湖南人文科技学院毕业论文（设计）
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
射频识别技术（(Radio Frequency Identification：RFID）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，其应用将给零售、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。为了适应信息时代的需要，保证建筑内部的安全性，满足用户当时的各种需求，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”功能以智能卡来控制门锁的开启，开创了门禁管理的新概念，它不仅给管理者提供了更安全、更快捷、更自动化的管理模式，而且也给使用者带来了极大的方便。本文研究的基于射频识别技术的门禁系统就是这样的一种系统[1]。 1.1.2 课题研究的意义
当今科技飞速发展，给人们带来利益的同时，也带来了不法份子利用高科技进行盗窃、抢劫和犯罪等问题。怎样才能使人们的安全防范措施跟上科技的发展、有效的阻止这些犯罪行为呢？仅依靠普通的防盗门、门锁和监控是不够的。原始的安防措施就是把门锁上，由人巡逻保证安全，随着科技的进步，智能化的门禁系统已成为现代化管理的重要手段。智能门禁系统是智能建筑楼宇自动化系统中的安全系统，作为一种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措施结合起来。在社会财富不断增长的今天，建筑物内的主要管理区、出入口、贵重物品的库房、设备控制中心、电梯口等重要部门的通道口都需要加强安全防护措施，这就需要开发出与之相对应的智能门禁系统，识别出入口人员的身份，对出入口进行控制。本课题提出了基于射频识别的门禁控制系统，具体分析和研究了其中的一个重要部分—门禁控制系统。门禁控制系统作为居民人身和财产安全的重要措施，其研究结果具有深远的现实意义。
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1.2 门禁系统的发展及国内外研究状况
近年来，随着计算机技术的和网络系统在社会各个领域的迅猛发展，门禁系统显示出了它强大的发展空间，电子锁不断成熟发展起来，接触式的智能IC卡和通过输入密码的门禁系统逐渐得到人们的重视。使用计算机管理整个系统，通过网络连接系统的读卡装置管理终端门，智能IC卡具有一定的存储能力和运算处理能力，通过对IC卡进行授权和初始化处理后能够作为开关门锁的特殊钥匙，构成一个智能化的现代门禁系统。
随着接触式智能IC卡门禁系统的应用，其市场规模不断的扩大，它自身不 可克服的缺点成为智能IC卡门禁系统发展的障碍。通信的全球化和网络信息的 飞速发展，人们对各方面提出了更高的要求，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卡具有无机械磨损、维护方便、使用简单等特点，具有强大的潜力因此成为业界备受关注的新军。随着数字化的普及和发展，数字电路的性能不断的完善和提高，芯片的价格也越来越低，使得人们能够有机会设计出大量各种性能、性价比高的产品[2]。控制处理模块是门禁控制系统所有功能和组态方式的灵魂，它能够充分的表现出门禁系统的安全防范能力以及对日常工作的管理。 1.2.1 国外研究现状
目前，欧美门禁系统市场的发展已经日趋成熟，产业分工细化，在国际市场上占有较大的份额。生产卡和读卡器的厂家就只生产卡和读卡器，如美国的休斯(HID)、西屋(WSE)、洛泰克(NTK)，以色列的DDS、英国的集宝等品牌。国外设计开发的的门禁系统安全性较高，但价格也不菲。生产控制器的公司就只研究生产控制器和软件。如美国的Northern Computer公司、CSI公司。随着其产业化的形成，也由于大公司之间的相互竞争，使其利润率不断下降，产品价格不断大幅降低，现已进入1000美元一套系统的可广泛运用的市场。正是由于市场的不断成熟，人们在普遍接受门禁系统的观念之后，在采购方面已可很方便地分别从不同公司采购到各部分设备，自己进行系统集成就可为用户方便安装成整套系统。从目前全球门禁系统的前端输入设备的水平及发展方向来看，虽然磁卡和接触式IC卡读卡器在门禁系统的应用中还有一部分市场，但从发展趋势上看，除宾馆锁外，磁卡和接触式IC卡读卡器已在逐步地退出门禁系统市场[2-3]。 1.2.2 国内研究现状
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国内从事门禁系统有门吉利、捷顺、北京青云等公司。国内对门禁系统的研究已经从认识教育和试用阶段进入到了研发阶段，但在门禁系统的设计与制造过程中还有以下几点不足之处，主要表现为：
