[硕士论文精品]基于射频卡技术的校园门禁系统研究

华中科技大学硕士学位论文摘要论文主要研究一种感应式射频卡技术在门禁系统中的应用随着社会经济和科技的发展，射频卡技术越来越广泛地应用于各种行业，特别是公共交通、无线通信、身份识别、金融交易和安全防卫等行业过去，智能卡应用领域常采用磁卡或接触式IC卡，但由于读写速度慢，易磨损，使用寿命短，无法保证系统长期运行的可靠性和方便性射频卡技术的出现弥补了这些不足，射频卡是无接触式IC卡，读写速度快，功耗低论文简单介绍了智能卡的发展历史及未来发展方向，讨论不同智能卡的技术特点和应用方向，着重对射频技术和射频卡进行介绍。在此基础之上，通过对系统的需求分析，具体阐述了一种门禁监控系统的设计方案；本“门禁管理系统”是一套基于先进的射频技术，GSMGPRS及计算机信息处理等技术上的学校门禁考勤管理系统。系统集成了先进的射频、GSMGPRS及计算机信息处理等技术，由感应卡、感应读卡器、数据处理主机、GSMGPRS无线通讯模块、RS485网络、计算机及计算机管理软件等部分组成然后详细讲述系统硬件和系统软件设计及开发过程，对硬件电路功能构造、硬件电路采用的芯片、硬件电路的设计与连接、读卡模块的协议、数据库系统构造和多线程设计的实现及应用界面接口等作了具体详细的介绍；在介绍完系统硬件和软件设计后，给出系统的操作界面和部分运行结果；最后对本项目进行总结和展望，给出项目还需要改进的地方关键词射频卡门禁监控系统软件设计门禁控制器数据库系统华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTTHISTHESISCHIEFLYRESEARCHESTHEAPPLICATIONOFANINDUCTIONRFCARDTECHNOLOGYTHATBASEDONINDUCTMODEINTHEACCESSCONTROLSYSTEMWITHTHEDEVELOPMENTOFSOCIALECONOMYANDSCIENCETECHNOLOGY,RFRADIOFREQUENCYCARDTECHNOLOGYISMOLLBROADLYAPPLIEDFORALLKINDSOFTRADES,ESPECIALLYINMASSTRANSIT,WIRELESSCOMMUNICATION,IDENTIFICATION,FINANCIALTRADEANDSAFETYDEFENSEETCINTHEPAST,WEUSUALLYUSEDTHEMAGNETICCARDORTOUCHEDICINTELLIGENTCARD，BUTTHESHORTAGEISTHATTHECARDISLOWEFFICIENCYINREADWRITE，FRICTIONALWASTEANDNONDURABLE，SOITCALLTGUARANTEETHERELIABILITYOFTHESYSTEMFORLONGTERMRUNNINGRFCARDISAKINDOFUNTOUCHECLICCARDRFCARDTECHNOLOGYWILLMAKEUPFORTHATSHORTAGEOFMAGNETICCARDORTOUCHEDICCARDITISFAST盯ANDMOREEFFICIENCYINREADWRITETHANTHOSEONESFIRSTLYTHEPAPERINTRODUCESTHEFORMERDEVELOPMENTHISTORYANDTHEFUTUREDEVELOPMENTDIRECTIONABOUTICCARDONTHISBASIS,ITANALYZESTHEDEMANDOFTHESYSTEM,ITCLARIFIESAKINDOFPROJEETINTHEACCESSCONTROLSYSTEM,THEACCESSCONTROLSYSTEM”ISASETOFTHEADVANCEDTECHNOLOGYOFRF、GSMGPRSANDTHECOMPUTERINFORMATIONPROCESSINGETETHESYSTEMISASSEMBLEDTHEADVANCEDTECHNOLOGYOFRF、GSMGPRSANDTHECOMPUTERINFORMATIONPROCESSINGETCITISMADEUPOFINDUCTIONCARD、READCONTROLLER、HARDDRIVEOFDATAPROCESSING、GSMGPRSCOMMUNICATIONSMODELS、RS485NETWORK、COMPUTERANDTHECONTROLSYSTEMETCTHEN,THEPAPERDISCOURSESTHECONSTRUCTIONDEVELOPMENTPROCESSOFTHESYSTEMHARDWAREANDSYSTEMSOFTWAREINDETAIL，INCLUDINGTHEDESIGNOFHARDWARECIRCUIT,THEINTRODUCTIONOFTHEHARDWARECIRCUITCHIP，THEDESIGNANDLINKOFTHEHARDWARECIRCUIT,THEAGREEMENTOFREADCONTROLLERMODEL，THEDESIGNOFTHEMUFTICHANNELPROGRAM，DATABASESYSTEMCONSTRUDION，INTERFACEOFSYSTEMSOFTWARECTC，AFTERFINISHINGTHEPARTMENTIONEDABOVETHEPAPERGIVESTHEINTERFACERESULTOFTHESYSTEMRUNNINGFINALLYTHEPAPERSUMMARIZESTHERESEARCHINGCOURANDGIVESTHEFUTUREPROSPECTOFTHEPROJECT,ANDTHENITPOINTSOUTSOMEITEMSTHATNEEDIMPROVINGKEYWORDSRFCARDSCHOOLACCESSCONTROLSYSTEMACCESSCONTROLLERDATABASESYSTEM独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。