基于RFID的门禁管理系统.docx
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基于RFID的门禁管理系统.docx
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基于RFID的门禁管理系统
课程设计任务书
学院
计算机与信息工程学院
专业
物联网工程
课程名称
RFID条码与技术
题目
基于RFID的门禁管理系统
完成期限
自2015年12月23日至2016年1月5日共两周
内
容
及
任
务
一、项目的目的
系统学习MicrosoftVisualStdio2010开发环境及设计语言,学习MicrosoftSQLServer2008开发环境及设计语言;研究基于ISO15693协议开发的应用,研究RFID技术在实际生活中的具体应用;综合利用上述知识,实现对标签写入人员信息、自动识别人员信息、对非法人员发出警报并显示门的开关状态等功能。
二、项目任务的主要内容和要求
1、任务内容
设计一套基于RFID的门禁系统,利用RFID技术,实现对标签写入人员信息、自动识别人员信息、对非法人员发出警报并显示门的开关状态等功能。
2、任务要求
该系统能够完成人员信息的写入、对信息的自动识别、监控是否有非法人员闯入和介绍实验室的语言播报。
三、项目设计(研究)思路
系统主要包括硬件电路连接和软件模块的设计。
硬件电路连接部分,主要是将RFID实验箱中的ISO15693M模块通过串口线连接到PC端,进行数据的传输。
软件模块部分,主要是利用MicrosoftVisualStdio2010开发环境来完成软件界面的设计,达到写入、监控、识别的目的;另外还用到了MicrosoftSQLServer2008数据库开发环境,保存人员的相关信息。
四、具体成果形式和要求
1、符合设计要求的可展示的硬件,软件系统;
2、各项设计功能满足设计需求,功能完成且运行流畅;、
3、系统使用说明及设计报告。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
12.23-12.25
搜集相关资料,准备实验相关物品以及对应软件工具
12.26-1.4
学习MicrosoftVisualStdio2010和MicrosoftSQLServer2008开发环境及设计语言,进行设计的硬件搭建,数据库建立,界面设计
1.5
项目验收和答辩
主
要
参
考
资
料
[1]孙三才,许熏伊.精通C#与ASP.net程序设计[M].北京:
中国铁道出版社,2003:
37-46
[2]华国栋,刘文予.基于ADO.NET的数据库访问及其性能优化[J].电脑知识与技术学术交流,2007(09):
20-21
[3]朱印红,苏振巍.ASP.NET+SQLServe网站模块化开发全程实录.北京:
清华大学出版社,2009.7
[4]常永英.ASP.NET程序设计教程:
C#版.北京:
机械工业出版社,2009.9
[5]李书涛.SQL Server语言程序设计教程.北京:
北京理工大学出版社,1993:
65-70.
指导教师
意见
(签字):
年月日
系(教研室)主任意见
(签字):
年月日
课程设计说明书
学院名称:
计算机与信息工程学院
班级名称:
物联网工程
学生姓名:
学号:
题目:
基于RFID的门禁管理系统
指导教师:
起止日期:
2015年12月23-2016年1月5日
一、绪论
1.1引言
射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是从20世纪80年代开始走向成熟的一项自动识别技术,是当前最受人们关注的热点之一,该项技术既传统也充满新意和活力。
射频识别是无线电识别的简称,它源于无线电通信技术,综合了现代计算机智能控制、智能识别、计算机网络等高新技术,顺应了计算机集成制造系统,电子商务等热点应用的发展需要。
射频识别应用电磁场,以非接触、无视觉、高可靠的方式传递特定识别信息,由于大规模集成电路技术的日益成熟,使得射频识别系统的体积大大减少,从而进入了实用化阶段。
射频识别技术具有工作距离大、信息收集处理快捷及较好的环境适应性等优点, 极大地加速了有关信息的采集和处理,在近年来获得了极为迅速的发展。
随着科技的发展,人们开始追求智能化的生活,而门禁系统则是生活中非常实用的系统,在这个即要求效率又要求安全的需求下,门禁系统将逐渐走进人们的生活。
随着建设的发展,公司、工厂、学校都安装了门禁系统。
门禁系统的普及率快速增长,由于其安全和便捷使得门禁系统得到了用户的认可。
但系统可能还不够完善,存在某些不够人性化的方面。
如果技术足够成熟,系统足够健壮那么会得到广大用户的实用。
针对社会发展的需求和面临的问题结合RFID技术,设计并实现基于RFID的门禁管理系统,实现人员信息的录入、人员识别、陌生人警报等。
二、相关知识
2.1ISO15693协议
ISO15693是针对射频识别应用的一个国际标准,该标准定义了工作在13.56Mhz下智能标签和读写器的空气接口及数据通信规范,符合此标准的标签最远识读距离达到2米。
2.1.1ISO15693标准相关指令简介
在RFID_ReaderPC机软件控制下可执行ISO15693标准相关指令,其必备指令和常用可选指令一共有15个。
指令定义如下表2-1所示,具体如下:
表2-1指令定义
CommandCode
Method
Discription
01
Inventory
Anti-Collision:
CheckRFfieldandreadallUIDsofRFIDtags.UsesInventorycommand.
02
StayQuiet
StayQuiet:
Putaspecifictagintoquietstate.Tagsinquietstatewillnotreplytoinventorycommand.
03
Select
Select:
Putaspecifictagintoselectedstate.Tagsinselectedstatewillonlyreplytocommandswithselectbiton.
04
ResetToReady
ResetToReady:
Putalltagsintheinitialreadystate.AlltagsareinreadystatewhentheyfirstentertheRFfield.
05
WriteAFI
WriteAFIByte:
ChangingtheAFIbyteoftag(s)toanewvalue.
