摘要：随着安全意识的提高以及管理数字化、智能化要求的提出，小区门禁管理系统已大量引入各种新兴技术，实现人员出入管理的有效控制。文中提出一种基于射频识别技术（RFID）的小区门禁管理系统设计方案。该系统控制器通过射频识别技术读取用户卡号，利串口通信将卡号数据上传到门禁管理软件进行用户身份信息核对与确认，并将核对信息返回控制器以控制门禁开启与提醒，满足现代化门禁管理的要求。
关键词：门禁；射频识别技术；串口通信；单片机；控制器；身份信息
中图分类号：TP368.2 文献标识码：A
1.系统整体设计
本文设计的门禁管理系统包括由控制器、读卡器、电控锁、LCD液晶显示等模块组成的控制器与门禁管理程序两部分。其中，门禁控制器是系统的核心单元，由微处理器与外围电路组成，微处理器STC89C52RC是宏晶科技公司生产的一种低功耗、高性能的8位处理器，具有8KBFLASH和512BRAM，32个I/O端口。射频读卡器模块采用NXP公司生产的MFRC522模块，该芯片具有高度集成的非接触式（13.56MHz）低功耗读写功能，在无需其他电路的情况下可通过内部发送器部分驱动读写器天线在ISO14443A/MIFARE卡与应答机之间通信，支持SPI，UART，I2C三种不同的接口与微处理器通信，本文设计使用SPI接口与单片机通信。
LCD液晶显示模块为J12864模块，是一款低电压低功耗的中文汉字图形点阵液晶显示器，可用来显示汉字与图形，分辨率为128×64，内有8192个16×16点阵中文汉字，价格低廉，同时显示效果满足设计要求。门禁管理系统通过串口与控制器通信，开发环境为微软VisualStudio2013，用户界面使用C#编程语言的WinForm窗体框架，用户数据存储采用轻量级关系型数据库系统SQLite即可满足要求。系统整体结构如图1所示。
本文门禁管理系统可有效解决日常门禁使用过程中用户信息管理不够直观的缺点，实现快速、高效、准确的社区安全管理，主要实现以下功能：
1.1门禁管理
通过RFID技术绑定用户身份信息到电子标签上，当用户刷卡时与后台数据库连接识别身份信息，开启小区门禁；
1.2用户数据管理
可对用户信息进行增加、删除、修改、查找，对于新入住的居民可以添加读写卡号与用户信息，删除已搬离社区的居民信息，修改居民可能更换的信息，查找用户的相关信息；
1.3开关门动作
在没有刷卡开门的动作下，可直接按下手动开关键实现开门；
1.4报警动作
当用户卡号没有在后台数据库查询到时，门无法开启，并且通过蜂鸣器进行报警。
2.系统实现
本文系统软件部分包括单片机控制器程序与门禁管理程序。单片机控制器程序实现对硬件电路的控制，包括RFID读卡识别、串口通信、LCD显示、声光提醒等功能。门禁管理程序主要完成用户信息管理、存储以及与单片机通信等功能。
2.1控制器程序实现
控制器程序是单片机控制系统程序，使用C语言进行编程设计，开发平台为主流的单片机开发软件KeilC51，该软件提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理及功能强大的仿真调试器等在内的完整开发框架。RFID卡号就像每个人的身份证号一样具有唯一性，并且固化在芯片中无法被修改，当住户刷卡时，门禁控制器读取RFID卡号并利用串口通信将卡号上传至管理软件，管理软件查询用户数据库中是否有对应的卡号绑定的居民信息，若存在则返回确认数据以开启小区门禁并提示正常出入，不存在则拒绝开启门禁并在液晶显示屏上提示用户卡无效以及蜂鸣器报警。当用户离开小区时无需刷卡只需通过按下手动开关键即可实现开门，具体工作流程如图2所示。
2.2门禁管理程序实现
门禁管理程序采用C#编程语言的WinForm窗体用户界面应用程序，其开发平台为微软公司推出的最流行的Windows平台应用程序开发环境VisualStudio2013。上位机主要实现用户信息与RFID卡号绑定以及存储、查询、管理功能，详细功能包括以下三个部分:
2.2.1用户交互界面设计；
2.2.2串口通信，实现与单片机进行数据收发操作；
2.2.3数据库操作，用户信息增加、删除、修改、查询。界面设计采用WinFom可视化设计器设计，使用.NetFramework框架提供的丰富类库与控件布局。本文设计中使用的控件有Label，TextBox，Button，PictureBox，RadioButton，ComboBox等控件，主界面如图3所示。主界面包括门禁管理功能、人员管理、人员添加、远程开门。门禁管理功能可设置门禁时间以及控制器串口通信参数；当用户刷卡时人员管理功能显示从数据库中查询出来的用户信息；人员添加功能实现添加新人员门禁权限，同时将该卡与人员信息绑定存放到数据库中，需要保存的信息包括姓名、卡号、性别、年龄、民族、手机号码、籍贯、住址、身份证号等。
串口通信使用C#的串口控件SerialPort控件，端口号由硬件识别结果确定，波特率为9600bit/s，数据位为8位，检验位为None，停止位默认设置为1。串口打开通过SerialPort.Open（）函数实现，打开后即可进行正常的数据收发。串口发送数据通过SerialPort.Write（byte[]data，intstart，intlength）函数实现，其中data是一个待发送数据的字节数组，start是数据数组发送的起始位置，一般为0，length是发送的数据长度。串口异步接收数据，使用串口控件SerailPort的DataReceived事件处理函数进行接收，当单片机发送数据至管理程序时自动处理数据接收。
2.3通信协议实现
门禁系统管理软件与单片机程序通过串口进行通信，串口通信的特点是一个字符接着一个字符进行传输，并且传输字符时总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求，因此双方必须共同遵循同一套通信协议才能保证数据传输完整正确。本文通信需要实现控制器用户卡号上传与管理软件查询结果返回的功能。通信协议主要包括数据帧头、数据长度、命令类型、设备号、数据正文、CRC校验。数据帧结构如图4所示。
3.结语
门禁系统已经是现代安保设施的一个重要环节，也是社区、办公、商场领域智能化与数字化管理的重要应用之一。本文设计的小区门禁管理系统采用自动射频识别技术，其方案成本低，使用便捷，技术成熟，满足小区管理现代化、智能化、易用性的要求，通过RFID即可实现全区域出入人员的有效管理，是现代社会智能化的一个重要应用。
参考文献
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[4] 王聪，夏青.小区智能门禁管理系统设计[J].电子设计工程，2012，20（14）38-40.
论文作者:俞翠
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第13期
论文发表时间:2019/9/4
标签：门禁论文; 串口论文; 控制器论文; 单片机论文; 通信论文; 用户论文; 卡号论文; 《工程管理前沿》2019年第13期论文;