智能楼宇门禁系统的设计与应用.doc

（）
本科毕业设计（论文）资料

题 目 名 称：
智能楼宇门禁系统设计和应用
学 院（部）：
电气和信息工程学院
专 业：
测控技术和仪器
学 生 姓 名：

班 级：
测控081
学号
指导老师姓名：

职称 副教授
最终评定成绩：

湖南工业大学教务处

本科毕业设计（论文）资料

第一部分 毕业论文

（）
本科毕业设计（论文）

学 院（部）：
电气和信息工程学院
专 业：
测控技术和仪器
学 生 姓 名：

班 级：
测控081
学号
指导老师姓名：

职称 副教授
最终评定成绩：

5月

摘 要

伴随社会经济和科技飞速发展，射频识别技术越来越广泛应用于多种行业，尤其是身份和安防等行业，门禁系统作为智能建筑关键单元越来越得到重视。传统门禁系统采取机械锁和刷卡认证等方法，要求近距离操作，当使用者双手被占用时就极不方便，而且轻易遗失、复制和被盗用，成本也较高。
射频识别技术出现填补了这些不足，而且射频标签是非接触式、读写速度快、
功耗低，本文设计了一个采取RFID技术高安全性智能门禁系统，是经过RFID认证快速确定人员真实身份智能门禁系统。当使用者进入门禁系统检测范围时，系统会自动获取身份信息确定该使用者是不是正当用户，而且统计进出人员信息，对非法闯进者发出报警信号。
首先分析了门禁系统中国外发展现实状况和趋势，叙述了门禁系统目前存在问题引出课题研究目标和意义，提出了基于射频识别智能门禁系统设计方案。
其次，对射频识别技术进行了叙述，分别从射频识别技术基础概念和工作原理两部分进行了叙述。从射频识别系统组成出发，具体介绍了射频识别系统工作原理、关键技术参数和RFID包含到关键技术。
最终，具体分析了系统硬件和系统软件设计过程，设计出门禁系统中RFID卡、门禁控制器和LF发射天线等硬件电路。RFID卡和门禁系统之间采取无线双工通信方法进行数据传输，实现系统快速响应。对硬件电路芯片选择、硬件驱动程序设计、串口通讯程序设计等作了具体具体介绍。

关键词：射频识别，门禁控制器，ID卡，智能门禁

ABSTRACT

Along with the social economy and the rapid development of science and technology, radio frequency identification technology are becoming more widely used in various sectors, particularly the identification and security industries, access control system as an important element of intelligent building more and more attention.Traditional access control system adopted by mechanical locks, and credit card verification, etc., require close operation, when the consumer's hands occupied is extremely inconvenient, and easily lost, copy and unauthorized use, costs are higher.
Radio frequency identification technology makes up for these deficiencies, and radio frequency labels are non-contact, read and write speed, low power consumption,this article designed a use of RFID technology in high-security smart access control system, is the RFID certification quickly confirm that the staff of the true identity of intelligent access control system. When users enter the access control system for the detection range, the system will automatically obtain identity information to identify the person using them is not a legitimate users, and record entry of information, on the illegal intruder alarm signal.
Firstly, has analyzed the entrance guard system domestic and foreign development
present situation and the tendency in this paper, elaborated the entrance guard system current existence question, draws out the topic the research goal and the significance, proposed based on the radio frequency recognition intelligent entrance guard system design plan.
Secondly, on radio frequency identification technology are described, from radio frequency identification technology concepts and works in two parts. From radio frequency identification system of start gives full details of radio frequency identification system works, the main technical parameters and RFID key technologies involved.
Finally, details about the system's hardware and system software design proccess,design out guard system RFID cards, access controller LF transmitting antennas and other hardware circuit. RFID card and swipe used between duplex communication mode wireless data transmission, and realize a rapid response system. On the Select hardware circuit chips, hardware drivers, design, serial communications programs such as the design for specific details.
.
Keywords: RFID,Access Controller,ID Cards, Intelligent Access

