（通信与信息系统专业论文）基于rfid技术的智能门禁系统设计.pdf

j f j l l lif l h l r f l i l l l r l l ii ijjfli lliif y 17 14 4 6 5 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：弓长煌 指导教师签名： 1 , o l o 年月上7 日 侧啤歹月彳r 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数扼库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 留，不保密。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：纭洼 跏j o 年上月乃r 指导教师签名： 劢q 年了月勺尹 摘要 摘要 r f i d 技术利用射频信号通过空间耦合( 电磁感应或电磁传播) 的方式来实现信息 无接触式传递并且与标识物进行信息的交换以达到识别物体的目的。现今，r f i d 技 术已经被广泛的应用到各个领域，如：商流、物流、信息和资金等方面，并以前所 未有的速度迅猛发展，引起了许多国家的重视。与此同时，r f i d 技术在门禁管理系 统方面的研究与开发也趋向成熟。 门禁控制系统是采用现代电子与信息技术控制建筑物内外的出入，对人( 或物) 的进出，实行放、行、拒绝、记录和报警等操作的一种电子自动化系统。门禁系统 通过在建筑物内的主要管理区的重要部位的通道口安装门磁，电控锁或控制器，读 卡器等控制装置，并设有管理人员在中心控制室监控，能够对各通道口的位置，通 行对象及通行时间，方向进行实时控制或设定程序控制，从而实现对出入口的安全 控制。 本文在对r f i d 技术和射频卡的基本工作原理进行分析的基础之上，提出了门禁 系统的关键器件射频读卡器的设计方法，并对局域网门禁系统的组网方法进行 了分析设计。具体工作如下： 1 ) 通过调查研究，根据实际应用需求，提出了具体的门禁系统设计方案和上位机 所具备的主要功能：电子钥匙、权限管理、记录的查询、操作员权限的管理以及考 勤的管理。管理人员能够利用门禁系统随时设置、识别人员的权限，直接控制了人 员的非法进入，实时记录每个受控区域进出的人员、时间，出现问题时，可查阅历 史记录，分析进出人员。 2 ) 设计出专门适合于大型企业和楼宇的局域网门禁系统联网方案。针对传统门禁 基于r s 4 8 5 通讯方式，传输距离和节点数量都受到限制，无法实现远程控制和智能化 管理问题，提出了采用基于t c p i p 网络的门禁设计，能够使更多服务器、工作站参 与到管理中来。 3 ) 射频读卡器的设计可分为硬件部分和软件部分。硬件部分采用模块化的设计思 想，以读写芯片m f r c 5 0 0 为核心，结合主控模块a t 8 9 c 5 2 ，r s 2 3 2 接口电路，设计 溪发卡器的硬件电路，实现对射频卡的控制与中心控制机之间的互通。系统研究了 m f r c 5 0 0 的读写流程，采用c 语言进行系统的下位机程序的开发，完成了读发卡器 与i c 卡之间的通信，实现数据交换功能。并且采用v b 6 0 和s q l 2 0 0 0 开发系统的上位 机程序。开发出人性化，安全性高的系统操作程序。 关键词射频卡；门禁系统；读卡器；a t 8 9 c 5 2 ；m f r c 5 0 0 ；数据库 河北科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i 强i dt e c h n o l o g yu s e sr a d i of r e q u e n c ys i g n a l st or e a l i z e o b j e c t sa n dt r a n s f e r i n f o r m a t i o n t h r o u g hs p a c ec o u p l i n g ( e l e c t r o m a g n e t i ci n d u c t i o no re l e c t r o m a g n e t i c t r a n s m i s s i o n ) w i t h o u ta n yc o n t a c t i n g n o w a d a y s ，r f i dt e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l y u s e di nv a r i o u sf i e l d s ，s u c ha s ：t r a d e ，l o g i s t i c s ，i n f o r m a t i o na n dc a p i t a l ，e t c a n