基于RFID_MicaZ和GSM的新型门禁安防系统

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开始
初始化ＭＣＵ，ＢＣ７２８１
定时１００ｍｓ？
调用ＬＣＤ显示子程序
定时１０ｍｓ？
按键扫描的键值分析
其他功能子模块
图７ 从机软件流程图 ２、从机软件设计 从处理器软件设计流程如图７。从机主程序的 主要任务是定时调用ＬＣＤ显示子程序刷新显示数 据，以及对扫描键值分析。按键扫描是在定时器中 调用ＢＣ７２８１按键扫描程序来完成，由于ＢＣ７２８１内 建按键去抖功能，所以无需额外设计软件或硬件防 抖。此外，从机的Ｉ２Ｃ通讯方式采用中断模式，由 主机的发送与接收信号触发从机的Ｉ２Ｃ中断，然后 通过双方的Ｉ２Ｃ通讯协议进行数据交换。ＬＣＤ显示模 块主要包括中英文显示子程序、画图子程序、实时 曲线子程序等，通过功能函数显示出各种控制系统
Ｎ
温度是否 过高？
Ｙ
初始化
门禁系统是否 失效或门没关
Ｎ 是否发生 读卡事件？
Ｙ
此法是否 合法？
Ｙ 记录读卡时间
Ｎ
Ｙ Ｎ
ＧＳＭ
ＧＳＭ模块
串口
ＳＩＭ卡
图２ 控制中心结构
蜂鸣器报警
数据库
短信报警
图３ 系统结构流程 ４、Ｒｅａｄｅｒ和Ｔａｇ 射频读写模块采用非接触式读卡机芯片ＦＭ１７０２， 支 持 Ｉ ＳＯ１４４４３ｔｙｐｅＡ协议 ， 支 持 Ｍ Ｉ Ｆ Ａ Ｒ Ｅ 标 准 的 加 密 算 法。模块内部高度集成了模拟调制解调电路，采用小 型读卡芯片和高性能单片机，支持ＩＩＣ 接口、ＵＡＲＴ接
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点以及一个传感器板，中间为ＲＦＩＤ阅读器，该阅读器 已经和天线一体化，从左至右，引脚依次为：ＧＮＤ、 ＶＣＣ、ＳＩＧ、Ｍ１、ＲＳＴ、ＮＳＳ、ＭＯＳＩ、ＴＸＤ／ＳＤＡ／ＭＩＳＯ、 ＲＸＤ／ＳＣＬ。右边为辅助的电源。
图４ ＲＦＩＤ节点结构 （２）Ｓｉｎｋ节点。当Ｔａｇ标签的电子信息被阅读器 读取，通过ＩＩＣ总线将数据发送到ＲＦＩＤ节点，ＲＦＩＤ节点 通过无线传输方式，将获得的Ｔａｇ标签的信息发送至另 一个ＭｉｃａＺ节点，此节点称之为Ｓｉｎｋ节点。 （３）Ｓｉｎｋ节点与ＰＣ的通信。当ＲＦＩＤ节点将数据发 至Ｓｉｎｋ节点时，Ｓｉｎｋ节点将以无线方式收到的数据转换 至串口形式的数据，通过ＭＩＢ５１０ 和串口线，将数据发 至 Ｐ Ｃ 。 串 口 数 据 格 式 如 下 ： 以 “ Ａ１ ０６ ２０ ８Ｃ ７Ｃ ２３ ５２”为例，ＩＤ以 Ａ１开头，０６ 为“０６”至“２３”的长 度，“２０”至“２３”为数据，“５２”为校验位。 （４）ＧＳＭ模块、传感器和门磁开关。将ＧＳＭ模 块、天线、ＳＩＭ卡组装成Ｍｏｄｅｍ，称之为Ｍｏｄｅｍ模块， 此模块通过串口线与ＰＣ相连，此串口称之为ＣＯＭ２。将 温度传感器、烟雾探测器、门磁开关接到ＭｉｃａＺ节点的 ５１针引脚上。 ３、主要软件工作 在ＰＣ上使用Ｃ＃语言来编写客户端程序，程序主 要实现以下功能： 如图３ 所示，控制串口的打开和关闭以及数据的 接收和停止接收。当ＰＣ串口收到Ｔａｇ信息时，首先访问 数据库，对数据合法性进行校验，如果符合特定规 则，则认为是合法权限，将数据显示在预先定义好的 文本框，并将Ｔａｇ数据和系统当前时间记录在硬盘中， 控制Ｓｉｎｋ节点的ＭＣＵ打开电控锁。当ＩＤ非法时，打开串 口ＣＯＭ２，通过ＣＯＭ２发送ＡＴ指令到ＧＳＭ模块，ＧＳＭ模 块使用ＳＩＭ卡通过ＧＳＭ网络向手机发送一条短信息，实 现预警功能。短信息中心号码和目标手机号码在ＡＴ指 令中进行设置。ＡＴ指令默认是ＴＥＸＴ格式，在ＰＣ端程序