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漱日期跏L，年月日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，即学校有权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。本人授权华中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据库进行检索，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。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密趴请在以上方框内打“4”指导教师签名蜀扣日期黼L口月P日日期4咿L口月P日华中科技大学硕士学位论文1绪论随着高科技的蓬勃发展，智能化管理己经走进了人们的社会生活，一座座智能化大厦拔地而起，为适应信息时代的需要，智能建筑必须在功能上满足当前和未来发展的需求，成为文化和经济发展的基地。这就要求建筑物本身除了处在良好的地理位置之外，不仅在建成和投入使用时具有超越他人的先进性，满足用户当时的各种需求，而且应该具有开放式的结构和动态灵活性，能够满足用户不断变化的未来需求而不必增加花费此外，还应在日常的管理和维护中把管理费用降低而集成了门禁监控系统的建筑完全可以满足这些要求这一系统集计算机技术，电子技术、机械技术、磁电技术和非接触式LC卡技术等诸多技术于一体，使卡与锁之间实现完整“对话”功能，以智能来控制门锁的开启，从而开创了门禁管理的新概念它不仅给管理者提供了更安全、更迅捷、更自动化的管理模式，而且也给使用者带来了极大的方便11课题研究背景目前多数孩子都是独生子女，学生人身安全、课外活动情况与受教育情况直接关系到一个家庭的和睦与幸福而学校由于师资力量的有限以及技术手段的落后，对学生的管理还停留在手工管理阶段和计算机辅助管理初级阶段，信息反馈不及时，并且与家长的信息沟通严重不足，身为孩子家长，都有会担心工作太忙，与孩子交流时间太少；仅靠有限的几次家长会和学校平时的不定期的反馈，难以传递足够多的学生在校情况给家长，有甚至从新闻媒体上可见学生由于逃课、出走等，家长和学校由于沟通配合不够未能及时发现，直至发生意外。这套射频门禁系统就是针对上述闯题而开发出的一套结合短信平台和射频技术的高科技设备，彻底解决了家长、学校的信息沟通，是保证学生的出入安全及管理学生校外活动内容的一种有效手段。12课题研究的目的、意义和概况本系统主要是研究和开发应用于学校大门的远距离自动感应门禁管理系统。1课题研究的目的和意义华中科技大学硕士学位论文基于上述问题可设计采用考勤阅读卡和计算机信息处理相结合的管理系统系统硬件每学生手持一张存有学生基本信息的远距离感应识别磁卡，门卫有一台门禁无线门禁控制器内置一台远距离读卡器、GSMGPRS无线通讯模块使用GSM移动网络。可无限量连机，连接到移动网络覆盖的所有地方、RS485网络，若干台电脑和一台数据处理主机网络服务服务器，学生家长自备一台GSM手机系统软件能运行于WINDOWS平台和INTERNCTEXPLORER测览器上的门禁管理系统。它的工作机理是每张卡片具有唯一的序列号卡号，无法复制，学校管理部门将每个学生卡片号码及对应家长手机号码录入计算机，并下载到数据处理主机每个学生胸前均挂有一张远距离无源感应卡，当学生到达校门时，卡片通过射频将数据传送到读卡器，读卡器即将该卡片号码读出并传送到处理主机，主机确认为本校有效学生卡号，随即向与本卡号相关联手机发出短信，短信内容为该学生所持卡片号码及刷卡时的时间；同样地，如果学生离开校门的话，系统立即按照预录的信息向该学生的父母发一条手机短信，同时主机存储一条刷卡信息包括卡号及刷卡时问，可供管理软件查询。系统将信息实时性与历史记录可追查性有效地结合为体。这样，家长不仅能及时获得孩子到校、离校的时间信息，包括孩子的考试成绩、作业点评、近期表现以及学校的各种通知、活动信息也可以及时送到家长手上，家长可以第一时间了解孩子的在校情况，从而有效配合学校对孩子进行辅导教育；有了门禁管理系统，学校能更有效的进行学生管理，和家长密切沟通，从而整体提高教学管理水平，还为后续的校园信息化管理奠定基础。学校门禁管理系统就是针对上述闯题而开发出的一套高科技设备，彻底解决了家长、学校的信息沟通，是保证学生的出入安全及管理学生校外活动内容的一种有效手段。同时，为了加强本校门卫管理制度及提高学校管理能力的需求，并为了建立起信息标准化的管理理念；也为了更好地完善校务管理和协助做好教学教务的工作，避免我校门禁管理上所出现的漏洞；以前学生迟到是由门卫登记及学生签名，但有的学生冒签别人的名字；而且家长也未能及时了解子女是否已回校学生在上课时间内进出学校门口也没有正规的手续。