dw i t h u n p r e c e d e n t e ds p e e dr a p i dd e v e l o p m e n t ，m a n yc o u n t r i e sh a v ep a ym u c hm o r ea t t e n t i o nt o i t m e a n w h i l e ，t h er e s e a r c ho fr f i dt e c h n o l o g yi nt h ee n t r a n c eo fm a n a g e m e n ts y s t e m a l s ot e n dt om a t u r e e n t r a n c eg u a r ds y s t e mi sa l le l e c t r o n i ca u t o m a t i o ns y s t e mw h i c ha d o p t e sm o d e r n e l e c t r o n i ca n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt oc o n t r o le n t e r si n s i d ea n do u t s i d et h eb u i l d i n g s ， a n dr e f u s e ，r e c o r da n da l a r m e n t r a n c eg u a r ds y s t e mp l a c e sm a g n e t i cd o o rl o c k ，e l e c t r i c i n s t a l l a t i o no rc o n t r o l l e r ，t h er e a d e r , e r ei nt h eb u i l d i n go ft h em a i np a r t so ft h ei m p o r t a n t t r o o p sa n dn e e d sap e r s o nt om o n i t o ri nt h ec e n t r a lc o n t r o lr o o m i tc a nl o c a t e ，t r a c ka n d r e c o r dt r a f f i ct i m eb yp r o g r a m m i n g ，s oi tc a nr e a l i z es a f e t yc o n t r o lo ft h ee n t r a n c e b a s e do nt h er e a c ho fr f i dt e c h n o l o g ya n dt h eb a s i cp r i n c i p l eo fr a d i of r e q u e n c y c a r d s ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt h ed e s i g nm e t h o d so fk e yd e v i c e sa c c e s ss y s t e m f r e q u e n c y c a r d sr e a d e r ，a n da n a l y z e st h em e t h o d so ft h el a na c c e s ss y s t e mn e t w o r k i n g t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dw o r k ： 1 ) t h r o u g hi n v e s t i g a t i o na n db a s e do nt h ea c t u a la p p l i c a t i o nn e e d s ，i tp u t sf o r w a r d s p e c i f i cd e s i g no fa c c e s sc o n t r o ls y s t e ma n dt h em a i na v a i l a b l ef u n c t i o n so f h o s tc o m p u t e r i nt h i sp a p e re l e c t r o n i ck e ym a n a g e m e n t ，t h eq u e r y , o p e r a t o r ，r e c o r do fa t t e n d a n c e m a n a g e m e n ta n dj u r i s d i c t i o no ft h em a n a g e m e n t a d m i n i s t r