进行分析处理；通过WiFi模块把读取的卡号和信息发送给手机端，手机端会通过接收到的卡号判断是否为“允许”卡，并记录卡号信息和通知管理员。同时主控Microduino-core+分析模块会根据刷卡的卡号信息，判断是否为“允许”卡以及是否要开门。如果不是管理员允许的卡号，主控Microduino-core+模块会调用蜂鸣器和警报灯进行警示。

数据传输模块：主要以WiFi模块为核心。将WiFi模块开启为STA+AP模式并将其关联路由器（AP模式指的是可以将网卡设置为路由器用来共享流量或将有线网络给别人使用，STA模式指的是当作网卡连接路由器上网），这样WiFi模块就能实现远程通信了，WiFi模块主要是把主控模块获取的卡号信息传输到手机端进行判别提醒和在PC端进行信息数据存储备份。

响应模块：主要包括电控锁、门磁、蜂鸣器、继电器模块、两个LED提示灯（红、绿）、红外传感器模块和步进电机模块。其中绿色LED灯用来显示主控模块是否正常工作，若主控模块不能正常工作，则绿色LED灯熄灭；蜂鸣器和红色LED灯是为了显示刷卡的卡号是否为“允许”卡，若不是“允许”卡，则进行警报提醒，起到警示作用；继电器模块用来控制电控锁和门磁进行开关门响应，当刷卡卡号为“允许”卡时主控模块会调用继电器进行开门响应，并且调用步进电机进行正转模拟开门操作；红外传感器模块用来监测刷卡者是否已通过，确保刷卡者已通过，不会造成在进门过程中突然关门，当红外传感器模块检测不到障碍物时调用蜂鸣器提示刷卡者关门，并通过主控模块调用步进电机进行反转模拟关门操作，还可以防止人走忘关门的现象。

3 远程授权系统的设计

3.1 硬件核心设计

智能门禁远程授权开门系统的核心是由WiFi模块和主控Microduino-core+模块构成。WiFi模块连接到路由器上，同时电脑的WiFi连接到WiFi模块上，通过路由器将手机端的指令传送到WiFi模块上，WiFi模块再将收到的数据发送给主控Microduino-core+模块，同时也发送给电脑端并存储在电脑里。主控模块Microduino-core+接收到WiFi模块传来的数据后会调用继电器模块对电控锁和门磁进行断电操作，同时调用步进电机模块进行正转，实现开门响应。框架模型如图3所示。

图3 远程授权系统设计框架

3.2 软件设计

3.2.1 手机端APP

用户使用专用的APP通过IP通道，选择近程连接或者远程连接登录到控制主界面，然后可以对门控进行操作，整体框架如图4所示，手机APP登录界面如图5所示；对于登录时需要的秘钥，本项目采用的是手机的国际移动设备标识 号（International Mobile Equipment Identity, IMEI），IMEI是由15位数字组成的“电子串号”，它与每台手机一一对应，而且该码是全世界唯一的。根据这个特性通过截取其中几位数字来充当秘钥进行登录验证（本项目截取了开始的六位数字），实现代码如图6所示。

图4 手机端APP设计框架

图5 手机端APP登录界面

图6 获取IMEI号实现秘钥登录的代码

3.2.2 PC端

通过PC端实现对IC卡的管理、人员的登记和选择IC卡的发放方式；还可以根据开门记录来实现实验室等场所的登记考勤功能，其主要记录开门的时间以及开门方式和开门者的信息。如果房间贵重物品丢失，可以根据开门时间以及方式，分析丢失原因，快速找到丢失物品。总体框架如图7所示。

图7 PC端整体框架设计

4 结 语

通过设计合理的智能门禁系统，将物联网技术从传统的软硬件开发转向新兴的智能家居、智能安防等系统的应用。本文针对现代门禁的一些不方便之处，设计了基于Microduino-core+的智能门禁可远程授权系统，整个系统的硬件电路主要由四个模块组成：主控模块Microduino-core+、射频识别模块、数据传输模块和响应模块；还须在室内配置一个开关直接控制电磁锁从而控制门的开关，为室内人员开门所用。基于物联网的智能门禁能够根据具体情况采取合理的措施，满足人们实际的需求，为人们的生活带来更大的便利，是未来智能家居或者智慧实验室设计的发展方向。