（1）采用国外已有的集成模块，像读写器、门禁控制器、天线模板等； （2）对国外已有的系统进行仿造； （3）产品单一、开发成本较高。
在技术方面，中国目前也有很多厂家，仿制国外优秀的门禁系统，但是生产IC卡和读卡器的关键技术则被欧美国家和部分亚洲国家所垄断。而在系统的结构方面，国内的门禁系统大多以控制器为核心构建的，门控器大多由国外企业研制。即门禁控制器先接收读卡器的信号，再根据信号来决定是否开门。但国内大部分厂家对门禁系统的研制处于感知阶段，并没有从理论上对门禁系统进行研究。虽然国内已经实行“金卡工程”，并且对于非接触式IC卡的技术的开发和应用给予高度重视，但是智能门禁系统的使用在国内还处于发展时期，因此对关于门禁系统的理论进行研究非常需要。
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第2章 门禁系统的理论研究技术基础
2.1 射频识别技术简介
射频识别技术作为快速、实时、准确的采集信息和处理信息的高新技术，被世界列为21世纪十大重要的技术之一，在生产、销售和物流等领域有着广阔的应用前景。它逐渐成为企业提高物流和供应链的管理水平、降低成本、实现管理信息化、参与国际经济循环和提高企业竞争力不可缺少的工具和手段。射频识别技术起源于上个世纪40年代的雷达技术，在90年代开始广泛的使用，射频识别技术是利用电磁感应、无线电波或者微波进行非接触双向通信，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。
射频识别技术应用领域众多，是当今信息技术在全球物品编码和物资流通方面的最新应用，射频识别技术的出现，给工业生产、产品配送和日常生活带来了一场前所未有的变革，在物流和交通等很多领域发挥着极其重要的作用，这一技术将会对提高生产效率和促进人类文明的发展产生巨大影响。 2.1.1 射频识别技术原理
RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成的，见图2-1。其中，读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路(IC)芯片及其外接天线组成，其中RFID卡芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。
应答器读写器射频前端逻辑控制计算机存储器图2-1 射频识别系统原理图
RFID应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得
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的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理，所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线。一方面，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式。 2.1.2 射频识别系统的结构
射频识别系统的组成如图2-2。一个典型的识别系统共由两部份组成：读写器和射频卡。读写器同射频卡之间通过无线方式通讯，因此它们都有无线收发模块及天线。射频卡应置于要识别的物体上或是由个人携带，射频卡是信息的载体，其中有存储器，内存容量为几个比特到几十千比特，可以存储永久性数据和非永久性数据。永久性数据可
读写器数据收发模块控制模块天线能量天线射频卡收发模块控制模块接口模块存储器计算机图2-2 RFID系统结构
以是射频卡序列号，它是用来作为射频卡的唯一身份标识，不能更改；非永久性数据写在E2PROM等可重写的存储器内，用以存储用户数据。射频卡可以根据读写器发出的指令对这些数据进行相应的实时读写操作。控制模块完成接收、译码及执行读写器的命令，控制读写数据，负责数据安全等功能。射频卡分无源卡和有源卡两种，有源卡内置天线和电池，而无源卡只有内置天线没有电池，其能量由读写器提供，由于无源卡无需电池因此其尺寸较小且使用寿命长，应用越来越广泛。读写器的核心部分是控制单元，高频通讯模块和天线，读写器内的控制单元模块往往具有很强的处理功能，除了完成控制射频卡工作的任务，还要实现相互认证、数据加密、数据纠错、出错报警及与计算机通信等功能。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。 2.1.3 RFID同其它自动识别技术的比较
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