a t o r sc a ns e ta n di d e n t i f yt h e e x t e n to fa u t h o r i t yb yu s i n gt h ee n t r a n c eg u a r ds y s t e mi d e n t i f i c a t i o no fp e r s o n n e la n d c o n t r o lt h ei l l e g a le n t r yd i r e c t l y ，r e c o r d sa n dc o n t r o l l st h ep e r s o n go fe v e r ya r e ai nr e a l t i m e 2 ) i tp u t sf o r w a r dal a nn e t w o r k i n gp r o g r a mf o rl a r g ee n t e r p r i s e sa n db u i l d i n g a c c e s sc o n t r o ls y s t e m t r a d i t i o n a la c c e s sb a s e do nr s 4 8 5c o m m u n i c a t i o nm o d e ，s ot h e t r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n dt h en u m b e ro fn o d ei sl i m i t e d a n dc a nn o tt or e a l i z er e m o t e c o n t r o la n di n t e l l i g e n tm a n a g e m e n ti s s u e s t h ep a p e rp u t sf o r w a r da nd e s i nb a s e do n t c p i pn e t w o r k ，i tc a nm a k em o r es e r v e r s ，w o r k s t a t i o n st op a r t i c i p a t ei nt h em a n a g e m e n t 3 ) t h ed e s i g no fr fc a r dr e a d e rc a nb ed i v i d e d i n t ot h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e c o m p o n e n t st h eh a r d w a r ep a r tu s e sm o d u l a rd e s i g nt h o u g h t ，b a s e do nm o d u l a rd e s i g n c o n c e p ta n dr e a da n dw r i t ec h i pm f r c 5 0 0 ，c o m b i n e dw i t hm a i nc o n t r o l m o d u le a t 8 9 c 5 2 r s 2 3 2i n t e r f a c ec i r c u i t ，i td e s i g n sr e a d c a r dh a r d w a r ec i r c u i t v ，c o n t r o l sr f c a r da n dm a k e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ec e n t r a lc o n t r o lm a c h i n ec o m et r u e a f t e r s y s t e m a t i cs t u d yo ft h em f r c 5 0 0r e a d i n ga n dw r i t i n gp r o c e s s ，i tu s e scp r o g r a m m i n g l a n g u a g et od e s i g nl o w e rc o m p u t e rp r o g r a m m ea n dc o m p l e t e dar e a d | i cc a r di s s u i n g d e v i c ea n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ed a t ae x c h a n g ec a p a b i l i t i e s u s i n gv b 6 0a n d s q l 2 0 0 0d e v e l o p m e n ts y s t e mt