目 录

摘要 II
ABSTRACT III
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 课题研究意义 1
1.2 门禁系统发展 2
1.3门禁系统中国外现实状况 3
1.4射频识别技术介绍 3
1.4.1 RFID电磁学原理 4
1.4.2 RFID系统分类 5
1.4.3 RFID系统基础模型 6
1.5本文研究内容 7
第2章 门禁系统总体设计方案 7
2.1 射频识别工作原理 7
2.1.1 射频识别系统组成 8
2.1.2 调制方法和能量传输 10
2.1.3 数据安全性. 11
2.2 系统设计要求和标准 14
2.3系统总体框图 16
2.4可行性分析 18
第3章 门禁系统硬件设计 18
3.1 硬件总体设计 18
3.2 PIC单片机介绍 20
3.3门禁控制器设计 20
3.3.1 微控制器 21
3.3.2低频发射模块 22
3.3.3 RF接收模块 24
3.4 ID卡设计 25
3.4.1微控制器 25
3.4.2 RF发射模块 26
3.4.3 低频接收模块 28
3.5通信模块设计 30
3.6看门狗设计 31
3.7抗干扰设计 32
第4章 门禁系统软件设计 34
4.1 RFID通讯协议 34
4.2系统工作步骤 36
4.2.1 RFID信息读取工作步骤 36
4.2.2电子锁和报警工作步骤 39
4.3 控制器串行通信中止子程序设计 41
结论 44
参考文件 45
致谢 46

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
当今社会科学技术飞速发展，大家全部在感受着高科技带来便利和益处，同时，大家对高科技服务于生活要求和质量也越来越高。中国经济快速发展，城市人口也快速增加，社会财富不停聚集，所以对建筑安全防护系统要求也越来越高。高科技在带给大家生活便利同时，也带来了部分人利用这些高科技手段进行偷窃和抢劫等违法犯罪行为，造成了大家人身和财产安全隐患，大家只有寄期望于更安全、更可靠安全防范方法，来阻止这些犯罪份子侵犯。
自古以来，大家一直使用一把一般锁来保护她们财产，对进出人员进行控制，这种简单方法一直沿袭了几千年，这种一般门锁一直离不开钥匙，而且一把门锁需要一把和之相对应钥匙，多把锁就需要配多把钥匙。钥匙多了就繁琐不便于携带，而且轻易丢失和被盗，不管其结构多么合理，材料多么坚固，总能够经过某种非正常手段打开，所以安全性差。在科技飞速发展今天，传统门锁在很大程度上不能满足大家对安防需求，为了从根本上改变这种局面，产生了智能门禁系统，它是在电子、机械、光学、生物识别技术、计算机技术和通信技术等新技术基础上开发出来。
智能门禁系统是智能IC卡和机械锁有机结合，用智能IC卡替换传统钥匙，用计算机实施智能化管理，处理了传统门锁很多不足。结合小区、工厂等部门管理特点，将一部分大门、单元门、部分关键设备间和会议场所选择安装智能IC卡门禁系统，由计算机或管理人员在中心控制室监控，能够对各个出入口位置、通行人员和通行时间、方向等进行实时控制和设定程序控制，从而实现对出入口智能化控制，已经取得了很好经济和社会效益。
智能门禁系统已成为发达国家和地域部分关键场所关键安防系统之一，和传统门禁安全设备不一样，它从被动转变到主动监控和报警控制，发挥了更高安全防范作用。所以，智能门禁系统在安防控制设备领域中大显风采。依据美国当局调查结果显示:美国门禁设备销售占整个公共安全行业市场销售额57.8%，闭路电视监控及其它报警设备销售总额仅占39.2%，另外台湾安防器材市场年度调查汇报中，门禁系统销售增加率为25%，和其它安防设备增加率相比高出了十几倍。
伴随大家对门禁系统要求不停增加，现在智能门禁控制系统应用越来越广泛，大家对智能门禁系统应用不再仅限于对出入口单一管制，还要求它不仅可应用于智能大厦或智能小区门禁控制、企业考勤管理、安防报警、停车场控制、电梯控制、楼宇智能控制等，而且还能和其它联动控制设备等一起组成含有多个控制功效系统。