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中，发送３个ＡＴ命令：ＡＴ＋ＣＭＧＦ＝１、 ＡＴ＋ＣＭＧＳ＝“手 机号码”、短信内容，以１６进制发送［２］。
五、系统实现总体效果 将系统置于监控状态后，当有电子标签移动至 ＲＦＩＤ阅读器的有效读取范围时，ＲＦＩＤ节点产生中断， 获取标签信息，同时将该信息以无线方式发送至Ｓｉｎｋ节 点 ， Ｓｉｎｋ节 点 将 数 据 通 过 ＭＩＢ５１０以 及 串 口 线 传 送 至 ＰＣ，客户端软件保存数据，需要时给预先定义好的手 机号码发送短信息报警。当温度传感器监测到的房间 温 度 值 超 过 设 定 阀 值 时 ， 通 过 ＧＳＭ网 络 发 送 短 信 报 警。本系统已经正常运行了３００多个小时，稳定性能高。 六、结语 与传统的使用有线电缆的ＲＦＩＤ门禁系统不同，本 系 统 最 大 的 特 点 是 将 ＲＦＩＤ阅 读 器 与 ＭｉｃａＺ节 点 通 过 ＩＩＣ总线传输数据，利用ＭｉｃａＺ节点的无线方式将数据送 至主控计算机，由主控计算机来实现短信报警功能，
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Ｄａｔａ（ＩＤ）
Ｒｃａｄｅｒ
Ｔａｇ
时序 能量
ＲＳ２３２ ＲＳ４８５ ＩＩＣ（ｕｓｅｄ）
ＳＰＩ
ＰＣ
串口
ＭＩＢ５１０
ＭｉｃａＺ节点
ＳＤＡ
（ＲＦＩＤ节点）
ＳＣＬ
ＲＳ２３２ ＩＩＣ（ｕｓｅｄ）
ＳＰＩ
５１Ｐｉｎ
ＭｉｃａＺ节点 （Ｓｉｎｋ节点）
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３、系统设计 将ＭｉｃａＺ节点与ＲＦＩＤ的阅读器进行硬件扩展，当 读 头 获 取 标 签 的 ＩＤ后 ， 通 过 ＩＩＣ总 线 将 ＩＤ数据 送 至 ＭｉｃａＺ节点，ＭｉｃａＺ节点将数据转发至ＰＣ，ＰＣ上的监控 软件通过查询ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ数据库检测用户信息的合法 性，若ＩＤ信息不合法，则在ＰＣ上记录访问时间，同时 利用串口向ＧＳＭ 模块发出ＡＴ指令，使目标手机收到警 告短信。若ＩＤ信息合法，命令ＭｉｃａＺ节点的Ａｔｍｅｇａ１２８微 控制器打开电磁锁。温度传感器和烟雾传感器都接在 ＭｉｃａＺ的５１引脚上。系统结构流程如图３ 所示。
省去了有线电缆的铺设困难，节约了成本，同时系统 也具有良好的扩展性。
【参考文献】 ［１］ 屈凤娇，徐建波．基于ＭｉｃａＺ的无线传感器网络在 农 业 温 室 温 度 检 测 中 的 作 用 ［Ｍ］．福 建 ：福 建 电 脑，２００７：０８－０９． ［２］ 赵小荣，齐本胜，刘欣鑫．基于ＧＳＭ／ＳＭＳ的门禁控 制系统设计［Ｍ］． 陕西：现代电子技术，２００７：１１１－１１３． ［３］ 李士宁，覃征．基于传感器网络的超级ＲＦＩＤ系统 ［Ｊ］．无线通信技术，２００５（０３）：５７－５９． ［４］ 胡军峰，姜人好，程广欣等．基于单片机控制的 ＷＡＶＥＣＯＭ模块在气象观测中的应用［Ｍ］．山东：山东科 学，２００５：３０－３４． 转自《信息安全与通信保密》２００９年第１期
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基于ＲＦＩＤ、ＭｉｃａＺ和ＧＳＭ的新型门禁安防系统
赵玉辉 王福豹 龚彬
西北工业大学宽带网络研究所，陕西西安，７１００７２
【摘 要】一些涉及重要机密的场合，只允许有进出权限的人员通行，为了鉴别人员的准 入权限，通常使用门禁系统。文章分析了现有的基于ＲＦＩＤ技术的门禁安防系统存在的不足， 综合ＲＦＩＤ、ＭｉｃａＺ和ＧＳＭ技术，提出了一种新型的门禁安防系统，阐述了系统的组成结构， 介绍了系统的软硬件设计与实现。测试证明本系统运行稳定可靠。