基于上述原因，我校很有必要建立这一套门禁管理系统。2国内外研究概况1994年RFID卡射频识别技术进入中国，引发了中国RFID卡的应用革命。在国内，其应用领域越来越广，涉及各行各业1为适应RFM系统发展需求，RFID卡经历了磁卡、接触式IC卡、非接触式2华中科技大学硕士学位论文D卡、非接触式可读写IC卡的变革2为了适应高安全度的要求，门禁系统经历了RFID卡门禁，指纹门禁、面部识别门禁系统的变革3为了适应小区、智能大厦的防范系统，门禁系统由单一的门禁功能发展到门禁、考勤、消费、巡更、三表抄送等综合性一卡通系统4为适应远距离感应的要求，国内出现了有源卡、微波卡远距离感应系统。2003年国内推出了GSM移动考勤解决方案远距离射频门禁系统在国外率先广泛应用，例如美国中西部东方医学院私立用RFID记录学生的出勤情况、美国试验RFID予入境管理等等。1国外的IC卡应用状况国外对IC卡的研究和应用较早，特别是在美国、欧洲国家等，IC卡遍布社会各个方方面面。就像在美国，国民消费总额的2030是由。刷卡”消费完成的，由此可见IC智能卡流行和使用的程度。尽管国外对IC卡已有多年的研究，但真正在IC智能卡中特别是CPU卡类以及非接触式IC智能射频卡内建MCU,ASIC等方面的研究也仅有几年的成熟期因为他们也看到了CPU卡，特别是非接触式IC智能射频卡代表了整个“刷卡”领域的发展方向，前景光明。2国内的IC卡应用状况我国对IC卡行业的发展始于1993年左右，中央领导高度重视IC卡行业，高瞻远瞩，指示要发展我国自己的IC卡事业，建立“金卡工程”虽然至今也只有短短的十多年时间，但已取得了不小的成就，成功研制了我国自主版权的较大容量的存储卡、逻辑加密卡等。但是，对于尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡内建MCU，ASIC等的制卡技术及其相应的读写卡设备技术，仍处于相对落后状态。这极大地制约了IC卡行业的发展，特别是在要求有极高安全性和保密性的金融行业中，制约了我国金卡工程的实施和发展。近年国内门禁发展新需求1对于RFID射频识别技术在一些特定场所需远距离感应或开放式通道管理的应用如会议签到系统、大人流量考勤、学生的出入管理，其人员通常具有相当的身份或特殊性，如果采用近距离持卡刷卡进出模式在礼节和可实施性上就完全不可取，其原有的RFID系统已经远远不能满足应用需求华中科技大学硕士学位论文2连锁企业的形成，网络化接口、异地化管理、数据共享，为传统单机版门禁系统提出了新的考验和需求国内RFID门禁系统应用状况1对于一些智能大厦，智能小区，要实现远距离感应停车和近距离刷卡门禁、消费，实现小区内一卡通系统，国内目前无特定的解决方案2对于一些特定场所、开放式通道进行验证管理，国内目前无特定的解决方案。3T厂大人流快速考勤，国内目前无特定的解决方案。4学校学生出入管理进入了新台阶，需要科技含量更高的门禁系统解决方案5RFID在物流中的应用，国内目前无特定的解决方案6RFID在零售行业中的应用，国内目前无特定的解决方案。国内门禁系统发展趋势分析；根据国内门禁系统需求发展和国内门禁系统的发展状态，我们可以发现国内门禁系统的未来需求，总结如下1RFID卡的发展趋势为可读写的大容量IC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国内门禁系统在新的领域物流应用提出了新的待解决方案3对于学校这一特定的场所，需要更智能化的、更方便快捷的出入记录解决方案。4一些开放式通道实现门禁验证安全管理会议签到、公园地铁出人口验证。5大流量人流的快速通过，快速计数、快速考勤、快速验证。6基于全国全世界连锁企业，基于LANWAN网络的异地化管理、数据共享门禁管理系统可归结为未来国内门禁系统发展方向为基于开放式通道、基于物流跟踪管理、基于消费系统、基于传统门禁系统、基于LANWAN网络，真正实现一卡、一线、一库的一卡通系统。13本文的研究工作本系统主要是研究和发开应用于学校大门的远距离自动感应门禁管理系统。首先4华中科技大学硕士学位论文对本课题的主要研究题目。门禁管理系统”傲诠释如下是一套基于先进的射频、GSMGPRS无线通讯模块及计算机信息处理等技术上的学校门禁考勤管理系统。其次课题开发的主要任务和内容研究射频技术的应用和本管理软件的总体设计和开发本课题的核心问题有三个1当PC机实时监控或提取门控制器的读卡记录时，PC机接收的读卡信息被及时保存在数据库里，便于以后的查询和考勤时的数据分析2实时监控信息显示要求显示出读卡时的人员基本信息，读卡时间3系统与GSMGPRS平台连接及时将未到校的学生情况以短信形式通知家长本论文共分6章，主要内容如下第一章简要介绍了门禁系统的一般功能和结构，以及课题研究背景、目的、意义、国内外的发展状况及其发展趋势走向非接触式应用概况和本文主要研究工作。第二章概括描述了智能卡的基础知识兴起和分类，射频卡技术的应用；最后着重讲述了感应卡门禁监控系统的优势所在。第三章首先详细介绍了系统的总体设计和设计原则，着重介绍了系统的需求分析与建模。并详细介绍本门禁系统的工作流程和架构。