1.1.2 课题研究意义
当今科技飞速发展，给大家带来利益同时，也带来了不法份子利用高科技进行偷窃、抢劫和犯罪等问题。怎样才能使大家安全防范方法跟上科技发展、有效阻止这些犯罪行为呢?仅依靠一般防盗门、门锁和监控是不够。原始安防方法就是把门锁上，由人巡查确保安全，伴随科技进步，智能化门禁系统已成为现代化管理关键手段。
现在，智能化已成为自动化领域新技术、新方法和新产品发展趋势和标志，智能化快速扩展到仪器、仪表、设备和整个大系统之中。它不仅深入到军事，也深入到工业控制、商业、建筑业和农业，包含计算机控制、管理、辅助设计和生产过程自动化等各个领域。
智能门禁系统是智能建筑楼宇自动化系统中安全系统，作为一个新型现代化安全管理系统，门禁系统把自动识别技术和现代安全管理方法结合起来。在社会财富不停增加今天，建筑物内关键管理区、出入口、珍贵物品库房、设备控制中心、电梯口等关键部门通道口全部需要加强安全防护方法，这就需要开发出和之相对应智能门禁系统，识别出入口人员身份，对出入口进行控制。在中国IC卡行业发展起始于1993年左右，当初对IC卡行业很重视，高瞻远瞩，国家大力发展我们自己IC卡事业，建立了“金卡工程”。已成功开发出了中国自主版权较大容量存放卡和逻辑加密卡等，不过对于高端CPU卡和非接触IC智能射频卡制卡技术和对应读/写卡设备技术我们仍处于落后状态，极大限制了中国IC卡事业发展，制约着中国“金卡工程”实施，智能门禁控制系统在中国使用还处于发展阶段。
正是在这种背景下，本课题提出了基于射频识别智能门禁控制系统，具体分析和研究了其中一个关键部分一门禁控制系统。门禁控制系统作为居民人身和财产安全关键方法，其研究结果含有深远现实意义。
1.2 门禁系统发展
门禁系统到底是怎样发展起来呢?门禁系统，就是对进口和出口人员控制，也叫做出入口控制系统。在什么地方放人进出，什么地方拒绝人出入，和什么时候需要拉响警报和对出入人员信息存档，从而保障人身和财产安全，是早期门禁系统基础功效。伴随社会不停发展，门禁系统也逐步发展进步和智能化。从人类社会形成开始，伴随大家不停劳动发明了财富，大家有了属于自己财物，为了保障自己财物安全，大家将门用栓子锁起来，所以，人类从找个时候起就对进出门人口控制，从而产生了早期门禁系统。伴随人类社会不停进步，大家安全防范意识也不停提升，出现了安全性能越来越高门锁设备。
传统门锁全部是纯机械装置，不管它内部结构多么复杂，一直依靠于一把很简单钥匙，就能够轻而易举进出，假如钥匙丢失了门锁也就坏了。磁卡式门禁系统填补了这种功效简单和单一不足，用磁卡替换原来钥匙，各方面性能全部得到了改善和提升，不过磁卡存放空间小，磁卡和读卡器之间轻易发生磨损，读卡器轻易被人为破坏，这些原因使得磁卡式门禁系统安全性和可靠性也受到了一定限制。
多年来，伴随计算机技术和网络系统在社会各个领域迅猛发展，门禁系统显示出了它强大发展空间，电子锁不停成熟发展起来，接触式智能IC卡和经过输入密码门禁系统逐步得到大家重视。使用计算机管理整个系统，经过网络连接系统读卡装置管理终端，智能IC卡含有一定存放能力和运算处理能力，经过对IC卡进行授权和初始化处理后能够作为开关门锁特殊钥匙，组成一个智能化现代门禁系统。
伴随接触式智能IC卡门禁系统应用，其市场规模不停扩大，它本身不可克服缺点成为智能IC卡门禁系统发展障碍。通信全球化和网络信息飞速发展，大家对各方面提出了更高要求，要求信息载体便于携带、安全性高、使用简单等，非接触式智能IC卡含有没有机械磨损、维护方便、使用简单等特点，含有强大潜力所以成为业界备受关注新军。伴随数字化普及和发展，数字电路性能不停完善和提升芯片价格也越来越低，使得大家能够有机会设计出大量多种性能、性价比高产品。控制处理模块是门禁控制系统全部功效和组态方法灵魂，它能够充足表现出门禁系统安全防范能力和对日常工作管理。