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口 、 ＳＰＩ接 口 、 ＲＳ４８５接 口 等 ， 数 字 电 路 支 持 ＴＴＬ、 ＣＭＯＳ两种电压工作模式。电子标签采用Ｓ５０非接触式 ＩＣ卡 （ Ｍ１） ， ８ＫＥＥＰＲＯＭ，３２位 序 列 号 ， 防 冲 突 机 制，无电源自带天线，工作频率１３．５６ＭＨＺ，通信速率 １０６ＫＢＰＳ，可改写１０ 万次，读无限次。
５、ＭｉｃａＺ 节点 ＭｉｃａＺ 节点是加州大学伯克利分校研制的用于传 感器网络研究的演示平台的试验节点。Ｍｉｃａ系列节点 包括ＷｅＣ、Ｒｅｎｅｅ、Ｍｉｃａ、Ｍｉｃａ２、ＭｉｃａＺ、Ｍｉｃａ２ｄｏｔ和Ｓｐｅｃ等， Ｃｒｏｓｓｂｏｗ公 司 选 用 支 持 Ｚｉｇｂｅｅ 协 议 的 Ｃｈｉｐｃｏｎ－ＣＣ２４２０ 通讯芯片与低功耗处理器Ａｔｍｅｇａ１２８ 结合作为节点的主 要器件。ＭｉｃａＺ采用的硬件平台为ＭＰＲ４００ＣＢ，ＭＰＲ４００ＣＢ采 用了Ａｔｍｅｇａ１２８微控制器，该控制器从其自带的ＲＯＭ中 运行ＴｉｎｙＯＳ操作系统，可以利用编程接口板对其进行 开发。ＭｉｃａＺ的载波频率为２．４ＧＨｚ，数据传输速率最高 达到２５０ｋｂｐｓ，通信距离６０ｍ－１５０ｍ 。 ［１］ ６、ＧＳＭ 模块 Ｑ２４０６Ｂ模块是Ｗａｖｅｃｏｍ公司的无线通信模块，是 一 种 ＧＳＭ终 端 。 Ｗａｖｅｃｏｍ与 ＧＳＭ２／２＋ 兼 容 ， 双 频 （ＧＳＭ９００／ＧＳＭ１８００）、ＲＳ２３２数据口、符合ＥＴＳＩ标准 ＧＳＭ０７０７， 集 射 频 电 路 和 基 带 于 一 体 ， 提 供 标 准 的 ＡＴ指令［４］。 四、具体方案实现 １、软硬件以及开发平台 （ １）主要硬件：ＭｉｃａＺ节点、Ｑ２４０６ＢＧＳＭ／ＧＰＲＳ 模块、ＭＩＢ５１０编程板、串口线、温度传感器、烟雾探 测器、电磁锁、ＰＣ 机。 （ ２） 主 要 软 件 和 开 发 平 台 ： ＷｉｎｄｏｗＸＰ操 作 系 统 、 ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００５、 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２０００、 ＴｉｎｙＯＳ。 （３）主要编程语言：ＮｅｓＣ语言、Ｃ＃语言。 ２、主要硬件工作 （１） ＲＦＩＤ节点的硬件扩展。通过ＩＩＣ总线方式将 ＭｉｃａＺ节点与ＲＦＩＤ 阅读器进行硬件扩展。主要连接线 有ＶＣＣ、ＧＮＤ、ＲＸＤ／ＳＣＬ、ＴＸＤ／ＳＤＡ／ＭＩＳＯ等，为了方 便ＭｉｃａＺ节点５１针引脚的导线能够方便地引出，增加了 一个传感器板来焊接导线，该传感器板不涉及数据处 理，只用于数据传输。此ＭｉｃａＺ节点称之为ＲＦＩＤ节点， 硬件扩展后的效果如图４所示。图４中，左边为ＭｉｃａＺ节
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了在当地具有准入权限的数据载体。从数据库中产生 的权限数据通过连接导线传送到终端设备并存储到一 个表格中。准入权限的修改在中央计算机上通过简单 的记录编辑来完成。这种门禁安防系统称为在线系 统，用于少量入口处检查大量人群的准入权限，但是 在实现过程中成本较高，并受限于电缆的铺设。中文 设 计 了 一 种 新 型 门 禁 安 防 系 统 ， 将 ＲＦＩＤ、 ＭｉｃａＺ 和 ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）有效结 合，使用无线方式实现门禁安防功能。