基于RFID技术的学生宿舍门禁系统设计

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0.引言学生宿舍是学生学习、生活、休息的场所，也是学院精神文明建设和素质教育的窗口。由于学院地处偏僻，周边鱼龙混杂，而学院为了节省人力和财力，没有给每栋宿舍配备专门工作人员值守，导致学生宿舍屡次发生被盗事件，损失惨重，造成很恶劣的影响。为此，本设计将RFID 识别技术引入到学生宿舍门禁系统当中，以此来提高学生宿舍管理的安全性和可靠性。1.RFID 技术简介无线射频识别技术（RFID ）是利用电磁感应、无线电波或者微波，通过空间耦合实现非接触信息传递并且通过传递的信息达到识别目的和交换数据的技术。[1]射频识别系统的主要核心部件是读写器和电子标签。读写器是用来读取电子标签的信息和对电子标签执行写操作的设备，读写器包括射频模块、控制模块、接口模块及天线。电子标签就是射频卡，它由耦合元件和射频标签专用芯片组成。射频识别的工作流程是，首先读写器通过发射天线向电子标签发送一定频率的射频信号，此时进入发射天线的工作范围的电子标签会产生一定的感应电流，电子标签通过耦合的方式获取能量，然后把存储在芯片内的编码信息发送出去，或者电子标签主动向读写器发送一定频率的信号，把电子标签的射频编码信息发送出去；天线在收到电子标签发送过来的载波信号后传给读写器，读写器对收到的信号解调和解码[2]。2.基于RFID 技术的学生宿舍门禁系统硬件设计要点分析学生宿舍门禁系统的整体硬件结构框图如下图1所示。

语音模

图1系统整体硬件框图系统是以单片机STC12C5A60S2为最小控制系统，利用芯片CD4060产生稳定的125KHZ 的方波经过用三极管功率放大后作为天线的载波，当有ID 卡在天线的接收范围内时，此时将把接收回来的信号经过检波电路后发给由芯片LM358搭建的滤波及放大电路；最后得到带有ID 卡信息的采用曼彻斯特编码的信号传给单片机STC12C5A60S2进行解码，读出ID 卡的卡号，单片机利用所提取出来的卡号判断卡号是否合法，并根据判断结果采取相应的措施。同时系统实时读取DS1302中的时间信息，在LCD128上显示出来；还可以通过按键控制进行当前系统的模式设置，以及语音播报时间信息。由于门禁控制系统的工作环境一般比较恶劣，受噪声干扰比较严重，因此要求系统能适应噪声干扰的环境，因此在制作系统PCB 是需要考虑到电路的抗干扰能力，对电路进行抗干扰设计[3]。统时采用了以下的方式来达到抗干扰的目的：（1）接地

在设计射频电路的PCB 时，电源线和地线的布线采用合理的布线能够很好的克服电路间的电磁干扰。[4]因此在PCB 覆铜时将整个板子的设置为GND ，而且在设计双层板时，将Top Layer 与Bottom Layer 直接的地多打过孔，让顶层与底层直接的GND 充分连接。高频信号在线路传输时容易产生互感，为了防止互感带来的信号干扰在设计PCB 时尽量缩短信号线长度，且在可能产生互感的两线路中间放置一个地线，

用来隔离两线路间的互感。在各个模块电路之间也要用地线来进行隔离，防止模块间的干扰。

（2）去耦

在电路的各个关键部位配置合适的去耦电容。在集成电路的电源

与地之间并接去耦电容，一方面可以为集成电路蓄能，另一方面可以过滤高频噪声。在设计去耦电容时，引线不能设计太长，特别是在设计高频旁路电容时，通常高频旁路电容不设置引线。（3）元件的布局与走线为了避免器件与线路板对射频电路造成影响，在设计PCB 时，元件间的布局显得尤为重要。在设计电路板时最好选择使用两层电路板，对电路进行布线时要避免线路拐直角，在需要拐角的地方应以135度角为宜，以提高电路的抗干扰能力，抑制高频噪声干扰。对于射频电路，信号线的布局、走线的宽度和线间距的设计要合理，避免信号传输线之间的额交叉干扰。[4]

3.基于RFID 技术在宿舍门禁系统中的硬件电路实现(1）STC12C5A60S2最小系统电路

该系统选用STC12C5A60S2作为本系统的处理器，此单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统

8051，但速度提升了8-12倍，完全可以胜任本系统的数据运算处理。[5]

(2）载波产生电路

CD4060是由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器

的结构可以是RC 或者晶振电路。[6]此模块的振荡器为4MHZ 晶振电

路，经过CD4060的32分频得到稳定的125KHZ 的方波，为阅读器提供稳定的载波信号。(3）阅读器硬件电路

主要包括功率放大电路、检波电路、滤波电路。将125KHZ 载波信

号经过限流电阻R1后送入推挽式连接的三级管功率放大电路，放大后

的载波信号通过天线发射出去。[7]将带有ID 卡的相关信息的信号经过

检波电路除去125KHZ 的载波信号，还原出有用数据信号。滤波放大电路采用集成运放LM358对检波后的信号进行滤波整形放大，放大后

的信号送入单片机进行解码，从而得到ID 卡的卡号。[7]

