湖南人文科技学院毕业论文（设计）
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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随着计算机技术的不断发展，相继涌现出多种自动识别技术，目前主要有：光符识别技术（OCR）、磁字符识别技术（MICR）、磁性条识别技术（MBR）、机器视觉系统（NIVS）、条码识别技术、IC卡识别技术及射频识别技术等。，通常用首读率和误码率两个指标评价一种自动识别技术。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FRR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SER表示[3]。
OCR技术由于FRR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。这些技术或正被淘汰，或只用于专业系统，所以这里不再讨论。而条码、磁性条识别技术，IC卡识别技术、射频识别技术等识别技术现在使用的较为广泛，它们都有各自的优缺点及适于应用的场合。
表2-1列举了几种识别技术各自的优缺点。条码成本最低，适于大量需求且数据不必更改的场合，例如用在商品包装上。一般的条码是纸质的，较易磨损，且数据量很小。磁性条的成本也很低，但是容易被伪造，数据量小。IC卡的价格稍高些，数据存储量很大，数据可以加密，安全性好，但是由于它的接触点在外面，有可能被损坏。而射频识别技术最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化。由于射频卡是完全封装的，不易损坏，适于在恶劣环境中使用，还可识别高速运动物体并且同时可以识别多个卡，因此操作快捷、方便[4]。
表2-1 几种识别技术的区别
信读/写
息性 量
条码 纸、塑料小 只读
薄膜、金属表面 磁性磁性物质 一读/写 条 般
2IC卡 EPROM 大 读/写 RFID卡
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信息 载体 读取方式 CCD或激光束扫描 电磁转换 电擦除 无线通讯
保密性 差
智能化 无 环境适应能力 差
寿命 ISO标
准
较有
成
本 最低
一般 较好 最好
无 有 有
较差 好 很好
短 长
有 低 较高 较高
E2PROM 大 读/写
有，不全
最长 有
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2.2 门禁系统结构原理
2.2.1 门禁系统的功能
传统的方法是工作人员对出入人员进行登记放行。这种方法费力又容易出错，而且管理不严格。随着技术的进步，门禁系统由原始的钥匙开门发展到了IC卡的门禁系统管理到最后的非接触式IC卡门禁系统。 门禁系统的功能如下[5]：
（1）时刻自动记录人员的进出情况，限制内部人员的进出区域和进出时间，礼貌地拒绝不速之客，同时也将有效地保护公共财产不受非法侵犯。
（2）系统的每个远端控制器通过总线方式与控制中心实时联系，记录所有进出入人员的信息，包括人员姓名、进入时间和进入的门等，如请求进入的人员身份合法，电锁将打开；否则电锁不会开启。
(3)人员可以向控制中心申请权限，中心批准后可以使用该卡开指定的门。
(4)控制中心通过管理软件对所有远端控制器进行实时监控，随时汇整数据，并根据需要将资料打印出来。 2.2.2 门禁系统的结构
门禁系统由门禁控制单元、通信管理器、管理主机、管理软件等组成。其中门禁控制单元是由门禁控制器、读卡器、电控锁、门磁传感器、开门开关、识别卡构成(如图2-3所示)。
管理主机通信管理器读卡器电控锁门禁控制器门禁传感器开门/关门图2-3 门禁系统的构成
门禁控制器是整个系统的核心控制部分，对门锁的一切操作均由它来控制完成，主
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