第四章是本文的重点之一，从硬件系统的概述方面介绍系统控制器的芯片选择和电路设计、读卡器的工作原理；硬件的性能指标及其协议第五章是本文的重中之重首先介绍了系统的软件开发环境；接着，通过对系统进行需求分析，阐述了一种门禁监控系统的设计方案；然后，通过对系统串行通信协议的分析，介绍了上位机通信的具体实现流程；最后，在软件模块化结构的基础之上，着重介绍了系统的几个模块，如权限管理模块、实时监控及代码维护模块、短信发送模块、卡片及学生档案信息管理模块、查询报表模块和系统维护模块等，并阐述了它们的具体实现过程。第六章对本论文所做的工作做了一个全面总结。华中科技大学硕士学位论文2智能卡及其应用技术经济发达的国家现在都以信息产业，即由现代通信产业，计算机产业、集成电路产业C3S所构成的新兴产业群，作为整个经济发展的基础111IC卡正是在这三种产业结合的基础之上迅速发展起来的技术智能化的IC卡是当今日新月异发展的信息社会中一颗耀眼的新星，被认为是世界上最小的微计算机。它非常适合于对数据安全性及可行性要求十分敏感的应用目前，金融领域的信用卡、电信领域的SIM卡移动电话身份识别卡等已成为智能卡应用的几个最大领域此外，由智能卡支持并代表的一卡多用多功能卡概念越来越受到人们的重视在本门禁系统的设计中，就是采用智能卡技术的一种一非接触式射频卡作为识别身份的手段，因此有必要了解一下智能卡的情况。21智能卡技术概述211智能卡简介智能卡的名称来源于英文名词“SMARTCARD”，又称集成电路卡，即IC卡INTEGRATEDCIRCURCARD21。它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外形与覆盖磁条的磁卡相似。LC卡的概念是20世纪70年代初提出来的。1970年，法国人ROLANDMORENO第一次将可编程设置的IC芯片放于卡片中，使卡片具有更多的功能。1977年，MOTOROLA与它的一个计算机客户合作开发了世界上的第一张智能卡，形成了第一代智能卡产品，将一个可编程的微控制器及一个非易失性的存储器集成在一个模块内，然后嵌入一张符合IS07810标准的信用卡中该产品在法国的BLOIS进行了试点，目的是为了对进行脱机OFFLINE交易所需的技术予以评估自此以后，智能卡开始迅猛发展。智能卡所采用的技术也日新月异地发生着变化。1979年产生了世界上第一片专为智能卡所设计的单片机芯片，从而形成了第二代的智能卡产品，并在法国、瑞士、斯堠的那维亚得到应用；当时主要是用作银行卡BANKCARD。1987年国际标准化组织ISO专门为IC卡的接口和通讯协议做了详细规定，制定了国际标准ISOIEC78161、2、3、4、5、6；目前世界最新的国际标准是IS018000613J。这些标准为IC卡在世界范围内的推广和应用，仓Q造了规范化的前提和条件。进入90年代后，在通信、健康、交通、6华中科技大学硕士学位论文宾馆、医疗、身份证明等多个行业，智能卡的应用也开始蓬勃发展212智能卡技术IC卡芯片具有写入数据和存储数据的能力，IC卡存储器中的内容根据需要可以有件条地供外部读取，或供内部信息处理和判定之用141目前，智能卡己经在以下领域中获得广泛的应用1金融服务；2通信及信息服务；3教育；4医疗保健；5旅游与娱乐；6安全防卫；7交通；8付费电视；9宾馆。目前应用的智能卡大多是一种单功能卡，即一张卡只适用一于某一应用。随着智能卡技术的发展，计算机软硬件技术的日益成熟，芯片技术的突飞猛进，智能卡一卡多用己成为事实，而且还将与通信更为紧密地结合，在网络管理等方面得到应用为了实现卡的多功能化，智能卡技术还必须加以改进，因为对于多功能卡而言，通常的要求是16K256K的ROM；256BYTES的RAM；3K28K的E2PROM或是与FLASHE2PROM的合成；选用的协处理器部件主要用于加密解密的处理；生物特征识别等151。要在不超过25MM2的硅芯片上集成所有这些内容，就意味着必须有使用100U,065U的微电子集成技术，如今这种技术己经渐渐成熟。对未来的芯片有两种截然不同的要求，其一是继续向更小、更便宜、更通用的方向发展；其二是向更复杂、支持多种应用或支持实时数据处理的应用方向发展。在技术上希望达到以下指标1降低工作电压QV和功耗，这样可降低手持设备如移动电话中所用电池的重量，从而减轻手持设备的重量和延长电池的使用时间；2增加E2PROM的容量和编程时间电MS；3提高执行加密解密算法时间，这意味着要增加芯片的运算能力和增加RAIVL的容量，而RAVL所占芯片的面积比其他存储器大得多；7华中科技大学硕士学位论文4发展非接触卡，将标准的HCMOS技术与射频技术结合起来，从而用一个芯片完成非接触卡的功能我所开发的这套系统主要应用在校园门禁的管理上，包括门卫考勤，短信发送平台、学生的出入登记等方面；随着计算机技术及信息技术的发展，相信IC卡将有更为广阔的使用空间22智能卡的分类根据卡中集成电路组成结构的不同可以分成存储器卡、逻辑加密卡、CPU卡、超级智能卡【州1存储器卡MEMORYCARD其内嵌入芯片相当于普通串行E2PROM存储器，有些芯片还增加了特定区域的写保护功能。这一类卡，信息存储方便，使用简单，价格便宜，很多场合可以替代磁卡等。但是由于其本身不具备信息保密功能，因此，只能用于保密性要求不高的应用场合。2逻辑加密卡SECURITYCARD加密存储器卡内嵌芯片在存储区外增加了控制逻辑，在访问存储区之前需要核对密码，只有密码正确，才能进行存取操作这一类卡，信息保密性较好，使用与普通存储器卡相类似。