od e v e l o pah u m a n e ，h i g hs e c u r i t y h o s tc o m p u t e r p r o g r a m k e y w a r d s r fc a r d ；g u a r dc o n t r o ls u b s y s t e m ；a t 8 9 c 5 2 ；m f r c 5 0 0 ；d a t a b a s e i i i 河北科技大学硕士学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1课题研究的背景及意义1 1 2门禁系统发展趋势1 1 3 国内外研究现状2 1 4 本文研究的主要内容和结构安排一3 第2 章基于r f i d 的门禁系统理论研究基础4 2 1 射频识别技术概述“4 2 1 1 射频识别系统的组成4 2 1 2r f i d 同其它自动识别技术的比较一5 2 2 非接触式i c 卡技术6 2 2 1m i f a r e l 卡简介6 2 2 2m i f a r e l 射频卡功能组成一7 2 2 3r f 射频接口电路一7 2 2 4 数字电路部分8 2 2 5m i f a r e l 的工作原理1 0 2 3r f i d 系统安全与隐私问题1 1 2 3 1r f i d 系统的安全机制的相关研究1 3 2 3 2 身份验证1 3 2 3 3安全协议设计15 2 3 4r f i d 标签设计“16 2 3 5a e s 体系结构一17 2 4 本章小结“2 1 第3 章门禁系统硬件电路设计2 2 3 1射频读卡器微处理器模块的设计2 3 3 1 1a t 8 9 c 5 2 单片机简介2 3 3 1 2a t 8 9 c 5 2 功能特性概述2 3 3 1 3a t 8 9 c 5 2 的接口电路一2 5 3 2 射频读卡器读写模块的设计2 5 3 2 1m f r c 5 0 0 功能概述2 5 河北科技大学硕士学位论文 5 5 本章小结一5 6 结论5 7 参考文献5 9 攻读硕士学位期间所发表的论文6 2 致 谢6 3 目录 3 2 2m f r c 5 0 0 特性2 6 3 2 3m f r c 5 0 0 的并行接口2 6 3 2 4 微处理器接口类型自动检测2 6 3 2 5m f r c 5 0 0 寄存器设置2 7 3 2 6m f r c 5 0 0 电路连接2 7 3 3m f r c 5 0 0 天线设计介绍2 8 3 3 1m f r c 5 0 0 天线系统配置2 8 3 3 2m fr c 5 0 0 匹配电路和天线的设计2 8 3 4 射频读卡器通信模块设计31 3 5 本章小结3 3 第4 章门禁系统的下位机程序设计3 4 4 1初始化程序设计蔓3 4 4 2 读卡程序设计3 7 4 2 1a t 8 9 c 5 2 对m f r c 5 0 0 读写指令的说明3 8 4 2 2 寻卡3 9 4 2 3防冲突4 0 4 2 4 选择卡片一4 2 4 2 5 验证4 3 4 2 6 读取卡片”4 4 4 2 7 卡挂起4 5 4 3串口通信实现4 6 4 4网络门禁设计4 8 4 4 1t c p i p 网络门禁的优势4 8 4 4 2t c p 口门禁系统联网实施方案一4 8 4 5本章小结4 9 第5 章门禁系统上位机程序设计5 0 5 1系统实现的主要功能“5 0 5 2系统结构”5 0 5 3 数据库设计”5 1 5 3 1 开发环境5 1 5 3 2门禁系统数据库的设计5 2 5 3 3v b 6 0 连接访问数据库的方法“5 2 5 4门禁系统主要界面5 3 v 第1 章绪论 1 4 本文研究的主要内容和结构安排 智能门禁系统设计主要分为两个部分：硬件系统和软件系统。硬件系统包括射 频卡读写器电路的设计和相关芯片的选择；软件系统包括非接触式i c 卡读写程序的 设计、防冲突程序等的设计和串口通信程序的编写，以及门禁系统管理界面的设计。 以射频识别技术为基础，依照国际标准i s 0 1 4 4 4 3 ，设计出一种完整的非接触式i c 卡 读写模块并提出网络化门禁系统的设计方案。针对系统硬件和软件之间要建立起来 的通信协议，采用v b 6 0 来完成二者之间的串口通信，并建立人性化的管理界面。 论文的结构安排如下：第1 章：绪论。介绍了论文的研究背景和意义、门禁系统 的发展趋势和国内外研究现状以及本文的研究内容和结构安排。第2 章：基于r f i d 的门禁系统理论研究基础。主要介绍了射频识另j ( r f i d ) 系统的概念、射频识别系统 的组成及工作原理，着重阐述了非接触式i c 卡技术的特点，并讨论了r f i d 的系统安 全性。第3 章：门禁系统硬件电路设计。着重介绍了读卡器的硬件设计，包括读卡器 微处理器模块的设计、射频读卡器读写模块的设计、天线的设计、通信模块的设计。 