上个世纪80年代，计算机技术飞速发展和光学扫描技术革新，使得指纹提取成为了现实。在90年代后期，图像设备引入和发展，和图像处理算法为指纹别应用提供了条件，大大促进了生物识别门禁系统发展和应用。
生物识别门禁系统是经过检测人体个人所含有唯一特征方法来进行出入控制，研究表明，人指纹、掌纹、面部特征、声音、视网膜、虹膜、骨骼全部含有唯一性和稳定性特点，即每个人这些特点和她人不一样而且终生不会发生改变，所以能够用这些特征作为判她人员身份依据。从而产生了基于这些特点指纹识别、声音识别、脸部识别等生物识别技术，指纹识别技术是生物识别技术热点。因为人体这些生物特征含有可靠性和唯一性，终生不变，不会遗失和复制，其它介质替换不了优点，所以，基于生物识别门禁系统从识别方法来讲安全性高，可靠性高，而且成本高，对环境要求也高，对用户要求也高，使用不方便。
1.3门禁系统中国外现实状况
门禁控制系统是跟伴随自动识别技术发展起来，拥有很大市场，有很多企业全部从事门禁控制系统生产和开发。在国外门禁系统有很多品牌，关键有美国休斯(HID )、摩托罗拉(MOTOROLA)、英国集宝，以色列SERVANT等品牌，中国门禁系统品牌关键有清华紫光和捷顺等。现在，中国外研究和开发门禁控制系统关键是感应式门禁系统和基于生物识别技术门禁控制系统。在基于生物识别技术门禁控制系统中关键是以指纹识别为应用门禁系统使用最广泛。伴随计算机技术发展、图像处理和自动识别技术提升和大规模集成电路发展，指纹识别系统体积越来越小，价格也不停降低，能够广泛应用于门禁系统和其它很多领域。
不管是感应式门禁系统还是基于生物识别技术门禁系统，她们技术支撑射频识别技术和生物识别技术全部比较成熟。门禁系统作为一个安全保护产品，关键竞争是在其产品安全性和可靠性和性价比上。在通常人看来，基于生物识别门禁系统全部很安全，其实这是一个误解。即使人体生物特征是独一无二，含有唯一性、可靠性和不可替换等优势，从识别方法上来看确实是很安全。不过，门禁系统作为一个整体，其整体安全性不仅包含识别方法安全，还包含控制系统安全、系统软件安全、通信方法安全和电源安全，任何一个部分安全性能全部能够影响到整个系统安全。指纹式门禁系统在安装时需要在门外安装控制器和指纹识别仪，这么一来门锁控制线就会露在门外，轻易被人打开。即使指纹式门禁系统识别方法安全性很高，不过系统整体安全性还是较差。
现在，国外开发使用门禁系统安全性较高，不过价格也相对较高，智能卡门禁控制系统价格从4千到3万不等。中国生产感应式门禁系统和指纹识别门禁系统价格和国外同类产品相比要低大约10%~50%，不过系统可靠性相对会差一点。
1.4射频识别技术介绍
射频识别技术作为快速、实时、正确采集信息和处理信息高新技术，被世界列为二十一世纪十大关键技术之一，在生产、销售和物流等领域有着宽广应用前景，它逐步成为企业提升物流和供给链管理水平、降低成本、实现管理信息化、参与国际经济循环和提升企业竞争力不可缺乏工具和手段。射频识别技术起源于上个世纪40年代雷达技术，在90年代开始广泛使用，射频识别技术是利用电磁感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，经过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现非接触信息传输而且经过传输信息达成识别目标和交换数据技术。从信息传输角度来看，在高频段射频识别技术耦合模型是基于雷达空间探测目标，即雷达首先向空间发射电磁波信号，当碰到目标后该电磁波会携带目标相关信息返回给雷达。在低频段射频识别技术耦合模型是基于变压器，即初级线圈和次级线圈经过电磁感应方法来传输信号和能量。