3CPU卡SMARTCARDCPU卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机，内部除了带有控制器、存储器和时序控制逻辑等外，还带有算法单元和片内操作系统COSCHIPOPERATINGSYSTEM。由于CPU卡有存储容量大、处理能力强、信息存储安全等特性，因此广泛用于信息安全性要求特别高的场合。4超级智能卡在卡上具有MPU和存储器，并装有键盘、液晶显示器和电源；有的卡上还具有指纹识别装置等。按照数据读写方式，IC卡又可分为接触式IC卡和非接触式IC卡两类1接触式IC卡在这种卡片上，IC芯片有8个触点可与外界读写设备相接触，进行数据交换，国际标准IS07816系列对此类IC卡进行了规定。8华中科技大学硕士学位论文2非接触式LC卡顾名思义，也就是卡片与读写设备无电路接触，由非接触式的读写技术进行读写例如，光或无线电射频技术其内嵌入芯片除了存储单元、控制逻辑外，还增加了射频收发电路。这一类卡一般用在存取频繁，可靠性要求特别高的场合国际标准IS010536系列阐述了对非接触式IC卡的有关规定在IC卡推出之前，从世界范围来看，磁卡己得到广泛应用，为了从磁卡平稳过渡IC卡，也是为了兼容，在IC卡上仍保留磁卡原有的功能，也就是说在LC卡上仍贴有磁条，因此IC卡也可同时作为磁卡使用。正面还可印刷各种图案，甚至人像卡的尺寸、触点的位置与用途、磁条的位置及数据格式等均有相应的国际标准予以明确规定23应用概况与技术优势231应用概况IC卡比磁卡的存储容量大，可靠性和安全性高，在应用上除了覆盖磁卡的全部应用范围以外，还提供了许多磁卡不具备的应用特性。正是这些特性，使LC卡在脱机业务处理和联网数据一致性等方面表现出前所未有的优势。IC卡具有很强的功能，但只有当IC卡加入到应用系统中，构成发行商、应用系统和持卡人之间的数据传输媒介时，才可能有效的发挥其优势一个好的IC卡应用系统，除了应具备良好的应用特性和性能价格比以外，其安全特性也是一个不容忽视的问题IC卡最仞是为了解决金融交易中的安全性问题而设计的，它带来全新的交易概念与前所未有的优势。很快，这一优势也为其他应用部门所看中，使之广泛应用于电话、医疗保健和门禁控制等系统中。随着时间的推移，应用范围还在不断扩大，使用IC卡的数量亦呈几何级数增长同时为满足不同应用场合的要求，IC卡制造商们仍在不断地向市场推出新的IC卡，IC卡的价格将随着使用量的增加而逐年下降，所有这些，无疑又会大大推进IC卡在各个领域的普及。232技术优势IC卡在应用中的技术优势在于良好的读写能力、共同认可的安全防范技术和相对较大的数据存储能力川。9华中科技大学硕士学位论文1良好的机器读写性能IC卡是一种电路卡，它在机器读写性能上远优于磁卡和光卡，无需往复的机械动作即可完成人机卡之间的多次会话过程。使卡在应用时更容易进行操作与相互验证，给卡的应用开发者和使用者带来了极大的便利2良好的安全防范技术IC卡采用了为国际上各开发者与使用者所共同认可的半导体密码存放与软件加密技术，它可以有效地阻止卡的非法复制与数据的篡改应用设备可以在脱离网络的情况下，不需人工干预，即可对IC卡鉴别，以确定该卡是否是本系统所许可的，是否可在该应用场合中使用等。通过持卡人输入PIN个人标识号，与卡内一组密码比较，可以确认持卡人的身份这些特点，使LC卡能成为传导媒介，再加上认证和数据加密等功能，使卡能脱离网络使用。3大容量的数据存储能力在一个应用系统中，系统必需为所有持卡人建立一份身份与使用的档案。在磁卡系统中，这组档案存放在中心数据库系统内，持卡人每次使用都必须通过终端，以网络形式从数据库系统中提出那份与自己相关的档案现在IC卡的存储能力增加了，这份相关的使用档案可以存放在IC卡中，终端设备无须联网即可得到使用者的相关信息，使用的灵活性大大增强了，交易的实时性也明显改善。以上三大特点的结合，构成了IC卡应用的强大优势，它一方面降低了对网的依赖程度，提高了响应速度；另一方面它对发行商、应用商和持卡者三方面的利益提供了有效的保护手段，解决了以前所难以解决的关键问题，为IC卡的广泛应用铺平了道路。233射频芯片MFRC500简介根据ISOFLEC14443A标准，PHILIPS开发了无线智能卡芯片MIFAREMFRC500这个芯片的通讯层MIFARERF接口遵从ISOIEC14443A标准的第2部分和第3部分IV91保密层使用经区域验证的CRYPTOI流密码，使典型MIFARE系列芯片的数据交换得到保密。1芯片具有特征1无线传送数据和能量不需要电池；2I作距离最高可达100MMOA天线的结构决定；3I作频率1356MFLZ；O华中科技大学硕士学位论文4数据传送速度快106KBITS；5数据高度可靠正确16位CRC，奇偶校验，位编码，位计数；6真正的反冲突；7IK字节，分成16个区，每区又分成4段，每一段中有16个字节；8用户可以定义每一个存储器段的访问条件；9数据可以保持LO年，可写100。000次；10需要通过3轮确认ISOIECDIS97982；11RF信道的数据加密，有重放攻击保护；12每个区有两套独立的密钥每应用，支持带密钥层次的多应用；13每个设备有唯一的序列号；14在运输过程中访问EEPROM有传输密钥保护2总体描述MIFARE系统中，塑料卡嵌入几匝线圈就形成了一张无源的无线智能卡【12】这种卡不需要电池，当智能卡靠近读写装置的天线时，高速RF通讯接口可以以106KBI体的速度传送数据系统的设计使用户更加方便。由于数据传送速率很高，它可以使整个买票过程在小于LOOMS中完成。