第4 章：门禁系统下位机程序设计。包括读卡器主程序介绍的设计和读卡程序的设计， 并且提出网络门禁系统的设计方案。第5 章：门禁系统上位机程序设计。通过对上位 机系统的进行分析，介绍了系统所实现的主要功能，并在此基础之上提出数据库结 构设计思想，数据库的开发环境及具体的程序设计，最后给出系统的主要工作界面。 在文章的最后，对本设计进行了全面的总结，提出了后续研究的方向。 3 河北科技大学硕士学位论文 第2 章基于r f i d 的门禁系统理论研究基础 2 1 射频识别技术概述 射频识另j j ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，r f i d ) 技术是从八十年代逐渐走向成熟 的一种自动识别技术，是当前最受人们关注的技术之一，该项技术既传统也充满新 意和活力。射频识别是无线电识别的简称，即通过无线电波进行识别。它源于无线 电通信技术，综合了现代计算机智能控制、智能识别、计算机网络等高新技术，顺 应了计算机集成制造系统、电子商务等热点应用的发展需要。射频识别应用电磁场， 以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息。由于大规模集成电路技术的 日益成熟，使得射频识别系统的体积大大减少，从而进入了实用化阶段。射频识别 技术具有非接触、自动完成识别过程、不易损坏、可识别高速运动物体、数据存储 量大等优点，极大地加速了有关信息的收集和处理，在近年来获得了极为迅速的发 展f 删。 r f i d 应用领域众多，已经渗透到人们日常工作和生活的各个方面，给人们的社 会活动、生产活动、思维观念、行为方法带来了巨大的变革。应用和不断增长的市 场需求是技术发展的动力，射频识别系统的产品是市场增长最快的电子产品之一， 具有极好的产业前景。 2 1 1 射频识别系统的组成 射频卡 图2 1射频识别系统的组成 f i g 2 1 t h ec o m p o s i t i o no f r f i ds y s t e m 一个典型的射频识别系统由两个部分组成，应答器( 又称电子标签、射频卡) 、阅 河北科技大学硕士学位论文 来越广，已完全超出其“出入口安全管制”的概念。可见，门禁系统将有更广阔的发 展空间。根据当前门禁系统的发展状态和近几年门禁系统发展的需求，未来门禁系 统发展的趋势将呈现以下特点： 1 ) r f t d 卡的发展趋势为可读写的大容量i c 卡，实现一卡通系统，对于指纹等要 求高安全性的门禁系统只适用于一些特定的场合。 2 ) 1 3 禁系统在新的领域( 物流) 应用提出了新的待解决方案。 3 ) 一些开放式通道实现门禁验证安全管理( 会议签到、公园地铁出入口验证) 。 4 ) 大流量人流的快速通过，快速计数、快速考勤、快速验证。 5 ) 基于全国全世界连锁企业，基于l a n w a n 网络的异地化管理、数据共享门禁 管理系统。 6 ) 高级智能型门禁控制系统是当前门禁系统的重要发展方向，高级智能型门禁系 统是一种联网式门禁系统，功能也比较完善。但对于一般的企业、住宅小区来说， 并不是最理想的选择。这种门禁系统常用于国防、军事等单位。 1 3国内外研究现状 欧美门禁系统市场的发展已经日趋成熟，产业分工细化，并且在国际市场上占 有较大的份额。国外门禁系统的知识品牌有美国的休斯( h i d ) 、西屋( w s e ) 、洛泰克 ( n t k ) ，以色列的d d s 、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， 但是价格也不菲，基于r f i d 技术门禁系统控制器的价格一般都在4 0 0 0 至u 3 万元之间， 整套系统报价均在万元以上，包括读卡器、门锁、控制器、软件等部分。但是，由 于各大公司之间的竞争激烈，为了在门禁市场中能分得一杯羹，现在，门禁产品价 格也在不断的大幅下降，使得现今一套系统的报价在1 0 0 0 美元左右，已经进入了广 泛运用的时代。由于技术的不断发展和市场的逐步成熟和开放，门禁系统行业已经 打破了由个别大公司垄断的局面，人们已经可以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完成整套系统的安装。 在亚洲和中国，门禁系统分别处于成长期和初始阶段。人们对门禁系统的了解 还只停留在认识教育和试用阶段。 国内从事门禁系统有门吉利、捷顺、北京青云等公司。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，但生产i c 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，并且真正形成大批量生产的厂家还只有美国；德国、 英国次之；日本、台湾、新加坡处于同一档次；中国正处在起步跟进的阶段。