基于无线通信的无线射频门禁系统的设计与实现

一、项目概述

1.1 引言

门禁系统是新型现代化公共安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术和生物技术等诸多新技术，是重要部门出入口实现安全防范管理的有效保障。随着无线射频识别技术的发展，非接触式IC卡门禁系统由于其技术成熟、价格低廉、使用方便等优异的性能，已成为住宅、楼宇、银行等系统的重要组成部分。使用新型高安全、可靠性的无线门禁系统，对于保护国家人民群众的财产、安全及其维护社会稳定具有重要意义。

1.2 项目背景/选题动机

目前的智能门禁系统大多数是基于有线通信的方式来实现的。众所周知，有线通信具有安全、稳定性好、易于实现等优点；但同时有线通信方式具有初装费用高、施工时间长、无法移动、变更余地小、维护费用高、覆盖面积小、扩展困难等缺陷。随着通信技术的发展，无线通信网络进入了一个新的天地。功能强、容易安装、组网灵活、即插即用的网络连接、可移动性强等优点，使得无线网络提供了不受限制的应用。因此无线射频门禁系统不但能提高安全性和可靠性，而且相对传统的契合性机械装置，无线射频门禁系统磨损消耗少，使用时间长，能有效减少门禁设备的更换，同时Atmel公司的AT32UC3A单片机具有较低的工作电压和多种工作模式，极大的降低了工作能耗，这些对于当今环保节能的大潮流下，无疑具有重要意义。

二、需求分析

2.1 功能要求

1）被授权用户（住户）

对被授权用户，是系统设定允许主动通过门禁的对象，他们可以通过刷卡或者从外接键盘输入密码的方式开门。

2）非授权用户（来访客人）

对非授权用户，是系统设定阻止主动通过门禁的对象，他们可以通过无线语音呼叫，取得与室内住户的联系，经身份确认后，由住户打开门禁。

3）非法入侵（小偷等）

对于企图以破坏门禁系统等非法手段打开门禁系统的情况，系统能够自动向小区保安中心紧急报警。

2.2 性能要求

1）安全性

该系统能够阻止一切非授权对象的主动进入，保障财产生命安全。

2）可靠性

该系统能够稳定的工作，能较好的抵抗外界干扰，保证动作的准确性。

3）实时性

该系统能够实时响应用户对象。

4）灵活性

该系统能够比较容易的扩展，方便添加新用户。

5）保密性

该系统具有较强的防破译能力，强力保护用户密码。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

该无线门禁系统硬件主要包括主控设备、电控锁、电源、语音压缩/控制平台、无线传输平台，其他周边设备几个部分构成，系统整体架构如图1所示。

当被授权用户刷卡开门的时候，读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活，射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去，系统接收天线接收到从射频卡发送来的调制信号，经天线调节器传送到读卡器，读卡器对接收的信号进行解调和解码然后送到主控设备进行相关处理；主控系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作，若被授权用户忘记带卡，还可以通过系统的外接键盘输入密码来开门。

图1 系统整体框架示意图

3.2 硬件平台选用及资源配置

选用EVK1100硬件平台。

3.3系统软件架构

整个软件的设计不仅能够实现连接的建立，同时必须保证数据传输的准确性。 在主机主控设备的FLASH程序存储器中，存储一张与从机频率一一对应的地址码表。该码表的每一个频率都与主机的一组按键值相对应。当主机的按键按下，主机的主控设备在FLASH 码表中搜索与之对应的发送频率， 将主机无线传输系统的发送频率配置于该频率，并发送一个连接请求 ASK。能够接收到此ASK请求的从机只能是具有相同接收频率的从机。若主机正确接收到从机回复的允许连接的ACK，则连接建立。

由于外界环境的干扰，主机发送 ASK后，可能在ASK 传输过程中出错而无法得到从机的响应。因此主机在发送一个 ASK连接请求后将开启一个定时器，若超过定时器的定时时间之后系统主机仍然没有接收到从机的ACK响应， 则主机将重新发送一个连接请求。 从机等待主机的连接请求ASK， 并根据自身的状况选择回复或者不回复 ACK。