这样，MIFARE卡用户就不需要停在RWD前面，增大了通道门的吞吐量，减少了上公共汽车的时间，如果卡放在钱包中钱包中甚至有硬币也可以进行交易。这个卡一个特殊的要点是保密，防止欺骗。相互询问和响应确认，数据保密和报文确认检查防止系统受到任何干扰，使购票应用更有吸引力序列号不可修改，保证了每张卡都是唯一的。和处理器卡的功能相比较，MIFARE系统提供了一个实时的多应用功能。每区有两个不同的密钥，这样系统可以使用密钥层次。24射频卡技术及射频卡241射频技术1射频识别技术射频识别技术是一项利用射频信号通过空日J耦合交变磁场或电磁场实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术【13】。华中科技大学硕士学位论文射频识别系统通常由电子标签射频标签和阅读器组成电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的电子标签具有各种各样的形状，但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频率的要求，必需根据系统的工作原理，即磁场耦合变压器原理还是电磁场耦合雷达原理，设计合适的天线外形及尺寸电子标签通常由标签天线或线圈及标签芯片组成标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统SOC。从纯技术的角度来说，射频识别技术的核心在电子标签，阅读器是根据电子标签的设计而设计的虽然，在射频识别系统中电子标签的价格远比阅读器低，但通常情况下，在应用中电子标签的数量是很大的，尤其是物流应用中，电子标签由可能是海量并且是一次性使用的，而阅读器的数量则相对要少的多实际应用中，电子标签除了具有数据存贮量、数据传输速率、工作频率、多标签识读特征等电学参数之外，还根据其内部是否需要加装电池及电池供电的作用而将电子标签分为无源标签PASSIVE、半无源标49SEMIPASSIVE和有源标签ACTIVE种类型。无源标签没有内装电池，在阅读器的阅读范围之外时，标签处于无源状态，在阅读器的阅读范围之内时标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电能。半无源标签内装有电池，但电池仅对标签内要求供电维持数据的电路或标签芯片工作所需的电压作辅助支持，标签电路本身耗电很少。标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签。标签进入阅读器的阅读范围时，受到阅读器发出的射频能量的激励，进入工作状态时，用于传输通信的射频能量与无源标签一样源自阅读器。有源标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应也部分地转换为标签与阅读器通信所需的射频能量。射频识别系统的另一主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在最远为多远的距离上，阅读器能够可靠地与电子标签交换信息，即阅读器能读取标签中的数据。实际系统这一指标相差很大，取决于标签及阅读器系统的设计、成本的要求、应用的需求等，范围从0100M左右。典型的情况是，在低频125KHZ、1356MLIZ频点上一般均采用无源标签，作用距离在1030EM左右，个别有到15M的系统。在华中科技大学硕士学位论文高频UHF频段，无源标签的作用距离可达到3LOM更高频段的系统一般均采用有源标签采用有源标签的系统有达到作用距离至100M左右的报道目前，国际上有多家厂商致力于射频识别技术的研究及市场开发，其中较为著名的如美国德州仪器公司TO、荷兰飞利浦公司PHILIPS等现以美国11公司生产的一种无内部电源应答器为例说明其工作原理，此种应答器主要由一个ADS集成电路、一根天线及2个片状电容组成系统工作时的具体过程为1应答器进入寻呼器工作区域后，接收到寻呼器发射的脉冲信号；2此信号经桥式整流之后对电容器进行充电，稳压器使电容器两端的电压维持在2V左右，以便给集成电路提供工作电压；3CMOS集成电路中的有关控制逻辑电路对接收到的脉冲信号进行解码；4根据解码信息判断寻呼器的命令要求，若仅仅是读取信息则控制逻辑电路从存储器中读取有关信息；若是修改信息则有关控制逻辑启动内部电压泵将2V工作电压提升到15V，以便对存储器EEPROM中内容进行重新写入编程；5当电容放电时，发射电路就将从存储器中读取的数据信息及相关响应信息发射给寻呼器；6寻呼器或应用终端对接收到的信息进行处理。目前，射频识别系统使用的频段分为低频及高频两类其中，低频段的频率为125KHZ高频段的频率有908K920KHZ、18GHZ、24GHZ及58GHZ等。当然，工作频率越高，应答器和寻呼器之间的通讯速率就越快，系统的工作时间就越短，但功耗越大。2射频识别技术的应用目前，在国外射频技术的主要应用有工厂生产产品的自动跟踪，试验动物跟踪，商品分类管理，汽车防盗，航空公司的机场管理等等下面以汽车防盗应用为例，介绍射频识别技术的应用特点。应答器放置在汽车点火钥匙中，寻呼器放置在汽车驾驶杆等部件中，当要点火启动汽车时，寻呼器若没有接收应答器发射的标志信号则禁止启动汽车同样的系统，若将应答器放置在车门钥匙中，寻呼器放置在车门内，射频技术应用于汽车防盗大大提高了汽车的安全性【141目前，越来越多的汽车公司将射频技术应用于汽车防盗系统。