虽然 国内已经实行“金卡工程”，并且对于非接触式i c 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 论进行研究就非常重要。 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 近几年来随着社会经济发展，也产生了不少安全隐患。经济的增长有时引发犯 罪的发生，而且商业的激烈竞争使得商业情报的安全成为人们关注的焦点，迫切需 要对于进出一些重要机关、科研实验室、档案馆、以及关系到国计民生的公用事业 单位的控制中心、民航机场等场所的工作人员，给予进出授权控制。对安全感的追 求导致现代化楼宇对保安系统的要求也越来越高。楼宇保安系统不仅包括闭路电视 及防盗报警，此外还包括一些门锁、防盗门、防盗网及保安人员等，但这些远远不 能满足人们日益增加的安全要求。 智能门禁系统因此产生。随着高科技的发展，智能化管理已经走进了人们的社 会生活，而门禁系统属于智能化管理系统中的一种安防系统，具有对门户出入控制、 实时监控、保安防盗报警等多种功能。 智能门禁系统是对楼宇重要通道进行管理。门禁系统可以控制人员的出入，还 可以控制人员在楼内及敏感区域的行为。在楼门口、电梯等处安装控制装置，例如： 读卡器、指纹读取器、密码键盘等，住户要想进入，必须有卡或输入正确的密码， 或按专用手指才能获准通过。门禁系统可有效管理门的开启与关闭，保证授权人员 自由出入，限制未授权人员进入。智能化门禁管理不仅方便了内部管理，而且增强 了内部的保安，从而为用户提供一个高效和具有经济效益的工作环境。 基于r f i d 技术的门禁管理系统将“感应卡”与“锁具”有机结合，进而由“感应卡” 替代“钥匙”，配合电脑实行智能化管理，正是由于感应卡的上市，使用者再也不需 要携带钥匙，更免除了钥匙被复制的烦恼，再也不必担心财物可能蒙受损失。同时， 它在功能上实现了通讯自动化、办公自动和管理自动化，以计算机网络为桥梁，全 面实现对通讯系统、办公自动化系统的综合管理。基于r f i d 技术的门禁系统作为一 项先进的高科技技术防范和管理手段，在一些经济发达的国家已经广泛应用于科研、 工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行、监狱等，正是因为门禁技术应用的 多样性，功能的完善和广泛的适应性，已成为安防技术重点研究和开发的方向。 1 2 门禁系统发展趋势 由于计算机技术的普及和发展，门禁系统的控制设备逐渐被计算机取代，逐渐 向智能化发展。与此同时，越来越多企业建立了网络系统并进入了国际互联网组织。 企业将管理挂接在网络上，以求实现简单化、无人化、智能化系统的发展。门禁系 统出入口安全管制系统在各企业的安全防范中占有举足轻重的地位，其应用领域越 1 第2 章基于r f i d 系统理论研究基础 读器( 又称读写器、读卡器) ，其基本组成如图2 1 所示。应答器应置于要识别的物体 上或是由个人携带，应答器是信息的载体；阅读器可以具有读或读、写的功能，这 取决于系统所用应答器的性能。由于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( 或感应线圈) 【1 0 , 1 1 】。 其中，读写器的核心部分是控制单元、高频通讯模块和天线，主要功能是实现 对非接触式i c 卡的数据读写和存储。读写器的控制单元不仅能实现对射频卡的控制， 还具有很其他的强大的处理功能：认证、数据加解密、数据纠错、出错报警以及与 计算机通信。 射频卡中存储器可存储为几个比特到几十千比特的数据，不仅可以存储永久性 数据还可以存储非永久性数据。永久性数据不可更改，主要存储作为射频卡的唯一 身份标识射频卡序列号；非永久性数据存储于可重写的存储器内，如在e e p r o m ， 主要为用户数据。由读写器发出相关的指令，射频卡可以根据这些指令对卡内的数 据实时地进行相应的读写操作。读写器中的控制模块完成数据接收、译码及执行读 写器的命令，读写数据控制，实现数据安全等功能。射频卡分为无源卡与有源卡， 有源卡有内置天线和电池，而无源卡只有内置天线没有电池，工作能量由读写器提 供。由于无源卡内没有电池，因此其尺寸较有源卡要小并且使用寿命长，应用越来 越广泛。 计算机通过通信串口实现向读写器发送指令，完成与读写器之间的数据交换。 r f i d 应用系统的基本工作原理是当读写器的射频场范围中出现非接触式i c 卡， 由于电磁感应产生感应电流，射频卡中的天线将获得的感应电流经升压电路为芯片 提供工作电压，同时通过射频前端电路从带信息的感应电流中检得数字信号并送入逻 辑控制电路，处理射频卡中的信息；卡片从存储器中获取回复的信息并经由逻辑控 制电路送回射频前端电路，然后通过天线回送给读写器。 