RFID是射頻識別技術的英文(RadioFrequencyIndenfification)縮寫，是2O世紀9O年代隨著網(wǎng)絡技術普及而被重新認識和得到普遍重視的一種自動ID識別技術，是一項利用射頻信號通過空間耦合(電磁感應或電磁傳播)，實現(xiàn)無接觸信息傳遞并得到被標識物的ID信息以做到識別目的物的技術。自2004年起，全球范圍內(nèi)掀起了一場無線射頻識別(RFID)的熱潮，包括沃爾瑪、保潔、波音公司在內(nèi)的商業(yè)巨頭無不積極推動RFID在制造、零售、交通等行業(yè)的應用。RFID技術及應用正處于迅速上升的時期，被業(yè)界公認為是本世紀最有潛力的技術之一，它的發(fā)展和應用推廣將是自動識別行業(yè)的一場技術革命。與此同時，無線射頻識別(RFID)在門禁管理系統(tǒng)方面的應用也己逐漸成熟。
一、門禁系統(tǒng)的組成
門禁系統(tǒng)，簡單來說就是管理人員出入的智能化系統(tǒng)，是一種數(shù)字化管理系統(tǒng)，又稱出入管理控制系統(tǒng)。本小區(qū)所采用的門禁控制技術是基于RFID的非接觸智能卡技術。
小區(qū)門禁分兩個部分：小區(qū)進出門禁和各單元樓門禁。兩種門禁的外觀放置不同，但它們的組成基本相同，主要包括：射頻卡、讀卡器、電子門鎖、門禁控制器、數(shù)據(jù)采集器、后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，其中電控鎖按斷電時的開關狀態(tài)分為電磁鎖、陽極鎖、陰極鎖。系統(tǒng)各組成單元布線結構簡圖如圖1：
圖1系統(tǒng)組成簡圖
二、門禁系統(tǒng)的技術原理及標準選擇
本系統(tǒng)采用感應式技術，或稱作射頻(RF)技術，是一種在卡片與讀卡裝置之間，無需直接接觸的情況下對卡片信息進行讀寫的方法。使用感應式讀卡器，不再會因為接觸磨擦而引起卡片和讀卡設備的磨損，也無需將卡插入孔內(nèi)或在刷卡槽內(nèi)刷卡，卡片只需在讀卡器的讀卡范圍內(nèi)晃動即可，兼有使用方便、使用壽命長等優(yōu)點。
射頻卡與讀卡器之間的外部通信簡圖如圖2：
圖2射頻卡與讀卡器間的通信簡圖
圖2所示系統(tǒng)的基本工作流程：讀卡器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的調(diào)制信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀卡器，讀卡器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。
對一個RFID系統(tǒng)來說，它的頻段概念是指讀卡器通過天線發(fā)送、接收并識讀的射頻卡信號的頻率范圍。RFID涉及到多種頻率的電磁物理特性，它的標準化工作應該包括工作頻率、射頻卡規(guī)格、數(shù)據(jù)編碼格式、讀卡器與射頻卡之間的通信協(xié)議等內(nèi)容，是一項比較繁瑣的工作。
考慮到門禁系統(tǒng)中進出持卡人員對系統(tǒng)識別距離的要求(1米以內(nèi))，結合系統(tǒng)的讀取速度、成本、防沖撞功能以及對環(huán)境(水，金屬)的敏感度等，本系統(tǒng)采用13．56MHz的頻段(注：該頻段在其他領域，如二代身份證、學生鐵路優(yōu)惠票證等，己經(jīng)得到了廣泛應用，技術成熟性高。
以13+56MHz交變信號為載波頻率的標準主要有ISO 14443和ISO 15693標準。由于ISO15693讀寫距離較遠(當然這也與應用系統(tǒng)的天線形狀和發(fā)射功率有關)，而ISO 14443讀寫距離稍近，更符合小區(qū)門禁系統(tǒng)對識別距離的要求，該射頻系統(tǒng)應選擇ISO 14443標準。對于ISO 14443標準，它定義了TYPEA、TyPEB兩種類型協(xié)議。通信速率為106kbits／s，它們的不同主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式。從PCD向PICC傳送信號時，TYPEA采用改進的Miller編碼方式，調(diào)制深度為100％的ASK信號； ，PE B則采用NRZ編碼方式，調(diào)制深度為10％的ASK信號 從PICC向PCD傳送信號時，二者均通過調(diào)制載波傳送信號，副載波頻率皆為847KHz。TYPE A采用開關鍵控(On-Ofkeying)的Manchester編碼；TYPEB采用NRZ-L的BPSK編碼。
TYPEB與TYPEA相比，由于調(diào)制深度和編碼方式的不同，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗干擾能力更強的優(yōu)點本射頻識別門禁系統(tǒng)所采用的是ISO 14443-TYPE B標準。
三、本門禁設計的特色介紹
１、門禁鑰匙采用雙卡制
目前國內(nèi)普遍使用的第二代居民身份證是一種有”芯”身份證，即在身份證內(nèi)部嵌入了非接觸式IC芯片。第二代身份證和本設計系統(tǒng)所需的射頻卡一樣，也采用了ISO14443一TYPEB標準，那么可不可以用第二代身份證代替射頻卡作為出入門禁的”鑰匙”呢?