在最近的几年中，美国福特汽车公司在其销往欧洲的50万辆汽车中安装射频识别系统，价值达2500万华中科技大学硕士学位论文美元从1995年开始，德国也要求所有新出厂的汽车都安装这种安全系统242射频卡技术射频卡技术是射频识别技术和D卡技术相结合的产物【121如果从射频识别技术角度出发，可以认为射频卡是一种相对特殊的射频识别标志即应答器，其读写设备就是寻呼器。如果从D卡技术的角度出发，也可以认为射频识别产品是一种特殊的无接触式ID卡，其寻呼器即为读写设备。当然，将射频识别技术用于无接触式D卡也对它产生了特殊的要求，以满足卡的要求，从技术上看主要有以下两点1由于ID卡的尺寸限制，卡上的应答器不能有电源系统，需要由寻呼器读写设备通过无线方式供电；2由于D卡的尺寸限制，卡上应答器的天线需要特殊设计，卡需要特殊封装和制造此外，由于无接触式ID卡特殊的应用环境，卡上应答器还需具有如下特点1操作快捷；2高抗干扰性，能“同时”操作多张卡片；3高可靠性；4可以适合于多种应用。无接触式D卡和接触式IC卡相比具有以下特点1无接触式通讯不存在机械触点磨损情况，大大提高了应用的可靠性；2因为无接触式通讯，所以不必插拔卡，大大提高了使用的速度3可以同时操作多张无接触式ID卡，提高了应用的并行性，提高了系统的工作速度；4由于无接触式通讯，卡上无机械触点，便于卡的印刷，提高了卡的使用可靠性和美观性。243射频卡又称电子标签非接触式ID卡又称射频卡，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，在卡片靠近读写器表面时即可完成卡中数据的读写操作，它成功地将射频识别技术和ID技术结合起来，解决了无源卡中无电源和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。LD卡即为THRCL213只读式非接触IC卡，它靠读卡器感应供电并读出存储在14华中科技大学硕士学位论文芯片EEPROM中的唯一卡号，卡号在封卡前一次写入，封卡后不能更改无源和免接触是该芯片两个最突出的特点，射频接口电路是关键的核心技术，它从读卡器接收射频能量，为芯片产生电源和时钟，并采用相移键控和加载调幅等技术实现卡与读卡器间的无线通讯非接触式D卡具有操作方便、快捷、可靠等突出优点，获得了广泛应用与接触式IC卡相比较，非接触式D卡具有以下优点可靠性高非接触式ID卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。例如由于粗暴插卡、非卡外物插入，灰尘或油污导致接触不良等原因造成的故障。此外，非接触式ID卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲、损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可靠性操作方便、快捷由于使用射频通讯技术，读写器在10CM范围内就可以对卡片进行读写，没有插拔卡的动作。非接触M卡使用时没有方向性，卡片可以任意方向掠过读写器表面，读写时间不大于O1秒，大大提高了每次使用的速度。安全防冲突非接触式ID卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可更改世界上没有任何两张卡的序列号会相同。非接触式D卡读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证D卡的合法性，同时ID卡也验证读写器的合法性非接触式D卡在操作前要与读写器进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有数据都被加密。卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。D卡工作原理感应式ID卡系统由卡、读卡器和后台控制器组成。工作过程如下1读卡器将载波信号经天线向外发送；2卡进入读卡器的工作区域后，由卡中电感线圈和电容组成的谐振回路接收读卡器发射的载波信号，卡中芯片的射频接口模块由此信号产生出电源电压、复位信号及系统时钟，使芯片激活；3芯片读取控制模块将存储器中的数据经调帽编码后调制在载波上，经卡内天线回送给读卡器；4读卡器对接收到的卡回送信号进行解调、解码后送至后台计算机；5后台计算机根据卡号的合法性，针对不同应用做出相应的处理和控制。目前常用的RFID国际标准主要有用于对动物识别的ISOIL784和ISOLL785，用于非接触智能卡的IS010536CLOCOUPLEDCARDS、ISO15693VICIMTYCARDS、华中科技大学硕士学位论文IS014443PROXIMITYCARDS，用子集装箱识别的ISO10374等目前国际上制定RIFD标准的组织比较著名的有三个ISO，以美国为首的EPCGOHAL以及日本的UBIQUITOUSIDCENTER，而这三个组织对RFD技术应用规范都有各自的目标与发展规划。25本章小结图21非接触式ID卡式样本章阐述了智能卡的技术和种类，从智能卡的应用到介绍目前国内外的使用情况和优势，从而说明智能卡在当今社会的重要性和可持续发展潜力。并着重介绍了射频识别技术、射频卡技术和这种设备的硬件组成及其应用领域，为以下的研究奠定基础。本章重点对电子标签卡和IC卡进行比较，突现本系统使用无源远距离ID卡的优势。