2 1 2r f i d 同其它自动识别技术的比较 随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成 熟，实际应用中涌现出多种自动识别技术，目前主要有以下几种：光符识别技术 ( o c r ) 、磁字符识别技术( m i c r ) 、磁性条识别技术( m b r ) 、机器视觉系统( n i v s ) 、条 码识别技术、i c 卡识别技术及射频识别技术。评价一种自动识别技术，通常有两个 重要指标，即首读率和误码率。首读率是指当对一组数据进行一次性识别时，其中 一次性识别成功的概率，常用f r r 表示。误码率是指对一组数据进行识别时，其中 可能出现一个错误字符的统计概率，常用s e r 表示【1 2 h j 。 o c r 技术由于f r r 不高，逐步被条码技术取代；磁字符识别技术专用于银行业 务中，阅读设备复杂；机器视觉系统通常被用于自动分类和检查产品的制造业中。 河北科技大学硕士学位论文 这些技术或正被淘汰，或只用于专业系统。现在使用较为广泛的自动识别技术是条 码、磁性条识别技术，i c 卡识别技术、射频识别技术等识别技术，它们有各自的优 缺点及适于应用的场合。 条码成本最低但存储的数据量很小而且存储的数据不易被更改，适于使用量大 且数据不必更改的场合，例如：商品包装。一般的条码是纸质的，较易磨损，使用 寿命短。磁性条的成本也很低，但是存储的数据量小，容易被复制和伪造，安全性 低。i c 卡的价格稍高些，数据存储量很大，可以实现数据加密，安全性好，但是由 于它的触点暴露在外面，可能被损坏。而射频识别技术由于其非接触的特点，能够 在无须人工干预的情况下完成识别工作，非常适于自动化的应用环境。射频卡是由 p v c 密闭封装的，不易损坏，适于在恶劣环境中使用。能够实现对高速运动物体的 识别，并且可以单次识别多张卡，因此操作快捷、方便。 2 2 非接触式i c 卡技术 非接触式i c 卡又叫射频卡，是9 0 年代初发展起来的新技术。射频卡由感应天线、 控制芯片、存储单元组成，并完全密封在一个标准p v c 卡片中，无外露部分。射频 卡本身是无源体，当射频卡进入读卡器的读写范围，读写器发出的射频信号被卡片 所接收。射频信号由两部分信号叠加组成：一部分是电源信号，当卡接收后，送入 卡内的l c 谐振电路，为芯片工作提供工作电压；另一部分则经解调后，控制芯片完 成密码验证、数据的读取、修改、存储等，并返回给读写器。 射频卡成功地将射频识别技术和i c 卡技术结合起来，解决了无源和免接触的难 题；射频卡无需专门的供电电源，它与读写器间无机械接触，避免了接触故障。它 的表面无裸露芯片，可防水，且不易产生静电击穿及弯曲损坏等问题；射频卡使用 时没有正反面，而且射频卡具有可靠性高、使用方便、操作速度快等特点，由射频 卡所形成的读写系统比接触式i c 卡构成的读写系统，从硬件结构上和软件操作控制 流程都有了很大的简化和改进，并且可借助于智能管理软件和网络支持，在很多领 域得到应用【1 5 , 1 6 。 2 2 1m i f a r e l 卡简介 本设计中采用的是m i f a r e l 射频卡，其核心是p h i l i p s 公司的m i f a r e l l c s 5 0 ( 0 1 ，0 2 ， 0 3 ，0 4 ) 系列微芯片。卡片上无源，工作时的电源能量由卡片读写器天线发送无线 电载波信号耦合到卡片上天线而产生电能，一般可达2 v 以上，供卡片工作。工作频 率13 5 6 m h z 。m i f a r e l 射频卡所具有的独特的m i f a r er f ( 射频) 非接触式接口标准己被 制定为国际标准：i s o i e c1 4 4 4 3t y p e a 标准。 m i f a r e l 芯片内建有高速的c m o se e p r o m 、m c u 等。卡片上只有i c 微晶片及一 副高效率天线。m i f a r e li c 射频卡上具有先进的数据通信加密和双向验证密码系统， 第2 章基于r f i d 系统理论研究基础 具有唯一的射频卡系列号，且具有防重叠功能，当在射频卡读写设备天线有效工作 范围内出现重叠的多张射频卡，读写设备能够通过防重叠功能在同一时间内实现多 张卡片的识别。 射频卡与读写设备通信协议属于握手式半双工方式，射频卡上有高速的c r c 协 议处理器，符合c c i t t 标准。m i f a r e l 射频卡上内建有5 k b i t 存储容量的e e p r o m ，并 划分为1 6 个扇区，每个扇区划分为4 个数据存储块。每个扇区有多种密码管理方式。 m i f a r e l 射频卡上还内建了专项数学运算电路，实现增值、减值的逻辑运算功能， 典型的操作时间最长不超过l o o m s ，其中包括射频卡的认证，6 个扇区的读操作( 7 6 8 b i t ， 2 个扇区的认证) ，2 个扇区的写操作( 2 5 6 b i t ) 。