射频识别技术是当今信息技术在全球物品编码和物资流通方面最新应用，射频识别技术出现，给工业生产、产品配送和日常生活带来了一场前所未有变革，在物流和交通等很多领域发挥着极其关键作用，这一技术将会对提升生产效率和促进人类文明发展产生巨大影响。
1.4.1 RFID电磁学原理
RFID是一个简单无线系统，射频识别系统由一个读写器和多个电子标签组成，读写器非接触式对电子标签进行自动识别，经过射频信号自动识别标签并从电子标签那获取相关数据信息，非接触自动识别采取射频信号，即无线电磁波传输，所以了解相关电磁学原理和电磁波传输规律，能够愈加好了解和使用RFID系统。
(1 )天线场概念
读写器和射频标签之间是经过无线电波传输信息，它们各自天线构建起了二者之间非接触信息通道，由电磁传输基础规律可知，天线周围场区特征完全决定了这种非接触空间信息传输性能。当射频信号被加载到发射天线上后，在天线紧邻空间中会产生一个辐射场，在辐射场之外，还有一个非辐射场。辐射场和离天线距离高次幂成反比，当离开天线距离逐步增大时一，辐射场快速减小。在辐射场某个区域，电抗常常占有优势，所以将这个区域称为电抗近场区，它区域范围大约为一个波长距离。离开无功近场区是辐射场区，依据和天线距离远近不一样，能够将辐射场区分为辐射近场区和远场区。所以依据距离天线远近不一样，周围场区也会展现出不一样性质。
1)无功近场区，在无功近场区这个区域中，电抗性储能场处于支配地位，通常将距离天线λ/2π场区取为无功近场区。从物理学概念上来讲，无功近场区其中电场和磁场是相互转换，和变压器中磁场和电场之间相互转换相类似。无功近场区中若存在其它金属物体，它们会对储能场产生影响，这些金属物体能够看成是组合天线一部分，能够将这些金属物体和原来天线看着新组整天线。
2)辐射近场区，无功近场区之外就是辐射近场区，该区域电磁场已经脱离了天线，不再受天线束缚，以电磁波辐射形式进入空间。辐射场区能够依据离开天线远近不一样分为辐射近场区和远场区。对于通常天线来说辐射近场区也称为菲涅尔区，在该区域辐射场占优势。
3)辐射远场区，又叫做夫朗荷费区，该辐射远场区中辐射角度分布和天线距离无关，从严格意义上说，远场区分布在离天线无穷远地方。实际上，当达成一定距离时，辐射场角度分布就不再受天线距离影响，和无穷远时辐射角度分布误差很小，在许可范围之内时，就把该点看成辐射远场区起点。
（2） 天线方向性图
天线方向性图是指该辐射区域中辐射场角度分布，所以远场区是天线辐射场区中最关键一个，辐射近场区和远场区分界距离R为
R=2D2/λ
式中，D为天线直径，λ为波长。
对于电子标签射频识别系统来说，标签大小基础上是固定且通常很小，所以标签尺寸受到限制，同时标签尺寸还受到读写器天线限制，对于射频识别系统来说基础是全部是采取L/λ=1或L/λ<1天线结构模式。所以依据选择天线结构模式能够计算出天线周围场区分布界限和范围。如表1.1所表示是依据常见RFID波长计算出系统波长和场区距离估算。
表1.1 不一样频率波长场区距离估算值
频率f
波长λ/m
R1=λ/2π
R2=2D2/λ
D=0.1m
<135KHz
>2222
>353m
(>353m)
433MHz
0.693
11cm
(>11cm)
915MHz
0.328
5.2cm
6.1cm
2.45GHz
0.122
1.9cm
16.4cm