據(jù)08年7月新京報報道，北京天寧寺社區(qū)里的部分居民已經(jīng)將這樣的設想變?yōu)楝F(xiàn)實。雖然現(xiàn)階段只是試點運行，社會各界人士也對此褒貶不一，但使用身份證作為門禁鑰匙在小區(qū)門禁安全管理上的優(yōu)勢已經(jīng)凸現(xiàn)。但由于身份證有制作過程較復雜，丟失后補辦時間較長等缺陷，故用它作為門禁鑰匙使用若不慎丟失將給居民帶去不便。由此可見用第二代身份證作為門禁鑰匙利弊共存，為此本設計提出門禁鑰匙”雙卡制”方案。該方案將射頻卡作為進出門禁的主要鑰匙，而將二代身份證作為居民忘帶射頻卡情況下的應急措施，并鑒于二代身份證的重要性、特殊性，給每個居民二代身份證的使用設置了次數(shù)限制(比如一個季度限用五次等)，超過限用次數(shù)刷卡(指使用二代身份證)無效并且刷卡時系統(tǒng)控制發(fā)出報警信號。當居民同時攜帶射頻卡和二代身份證時，讀卡器將同時識別到居民所帶的兩種”門禁卡”，后臺管理系統(tǒng)將按所采集到的數(shù)據(jù)加于區(qū)分，并對二代身份證的該次識別不予季度限用次數(shù)的累加。
２、門禁系統(tǒng)的安全性考慮
A、將發(fā)給居民的射頻卡(或稱門禁卡)設有有效期，過期則需由居民本人攜帶有效證件到小區(qū)相關工作處(如門禁卡管理處)重新登辦。
B、若居民不慎丟失射頻卡，可由居民本人攜帶有效證件到小區(qū)相關工作處進行掛失，掛失后該卡處于功能封鎖狀態(tài)，按居民要求，可以登辦新卡。
C、居民攜卡進門時，系統(tǒng)可通過相關設備(如音頻設備、顯示設備等)，對門禁工作人員(保安等)進行快捷的語音提示，如年齡、性別，以防造假。更復雜地，相關工作人員可將卡片使用者的面部圖像錄入門禁管理系統(tǒng)，居民攜卡進門時，可顯示卡片真正主人的面部圖像，這樣便幾乎可以杜絕造假行為。
D、對于小區(qū)來訪人員(如探親人員)，小區(qū)管理者可為其準備臨時射頻卡，并查看、登記其有效證件，收取一定押金后給與來訪人員有效臨時射頻卡。
注：備用射頻卡的外觀制作要區(qū)分于小區(qū)內(nèi)部居民所持射頻卡，以便出門還卡時便于管理人員區(qū)分。
E、對火災等緊急情況可采取一定措施：
首先得注意電控鎖的選擇，電控鎖中的電磁鎖和陽極鎖都是斷電開門型，符合消防要求。選擇這兩種電控鎖的其中一種，就可以在火災時候因自動斷電或者人為切斷電源后所有被控制的門禁打開，以便居民的疏離。
此外，在設計門禁系統(tǒng)時，應采用單向門禁控制器，即進門刷卡和出門按鈕。這樣的設計即便災難發(fā)生時沒有發(fā)生斷電，也沒有人員的及時斷電控制，小區(qū)內(nèi)部人員也可以在因慌亂沒有攜帶卡片的情況下通過按鈕開門，以便人員及時疏散。
３、小區(qū)中特殊人群的管理
小區(qū)中的特殊人群主要包括老人、小孩、殘疾人等。由于這些特殊人群缺少或沒有足夠的自我保護能力，系統(tǒng)可在他們外出時自動記錄或發(fā)送短信通知其監(jiān)護人，以便對他們實行跟蹤保護。
４、門禁卡的外觀設計
將一項設計應用于人們的日常生活當中，所以除了要考慮很多純技術性的東西還要考慮一些有關些人性化的東西。否則如果設計出來的方案實例沒有人愿意接受，就像這樣的一個智能小區(qū)門禁系統(tǒng)如果沒有市場，那么它在現(xiàn)實中就很難得到實施開發(fā)。要說服業(yè)主接受這樣的一套門禁方案，首先要體現(xiàn)它的優(yōu)越性(主要是便利性)，首要考慮是卡片的封裝形式，應該便于攜帶。可以將制作好的射頻卡與居民的鑰匙或者鑰匙鏈封裝在一起，射頻卡表面可印制居民個人信息，如姓名、編號、性別等，以便使居民所攜帶的射頻卡具有個人特征。如業(yè)主不慎將卡丟失，也容易找回。
四、設計總結
本門禁系統(tǒng)采用自動射頻識別技術，在技術和自動化管理上優(yōu)于普通門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)在設計中考慮了一些特殊及突發(fā)狀況并提出了人性化的解決方案，如：便于攜帶的卡片封裝形式、對出入小區(qū)的特殊人群(老弱病殘、外來人員)的跟蹤保護、對火災地震等突發(fā)狀況的應對措施等。此外，本設計的獨特之處在于考慮到將第二代身份證作為出入門禁的鑰匙，這個正在試點運行的方案將由于它特有的管理優(yōu)勢，有望在不久的將來在人們的生活中得到普遍應用。屆時RFID在門禁上的應用將給人們的生活帶去更多的便利，RFID廣闊的發(fā)展及應用前景令人期待。
注：本文受合肥工業(yè)大學”基于RFID的智能住宅區(qū)安全管理系統(tǒng)設計”項目支持。
(合肥工業(yè)大學計算機與信息學院 周學葉 單承贛)
作者簡介：周學葉：女，計算機與信息學院通信05—2班。合肥工業(yè) 大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目”基于RFID的智能住宅區(qū)安全管理系統(tǒng)設計”團隊成員。單承贛：男，計算機計算機與信息學院教授。研究方向為多媒體技術與RFID。合肥工業(yè)大學大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目”基于RFID的智能住宅區(qū)安全管理系統(tǒng)設計 ％導老師。
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