m i f a r e l 射频卡上的e e p r o m 可擦写次数 超过1 0 万次以上，数据保存期可达1 0 年以上，且射频卡抗静电保护能力达2 k v 以上。 2 2 2m i f a r e l 射频卡功能组成 如图2 2m i f a r e l $ 5 0 非接触式i c 卡的功能组成框图： 1 m i f a r e 舭酬c 1 射频接口电路ja t r洲 波形转换 a n t i c o r i s i o a蒯 洲艄l s e i e c ta p p l j c 妇n c r y g ou n i t a u t l t n t i e a t i a n j k _ - c o n n x f l 电压黼i p o r c o n t r o l & u g hu n 矗 复位l i 图2 2m i f a r e l $ 5 0 非接触式i c 卡的功能组成框图 f i g 2 - 2 m i f a r e l $ 5 0i cc a r ds t r u c t u r e 整个卡片包含两部分：r f 射频接口电路和数字电路部分。 2 2 3 r f 射频接口电路 臼 在r f 射频接口电路中，主要包括有波形转换模块。其主要功能是接受读写器所 7 河北科技大学硕士学位论文 发送的频率为1 3 5 6 m h z 的无线电调制电波，一路送入调制解调模块，一路进行波形 转换，为卡片提供工作电压。首先把接收到的正弦波转换为方波，然后对其整流滤 波，最后通过电压调节模块对电压进行稳压等进一步的处理，最终输出供给卡片上 的各电路。 p o r 模块主要是对卡片上的各个电路进行p o w e r o n r e s e t ( 上电复位) ，使各 电路同步启动工作。 2 2 4 数字电路部分 m i f a r e l 非接触式i c 卡的数字电路部分主要有以下几个部分组成：应答请求模块 ( a n s w e rt or e q u e s t ) 、防冲突模块( a n t i c o l l i s i o n ) 、选择确认模块( s e l e c ta p p l i c a t i o n ) 、 认证及存取控制模块( a u t h e n t i c a t i o n a c c e s sc o n t r 0 1 ) 、控制及算数运算单元 ( c o n t r o l & a r i t h m e t i cu n i t ) 等七个模块。射频卡通过这七个模块具体完成对处在射频 卡读写设备天线工作范围之内的m i f a r e l 卡，进行初步选择、确认选择： ( 1 ) a t r 模块a n s w e rt or e q u e s t ( “请求之应答”) 。当读卡器检测到其天线工 作范围有m i f a r e l 卡片存在时，读写器通过向卡片发出r e q u e s t a l l ( 或r e q u e s t s t d ) 命令 后来启动请求应答模块，传送卡片b l o c k 0 中的卡片类型( t a g t y p e ) 号共2 个字节的信 息给读写器，完成卡片与读写器的建立通信联络的第一步。卡片的类型( t a g t y p e ) 号共2 个字节，可能为：0 0 0 4 h ，即代表该卡片类型为m i f a r e l 系列内核。 ( 2 ) a n t i c o l i s i o n 模块防止( 卡片) 重叠功能。当i c 卡读写器天线的工作范围之 内出现多张m i f a r e l 卡片时，卡片将启动a n t i c o r d i s i o n 模块的防冲突功能。 读卡器根据动态二进制搜索法原理，此方法可由集成硬件很容易实现，并通过 发送相应的指令对智能卡完成s n r 从高到低的分枝搜索，从多张卡片中唯一确定一 个智能卡进行操作，与所选中的卡片进行数据交换，首先得到的是卡片的序列号s e r i a l n u m b e r 。序列号s e r i a l n u m b e r 存储在卡片的b l o c k 0 ，共有5 个字节，实际有用的为4 个 字节，另一个字节为序列号s e r i a l n u m b e r 的校验字节。 当c r c 结果正确时，第5 个字节是不被传输的。序列号s e r i a l n u m b e r 可能 为：0 x f 6 f 6 7 a b 6 h 。然后再进行后续的操作，如读写、加减值等命令。在操作进行完 以后，读卡器将与其通信的卡片置于h a l t 状态，而此时未被选中的卡片就可以通过 防冲突命令再次进入选择循环。 ( 3 ) s e l e c ta p p l i c a t i o n 模块主要用于卡片的选择。在r f i d 读卡器对智能卡进 行数据操作之前执行此功能，实现对卡片的选择。 当r