当系统工作频率一定时，由天线结构模式可知，场区边界和范围是由电磁波波长决定，无功近场区边界要满足小于辐射远场区内界，场区分布和波长和天线相关，当日线大小和波长相当或比波长大时，其周围场区分布大致满足辐射近场区域在无功近场区和辐射远场区之间。依据天线周围能量辐射方法不一样将天线周围划分为三个场区，场区划分能够表示天线周围场区分布规律和特点，在电抗近场区能量辐射是以磁场和电场相互转换形式向外传输，在辐射场中能量传输方法是以电磁波完成;另外场区划分能够表示场强分布情况，场强分布和离天线距离成反比，离天线越近场强越强。
1.4.2 RFID系统分类
RFID系统能够依据系统完成功效和系统特征分为不一样类型。
依据RFID系统完成功效不一样，能够将RFID系统分为三种类型，即EAS系统、便携式数据采集系统和物流控制系统。
（1） EAS系统，大部分射频标签通常只使用在图书馆图书和商店商品上，这种电子标签通常被称为EAS，即电子物品监视器。图书馆、商店和数据中心等地方是这种技术经典应用场所，当未被授权物品从这些地方出入口非法出入时，EAS系统会拉响警报。EAS系统通常由电子传感器、去活化装置和监视器三个部分组成。附着在目标商品和对象上射频标签，也叫电子传感器;RFID标签去活化装置，对电子标签授权使商品能够正常出入;监视器，对出入口一定区域进行监视。
电子物品监视器工作原理是，在监视器一定监视空间内，发射器向接收器发送一定频率信号，在商场和图书馆出入口安装接收器和读写器，形成一定监视区域。当含有一些特殊特征电子标签进入到此空间时，会干扰发射器发出信号，接收器也会接收这种干扰信号，经过控制器判定和分析后，就会控制报警器拉响警报。
（2）便携式数据采集系统，是指手持式数据采集器上带有射频标签读写器，这种系统灵活性比较大，能够移动读取射频标签信息，在不宜安装ESA系统环境下比较适合便携式数据采集系统。便携式读写器能够一边读取数据同时，一边经过无线数据传输方法向主计算机实时传输数据，也能够将数据临时存放起来，等到完成数据采集以后，再将数据传输给主计算机。
（3）物流控制系统，在给定区域分散配置固定射频标签读写器，而且数据管理系统和读写器直接相连，射频标签通常来说是移动，粘贴在移动物体上面。当带有RFID标签进入到读写器识别区域时，射频签上信息会被读写器自动扫描识别，扫描以后将返回数据信息发给数据管理系统进行存放、分析和处理，从而达成控制物流目标。
依据系统特征不一样也能够对RFID系统进行分类，全部射频识别系统能够按其数据载体存放能力、密码功效、作用距离和处理速度分类，能够从低级到高级组成整个射频识别系统谱系，图1.2所表示。