(4）DS1302时钟电路

该单元为整个门禁系统提供稳定的实时时钟，且有掉电保护，当系统断电有备用电池为芯片供电，使其时间始终正确。(5）语音播报电路

主要由语音芯片和扬声器组成。此语音芯片内部分地址储存了相应的语音信号，可采用模拟串行的控制方式，如需要播放第几个地址的内容就发送几个脉冲。此语音芯片可为本门禁系统提供语音播报ID 卡号、当前时间及日期信息。(6）LCD128液晶显示及按键控制电路

本门禁系统的LCD128采用的8位并行接口方式，配合按键的使用，通过单片机设计人机交互界面。4.基于RFID 技术在宿舍门禁系统中的软件设计实现使用系统之前现有管理员录入学生及相关人员信息到ID 卡里保

存起来，只有这部分射频卡系统才会判断为合法的，其他的射频卡都将

基于RFID 技术的学生宿舍门禁系统设计

三亚学院理工学院郭芸君李选政孙胜述

[摘要]首先简要介绍了RFID 射频识别技术，并以学生宿舍门禁系统为研究对象，将射频识别技术引入到该系统当中，提高了学生宿舍的安全性和可靠性。文章详细分析了系统硬件电路及软件的结构和实现，以及后续可以改进的技术。

[关键词]RFID 技术学生宿舍门禁系统识别

基金项目：海南省教育厅自然科学基金资助课题（编号Hjsk2012-47）；三亚市重点实验室项目（编号L1305）。作者简介：郭芸君，本科，中南大学，通信工程，三亚学院，实验员，研究方向：实验教学、通信实验教学的研究。―

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判断为不合法。当识别为合法ID 号后，会显示相关信息以及播报卡号，并且会打开门禁；当识别为不合法ID 号后会发出警告。按照此种方式，整个宿舍门禁系统的软件实现如下图2所示，下面对软件部分的要点进行详细分析。

图2系统软件工作流程图(1）曼彻斯解码曼彻斯通过电平的跳变来对二进制数据“0”和“1”进行编码，即位数据“1”可视为“10”，位数据“O ”可视为“01”，则位数据可视为由128位组成。为了获得完整且连续存放的位ID 信息，在此接收两轮完整的位数据，即接收256位。则上一轮接收到的停止位后紧跟着的必然是本轮接收到的起始位，据此找出起始同步头。再根据曼码特点获得ID 卡的有效数据(“10”解码为“1”；“01”解码为“O ”)并进行LCR 校验，若校验无误程序则返回“1”，且将ID 卡号储存在数组code-buff[]中，并准备下一次的解码；否则，直接准备下一次解码。[7](2）卡号核对及报警

系统在识别到有射频卡接触时，首先通过解码程序将检测到的卡号储存在codebuff[]中，然后在通过调用check()函数对卡号进行核对。

如果核对的卡号是合法的就将门打开，否则就将开启报警模式，提醒用

户有非法卡号尝试进入。

(3）用户界面设计

系统使用LCD128液晶显示屏作为显示界面，通过程序设计了不

用的用户界面。分别有待机主界面、访客模式界面、系统设置界面，其中

系统设置界面中又可设置其三种访客模式，分别为休息模式、有人模式、无人模式。当在休息及无人模式下有访客按门铃，此时的门铃不会响，

并且系统会给出相应提示；当在有人模式时，此时的门铃才会响，所以使

得该系统具有友好的人机交互界面，使其更进一步人性化、智能化。

5.结束语

智能门禁系统在当今社会中会越用越广，因此在这方面的技术会

不断的更新，人们对其安全性、适用性要求也会越高。本设计完成了门禁系统的基础功能，在其基础上还可以考虑增加键盘，在识别射频卡后在通过键盘输入密码以增加系统的安全性，对于一些重要的场所可以

将指纹识别和射频识别结合起来，一个ID 号对应一个指纹，这样可以适用于银行、重要仓库等场地。

参考文献

[1]张润.基于C8051F301的射频读卡系统的设计与实现[D].苏州.

苏州大学.2010.

[2]陈锦.谭思云,姜涛.基于射频识别的小区门禁系统设计[J].仪表

技术,2010(5):16-18.[3]陈锦.基于射频识别技术的门禁系统研究[D].武汉.武汉理工大

学.2010.

[4]马宁,陈莉.射频电路板抗干扰设计[J].现代雷达,2005(9):75-77.

[5]刘权,李哲涛,杨国华.基于TC35i 短信通信的多功能远程控制终端[J].兵工自动化,2012,31(9)：82-85.[6]赵明,曹刚,秦大为.基于CD4060的路灯照明系统定时器的设计[J].灯与照明,2009,33(4):44-46.[7]敖华,陈源睿,骆祖国,等.基于A VR 单片机的125kHz 简易RFID 阅读器设计[J].现代电子技术,2010,7(318):111-114.（上接第72页）

图1车轮组装配图

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基于RFID技术的学生宿舍门禁系统设计

作者：郭芸君， 李选政， 孙胜述

作者单位：三亚学院理工学院

刊名：

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英文刊名：Science & Technology Information

年，卷(期)：2014(12)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjxx201412047.aspx