基于超高频RFID智能门禁系统设计

论文总字数：20933字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 门禁系统发展趋势 2

2 系统总体设计分析 2

2.1 系统需求概述 2

2.2 系统总体设计 3

3 系统硬件设计 4

3.1 RFID模块设计 4

3.1.1 RFID技术理论及方案选择 4

3.1.2 LJYZN-101读写一体机 6

3.1.3 RFID卡 8

3.1.4发卡机 9

3.2 继电器模块 9

3.3 PLC模块 11

4 系统软件设计 12

4.1 开发环境 12

4.1.1 C/S结构和B/S结构的选择 13

4.1.2 MySQL 14

4.1.3 C#及开发环境Visual Studio 2012 15

4.2 系统需求分析 15

4.3 系统总体结构设计 15

4.4 数据库设计 16

4.5 系统详细设计与实现 18

4.5.1 主界面 18

4.5.2 继电器设置模块 19

4.5.3 读写器设置模块 20

4.5.4 制作新卡模块 21

4.5.5 卡片权限管理模块 23

4.5.6 开始运行模块 23

4.5.7 关闭运行模块 24

5 系统总体测试 25

6 结论 29

参考文献 30

致谢 31

基于超高频RFID智能门禁系统设计

陈 成

，China

Abstract：This paper designs a smart access control system based on UHF RFID. The system is mainly used to manage the district, campus, company and other local vehicles and personnel access. When the user carries an authorized RFID card (electronic tag) near the access control, the reader can automatically read the information recorded on the card to determine whether the release. The host computer shows the corresponding record of the card’s information, and store it in the database. The article elaborates the hardware and the software respectively. Hardware uses ultra-high frequency electronic label machine Ljyzn-101 to identify the RFID card’s information status, and the signal passed to the host computer, processed to the relay, the relay output signal to the PLC, PLC controls the access control switch by motor. The Software is based on C #, integrated development environment is Visual Studio 2012, and the database uses MySQL. The software can add or modify RFID cards’ information, set the relevant parameters of the hardware, show the information and store it in the database.

Key words：Smart access control; RFID; ljyzn-101; C #

1. 绪论

1.1 研究背景

在计算机技术没有普及之前，人们为了保护自己的生命财产安全，在小区，学校等地往往会聘请安保人员通过肉眼识别和人工记录方式对人员车辆进行识别记录。然而，由于我国经济的迅速发展导致私家车的不断增长，通过人工的方式管理变得效率低下，并且可靠性十分低。

而与此同时，随着我国科技技术的发展，人们开始利用各种科学仪器代替人工的方式进行门禁的管理。目前运用最为广泛的技术是近距离非接触式IC卡。和人工方式相比，非接触式IC卡在安全性和效率上都有显著的提高。但是非接触IC卡也是有很大的缺陷，就是读写距离过短，车辆人员在进出时必须要停下刷卡。在人员车辆进出频繁时必定会造成拥挤和堵塞。

针对这种情况，使用超高频RFID技术对车辆远距离识别是最佳解决方案之一。射频识别技术，英文的全称名为 Radio Frequency Identification（简称是RFID），此项技术是在二十世纪八十年代产生，然后慢慢走向成熟的一项自动辨认技术。射频识别就是通过无线电进行识别，而不需在两者之间建立机械和光学的接触。由于大规模集成电路的技术的发展和成熟，让硬件设备体积越来越小，所以整个RFID系统变得轻便，易于安装，使得它的运用变得广泛。RFID技术具有工作距离大、信息收集快、处理速度迅速以及环境适应性较强等优点在近些年来获得了十分迅速的发展。所以基于超高频RFID的门禁技术应运而生^[1]。门禁系统将各种现代化技术，如网络技术，自动化技术，机械技术等，和射频识别技术进行结合，通过卡来远距离地解锁，使门禁管理变得更为智能方便^[2]。这不仅为管理人员提供了方便快捷并且操作简单的管理模式，也为使用者带来了很大的便利。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

中国虽然起步不是很早，但对RFID技术的投入还是较大的，所以我国的RFID技术发展十分迅速。目前国内已经掌握各种频率RFID电子标签和读写器的研发技术并自主开发出相应的各种产品，但在RFID芯片技术方面仍与国外有些差距。