本章还研究了射频卡在系统工作中的具体过程，介绍了具有代表性的PHILIPS公司开发的射频芯片MFRC500的特征，该芯片遵从IS014443A标准的第2部分和第3部分。这个芯片开发的成功，为目前的射频识别技术打下的更坚实的基础，也为第四章介绍本门禁系统所使用的IS015693、IS018000标准起到抛砖引玉的目的。16华中科技大学硕士学位论文31门禁系统简介3门禁系统总体设计射频门禁系统包括硬件系统和软件系统两个部分。射频门禁系统是软硬件相结合的安防和考勤门禁系统。它是一套集门设备监控、射频卡技术、考勤、发送短信、用户管理于一体的综合安防系绀“1射频卡技术在实际生活中的应用范围非常广泛，各个行业的产品需求各不相同，因此不可能开发设计出通用的系统方案。本项目暂时只考虑在门禁系统中的应用，至于其他方面的应用可以在门禁系统的基础上进行改进和扩展它的工作机理是每个学生胸前均挂有一张远即离无源感应卡，当学生到达校门时，附近的读卡器立即读到学生所佩戴的感应卡，并将该感应卡的卡号输出给电脑里安装的学生平安短信服务系统，系统立即按照预录的信息，向该学生的父母发一条手机短信，如“您的孩子己达学校”；同样地，如果学生离丌校门的话，系统立即按照预先录入的信息向该学生的父母发一条手机短信，如“您的孩子离开学校”有了门禁管理系统，家长不仅能及时获得孩子到校、离校的时间信息，包括孩子的考试成绩、作业点评、近期表现以及学校的各种通知、活动信息也可以及时送到家长手上，家长可以第一时间了解孩子的在校情况，从而有效配合学校对孩子进行辅导教育；有了该系统，学校能更有效的进行学生管理，和家长密切沟通，从而整体提高教学管理水平，还为后续的校园信息化管理奠定基础。本系统的特点及优势1对于家长及时获得子女的到校上学、离校放学时间信息，了解子女上学途中安全情况；及时得到学校有关通知家长会、要求家长提供的教育协助信息、放假通知等；及时了解学生当日或阶段在校学习情况需要校方提供相应服务。2对于学校集中式考勤管理，方便从学校到班级了解学生到校情况，及时发现学生缺课情况，避免学校与家长由此引起的责任纠纷。同时也为学校解决学生校外意外事故提供法律上的依据；可以为家长提供辅助教育的信息服务，可以从开通的服务中得到分成；教育工作可以得到家长更好的配合，有利于提高教育质量；学校可以利用该系统作为学校师生的考勤系统，每月自动生成考勤报表，而无需另外安装考华中科技大学硕士学位论文勤机3对于教育管理机梅一实时了解全市所有学校的在校学生情况，便于及时发现问题，便于评估学校学生考勤管理水平；获得了与所有家长实时相连的通讯系统。如果遇到SARS、台风等意外情况，可以将紧急情况第一时间通知到全市家长，快捷、准确、通知率高，保证学生的安全C4查询便利该系统为网络版，可以安装在学校任何一台电脑上。计算机历史记录存储容量无限制，查询方便方便学校相关部门查询和打印有关信息，如校长办公室、学校保卫处、班主任办公室等等。5价格低廉适合绝大部分学生的消费自动识别多功能校徽卡不易损坏。可长期使用，卡费采取押金形式，学生毕业或转学可退享受此项服务的学生，每月只需交纳低廉的短信服务费。感应卡系统为先进的身份确认设备，无损耗无物理接触、难复制，经久耐用；刷卡不需接触，快捷、方便；手机短信通讯是成熟的通讯方式，信息稳定、可靠，可随时、随地接收。6自动跟踪一该系统采用的是深圳市先施科技有限公司的SENSE900系列自动识别设备系列内配置一台远距离感应卡和读卡器兼容HIDMOTOROLA等品牌的标准WIEGAND格式，它有如下特点读卡速度可达60公里，J、时；读卡工作距离一般可达LO米；最大可同时识别50张感应卡，最大容量可有3000张有效卡、10000条出入记录、100条报警记录因此佩戴这些卡的学生，无需在校门口出示卡片或刷卡，系统就可以快速读到学生佩戴的卡片，即使有几十个学生同时经过校门口，也不影响所有卡片的快速识别。更重要的是，SENSE900系列自动识别设备读卡器独有的方向识别技术，确保系统能够准确识别学生是到校还是离校。学校门禁管理系统的示意图如图31所示。图31学校门禁管理系统示意图18华中科技大学硕士学位论文1学校门禁系统的功能和组成【学生及老师考勤信息产生】学生及老师进入校门时，读卡器读取远距离感应校徽卡的信息，传送至校园中心控制器，从而产生考勤信息，包括学生序号和读卡时间【学生及老师考勤信息传送】读卡器将考勤信息传送至学校计算机中心服务器。【学生及老师考勤信息应用】A学校老师及家长，可以通过INTERNET网、手机短信、BB机、电话查询等方法向由校园中心控制服务器查询，或通过INTERNET将信息传送至邮电中心服务器向有关人员发送。B学校班主任老师及学校校务部门可以将此学生及老师的考勤信息用于统计报表等功能，解决学校管理问题。【软件系统功能】基本设定管理员设置；年级设置；班级设置；课程时间设定；各项代码设定；相片文档路径设定。登录数据导入学生基本信息；手工输入学生信息；到校时间设置异常离校设置；违规事项设置短信发送。资料计算及报表列印计算学生缺席迟到记录；19华中科技大学硕士学位论文本日异常进出学生名单；本日未按时到校学生名单；本日提前离校学生名单；本日违规事项学生名单；本日迟到缺席学生名单日期区间异常进出学生名单；日期区间未按时到校学生名单；日期区间提前离校学生名单；日期区间违规事项学生名单；日期区间迟到缺席学生名单；出勤资料修改及删除；违规资料修改及删除。系统维护学年学期设定；各学期资料清除；出勤资料转至教务系统数据