图1.2 依据系统特征分类
1.4.3 RFID系统基础模型
射频标签和读写器之间经过天线发射电磁波实现二者数据交换。射频标签和读写器是经过电磁藕合方法通讯，电磁藕合方法有两种，近距离经过电感耦合，远距离时经过电磁藕合。射频识别系统工作过程，一直是经过能量交换来实现，数据传输是经过一定时序来实现。在空间传输通道中发生事件可分为三种事件模型，数据交换经过时序方法进行事件模型、为实现数据交换事件模型和为提供能量事件模型。
数据交换经过时序方法进行事件模型，时序是指电子标签和读写器之间工作次序，通常来讲有两种时序。一个是RFT (Reader Talks First )，另一个是TTE (Tag Talks First )，这两种时序是读写器预防冲突协议方法。RFT时序方法是处于“等候”或“休眠”状态电子标签进入读写器识别区域之内时，读写器发出一定频率射频信号将电子标签激活，同时电子标签实施对应读写器命令，然后将实施结果返回给读写器。和RFT方法相反，另一个方法是当电子标签进入读写器工作范围之内时能把标签本身信息发送出去，这种方法叫做TTF方法。以TTF为时序工作方法电子标签被识别速度相当快，所以常常将TTF方法用在快速移动场所，比如高速公路上收费系统;另外TTF方法在预防噪声和处理动态数据方面也很强，所以能够更适适用于工业坏境下追踪。
为实现数据交换事件模型，电子标签和读写器之间数据通信有两种情形，即读写器向电子标签发送实施和配置命令数据通信和电子标签向读写器返回实施结果数据通信。
读写器和射频标签之间数据传输通信是为应用而服务，数据能够在线写入射频标签也能够离线写入。读写器和应用系统之间接口通常有多个，每种接口功效各不相同，应用系统能够依据需要，向读写器发送对应配置命令，读写器将目前全部可能读写器配置状态返回给应用系统，应用系统向读写器发送实施命令，读写器将全部命令实施结果返回给应用系统。
为了给电子标签提供能量事件模型，读写器向无源射频标签提供工作所需要能量，当无源射频标签不在读写器工作区域时，因为没有能量激活电子标签进入休眠状态。当无源射频标签进入读写器射频识别区域时，射频标签接收到读写器发出能量，从而激活RFID标签，射频标签经过整流方法将接收到射频能量转化为电能存放在标签电容里，为标签提供工作能量。对于有源电子标签来说，一直处于激活状态，和读写器相互作用，所以含有比较远识别距离。
1.5本文研究内容
本文围绕着怎样实现安全性高、自动识别认证和实时性高智能门禁系统来展开设计和开发，首先是将电子标签作为人身份载体，然后利用射频识别设备和计算机等硬件来构建门禁控制系统，经过软件编程实现对硬件设备调用和相互之间通信最终实现对射频标签自动识别和门锁控制。本文内容组织以下:
第I章，经过对门禁系统特点、发展趋势和中国外现实状况分析和总结，引出课题研究目标和意义，介绍了射频识别技术相关原理。
第2章，从射频识别系统组成出发，具体介绍了射频识别系统关键技术参数和RFID包含到关键技术，分析系统设计要求和设计标准，得出门禁系统总体设计。
第3章，叙述系统硬件设计过程，关键介绍门禁系统各个模块硬件电路设计和实现。
第4章，叙述系统软件设计过程，关键叙述门禁系统各个模块软件步骤设计和软件协议。