目前为止，因我国研究起步较晚，我国大部分小区校园等地使用的仍是老旧的门禁管理技术。以目前情况来看，我国较为现代化的门禁系统有指纹识别门禁，密码式门禁，RFID门禁等，但是运用的都不是十分广泛。我国在对安全性和保密性要求极高的RFID卡制作及读写装备上处在较为落后的状态，其中RFID卡和读写器的核心研发技术都掌握在欧美国家及部分的亚洲国家手中，可以大批量生产还只有美国等少数国家。我国目前并不能够独立产生研发整个RFID系统。我国大部分门禁生产厂商只能简单的对门的开合进行控制，而不能对整个门禁系统的状态，安全等方面进行全方位控制。所以只可以满足对安全和控制要求比较低的场所，可对于要求比较高的场所，就得采取安全性更高的其他控制系统。但值得庆幸的是，国内已经对智能门禁方面开始重视，投入了大量的精力和资源，我国现代化门禁系统技术的成熟指日可待。

1.2.2 国外研究现状

RFID技术在国外发展比较早，所以较为成熟，尤其是在很多欧美国家目前都有比较成熟而且先进的RFID理论知识及成熟的系统。

国外的门禁系统的研究由于起步早，所以很早就投入使用，目前的普及度远远超过我国。欧美门禁系统的市场发展已经逐渐成熟，开始出现产业分工细化。并且出现了巨头公司垄断，许多小公司被兼并或破产的现象。从目前全球门禁系统的应用发展来看，磁卡和接触式IC卡在门禁系统使用的越来越少，正逐步退出门禁系统的市场。由于科学技术的发展及用户的使用需求，国外很多主流门禁系统的系统连接方式变为TCP/IP网络连接。国外很多产品功能虽然齐全，可靠性高，但是价格十分高昂且不易使用。

1.3 门禁系统发展趋势

随着科学技术的快速发展，门禁系统也与时俱进，开始变得现代化、智能化。其中生物识别虽然可靠性更高，但是价格却十分高昂，阻碍了它的普及和发展。所以基于超高频RFID的门禁系统绝对是未来主流^[3]。国内门禁系统未来发展方向是将所有功能都集中在一张卡上，通过卡可以辨别信息，进行消费等等，实现真正的一卡通。但由于目前市场上还没有一套完善的行业标准，所以发展还是任重而道远，需要大家的一起努力。

1. 系统总体设计分析

2.1 系统需求概述

本系统是由硬件和软件两方面组成。硬件方面是由RFID读写一体机，USB继电器，RFID发卡机，地感线圈和PLC组成。上位机程序是安装在Windows环境下的客户端程序，可以对硬件参数配置，新增修改RFID卡的信息以及显示记录门禁的出入情况。系统的总体构成如图1所示。系统设有3个门，分别为车辆进门，车辆出门以及一个人行通道门。所以应该装有三个RFID阅读器。当车辆或行人靠近门禁时（其中靠近门禁的距离范围可以通过上位机软件进行调整），门禁旁的rdid阅读器可以自动识别用户身上或车辆上的RFID卡并判断用户的权限和信息，比如用户的身份信息，是车辆还是人员，以及是否拥有进出权限等等。然后通过权限信息决定门禁是否放行。当放行后，上位机软件的管理界面显示用户信息及进出时间并存储到数据库当中。当车辆通过门禁后，会经过地感线圈，通过地感线圈后，地感线圈控制器会传递一个关门信息给PLC，然后在通过PLC关闭门禁。而人行通道那边则不设置地感线圈，而是通过设定通过时间来决定什么时候关闭门禁。

图1 系统总体构成

上位机软件主要的功能模块有开始运行，关闭运行，权限管理，制作新卡，读写器设置，继电器设置。分别对应控制门禁的运行和关闭，为新的RFID卡录入信息并赋予权限，或修改RFID卡的信息和权限，以及设置读写器和继电器的参数。当车辆或用户通过门禁时，可将RFID卡的相关信息通过上位机软件显示给管理人员，并将相关信息存储到数据库当中。

2.2 系统总体设计

整个系统是由上位机管理程序，RFID读写一体机，发卡机，继电器，PLC和地感线圈构成，系统总体结构如图2所示。阅读器包括人行RFID阅读器，车进门阅读器和车出门阅读器。这些RFID阅读器都安装在大门一侧，门的内外侧安装地感线圈。

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