第2章 门禁系统总体方案设计

2.1 射频识别工作原理
RFID是一个易于操控、简单实用且尤其实用于自动化控制应用技术，其基础原理是利用射频信号藕合(电感或电磁耦合)或雷达发射传输特征，实现对被识别物体自动识别。
2.1.1 射频识别系统组成
射频识别系统是由读写器、射频标签和数据管理系统这三部分组成，图2.1所表示。其中，射频标签由天线和芯片组成，每个芯片全部含有一个唯一识别码，在芯片里保留为一定格式数据;读写器是能够非接触读取和写入标签数据设备，能够经过网络和计算机系统通信，获取射频标签信息进行解码、识别和数据管理;数据管理系统关键是对数据存放和管理，而且对电子标签发出读写控制信号。

数据管理系统
接口模块
天线
天线
射频模块
控制模块
控制器
电源
调制器
存放器
编码器
时钟

图2.1 射频识别系统组成
读写器是用来读取电子标签信息和对电子标签实施写操作设备，能够作为一个单独整体，也能够作为嵌入到其它系统之中一个部件。作为一个整体时候读写器能够单独实现数据读写和处理等功效，也能够和计算机联合一起完成对射频标签操作。因为射频标签是非接触性质，所以必需借助于读写器来完成数据读写操作，在射频识别系统中，通常全部是经过计算机来对射频标签进行操作，用计算机来控制写入或读出射频标签数据。
读写器关键功效以下：
①完成读写器和射频标签之间通信功效，在要求条件下，读写器能够和射频标签进行通信。
②读写器能够经过标准网络接口(如RS-232,、RS-485、以太网接口)和计算机之间进行通信，而且提供读写器电子编码、读写器读出射频标签实时时间和读出射频标签信息，以实现读卡器在网络中正常运行。
③能够在读写器工作区域内同时读写多个射频标签，含有防冲撞功效。
④能够校验数据传输过程中错误信息。
⑤对于有源射频标签，能够识别电池电量等相关信息。
经典读写器包含控制射频模块、控制模块、接口模块和读写器天线。很多读写器还有网络接口，能够方便将取得数据发送给应用系统或从应用系统中接收对应命令。
读写器正确接收和解码信息后，读写器经过一定算法对数据进行校验后决定是通知发射器停止发送信息还是告诉发射器接收到信息错误需要进行重发，这就是读写器和电子标签之间命令对应协议，使用这种协议能够在很小空间和很短时间内对多个电子标签同时进行识别，而且还能够有效预防欺骗问题产生。
射频标签又叫应答器或ID卡，是RFID系统数据载体，它由耦合元件和电子标签专用芯片组成，其中芯片模块由存放器、存取控制和射频接口三个部分组成。每个标签全部含有唯一识别码。电子标签粘贴目标对象上，当读写器查询时，射频标签把存放信息发射出去。射频标签能够存放对应人员部分数据信息，而且依据需要能够分别进行管理，还能够依据需要不一样制作新标签，射频标签中内容在被改写同时，也能够永久锁死保护起来。
现在常见标签通常是有带内存集成电路组成，它实际是一个有内存微处理器，射频标签基础任务是读内存、写内存，或用其它方法处理内存中数据。
依据不一样方法，能够对ID卡进行分类，依据ID卡内存属性可分为3种，只读、写一次读数次和可读写数次。依据供电方法不一样，能够分为有源、无源和半无源ID卡。有源ID卡其内部有电池，射频标签电源由电池供给，同时标签电池能量供给也部分转换成射频标签和读写器通信所需要能量。无源射频标签没有内装电池，只能从读写器产生电磁场中经过藕合方法取得电能，通常见整流方法将射频能量转换成直流电源而且存放在标签电容中，无源射频标签含有体积小、重量轻和价格低优点，不过其工作距离和通信速率全部不及有源射频标签。半无源射频标签介于二者之间，只部分依靠电池来工作。
数据管理系统关键任务是对数据进行存放和管理操作，对射频标签发出读写控制信号，数据写入操作通常是离线完成，也就是说将需要写入标签数据在第一次操作时候就写入标签中，应用时只需要将标签直接粘贴在目标物体上。当在生产坏境中需要将信息作为交互式数据文件来处理时，部分RFID应用系统写数据是经过在线完成。
读写器是经过天线来和射频标签进行通信，能够读出射频标签电子编码和其内存中数据和对标签写入操作。经典读写器包含高频部分、控制单元和天线等模块。
射频识别系统是由射频标签和读写器组成，最终是为应用服务，来适应多种多样可能应用需求，可由应用系统开发工具调用标准接口函数来实现读写器和应用系统之间接口API函数。标准API接口函数功效包含4个方面:系统向读写器发出多种控制命令;读写器向系统返回全部命令实施后结果;系统依据需要向读写器发送相关配置命令;读写器向系统返回全部读写配置状态。
射频识别系统是根据一定步骤来工作，首先读写器经过发射天线向电子标签发送一定频率射频信号，此时进入发射天线工作范围电子标签时会产生一定感应电流，射频标签经过耦合方法获取能量，然后把存放在芯片内编码信息发送出去，或电子标签主动向读写器发送一定频率信号，把电子标签电子编码信息发送出去;天