06
LockAFI
LockAFIByte:
Disallowingfuturechangingoftag(s)’AFIvalue
07
ReadSingleBlock
ReadSingleBlock:
Readthedatastoredintag(s)’singleblock.
08
WriteSingleBlock
WriteSingleBlock:
Writeuserdataintotag(s)’singleblock
09
LockBlock
LockSingleBlock:
Disallowfuturewritingintoselectedtag(s)’singleblock.
0A
ReadMultiBlock
ReadMultiBlock:
Readthedatastoredintag(s)’multiblock.
0B
WriteMultiBlock
WriteMultiBlock:
Writeuserdataintotag(s)’multiblock
0C
WriteDSFID
WriteDSFID:
WriteanewDSFIDbytevalueintotag(s).
0D
LockDSFID
LockDSFID:
DisallowchangingofDSFIDbytevalueinthefuturefortag(s).
0E
GetSystemInfo
GetSystemInformation:
Gettaginformation(e.g.manufacturer,size,etc)fromtag.
0F
GetMultiBlockSecurityStatus
GetMultipleBlockSecurityStatus:
Getthesecuritystatusofblock(s)fromtag(s).
2.1.2相关说明
对命令功能通俗的描述和使用相关要求如下:
01(Inventory)指令:
强制的指令,对应ISO15693标准的0x01指令;读取RF场强范围内处于激活状态的RFID标签。
根据相应的标志,可以只读取单个标签,也可以读取多个标签,执行防冲突功能,理论上可以一次读出所有处于激活状态的标签。
02(StayQuiet):
强制的指令,对应ISO15693标准的0x02指令;使激活的标签进入静默状态。
一次只能对单个标签操作,且必须跟在同一个标签的01(Inventory)指令之后。
本系统的开发就是基于ISO15693协议,其中主要使用了Inventory方法,就行寻卡的操作,进行功能的实现。
2.2MicrosoftVisualStdio2010开发环境
VisualStudio可以用来创建Windows平台下的Windows应用程序和网络应用程序,也可以用来创建网络服务、智能设备应用程序和Office插件。
.NET的通用语言框架机制(CommonLanguageRuntime,CLR),其目的是在同一个项目中支持不同的语言所开发的组件。
所有CLR支持的代码都会被解释成为CLR可执行的机器代码然后运行。
高效的开发环境MicrosoftVisualStudio2010采用拖曳式便能完成软件的开发。
简简单单的操作便可以实现一个界面的生成。
本系统就是利用MicrosoftVisualStudio2010开发环境中的Winform开发模板,进行系统控制界面的开发。
2.3MicrosoftSQLServer2008开发环境
SQL是英文StructuredQueryLanguage的缩写,意思为结构化查询语言。
SQL语言的主要功能就是同各种数据库建立联系,进行沟通。
按照ANSI(美国国家标准协会)的规定,SQL被作为关系型数据库管理系统的标准语言。
SQL语句可以用来执行各种各样的操作,例如更新数据库中的数据,从数据库中提取数据等。
SQLServer是一个关系数据库管理系统。
该系统具有以下特点:
Ø安全性:
可以以很高的安全性、可靠性和可扩展性来运行他们最关键任务的应用程序。
Ø高效性:
可以降低开发和管理他们的数据基础设施的时间和成本。
Ø智能性:
提供了一个全面的平台,可以在你的用户需要的时候给他发送观察和信息。
所以本系统就采用了MicrosoftSQLServer2008开发环境作为用户相关信息的数据库保存体,用来方便快捷的获取到用户的信息。
三、概要设计
3.1总体设计
3.1.1需求规定
利用RFID技术,实现对标签写入用户信息、对用户信息的识别与监控。
标签写入学用户信息,通过读取标签,将获取的标签号,写入数据库,同时跟此标签编号对应的还有用户姓名,单位名称,联系电话等信息也同时写进数据库的一张表中。
也就是说,实际上标签里没有存储关于用户的任何信息,所有的信息都存放在数据库中。
门禁监视,读到的RFID标签的编号,根据该编号从数据库中读出该用户的信息显示在界面上,并且欢迎该用户;若数据库中没有该便签编号,界面上显示为“无效卡”,发出警报信息提示出示有效证件。
3.1.2运行环境
操作系统:
Windows7操作系统
软件环境:
MicrosoftVisualStdio2010开发环境+SQLServer2008数据库
硬件环境:
RFID系统实验箱
3.1.3基本设计概念
本系统的设计由UI层,逻辑层和数据库层三部分组成,如表3-1所示:
表3-1三层架构
UI层(C#)
逻辑层(标签写入用户信息,修改信息,门禁监视功能)
数据库层(保存信息)
●UI层:
完成PC端的控制界面,完成与用户之间的交互
●逻辑层:
具体的功能实现层,完成具体的功能,与用户界面进行衔接
●数据库层:
保存关于人员的相关信息,包括卡的编号、用户姓名、单位名称
本系统的设计概念就是将代码与界面分开,既保证用户的良好的交互也保证数据的分离,达到方便、快捷的目的。
3.1.4系统流程
该门禁管理系统,系统运行时,主要有以下步骤:
1 先选择串口号以及波特率,接着进行打开串口;
2 为某一个用户录入信息,选取一张白卡,读出卡号,填写用户的信息,点击保存按钮,数据成功保存至数据库,同样的方法,将要进入该房间的用户的姓名、单位名称、联系电话、称谓以及用户照片都添加到数据库进行保存;
3 用户刷卡进入某房间,已成功注册的用户可以进入房间,系统根据用户所持卡的编号查询出用户的信息,显示在系统界面,欢迎用户进入,如果用户持未注册的卡刷卡进入房间,则系统界面上回显示该卡无无效卡,并发出警报;
注:
1).修改已注册的用户信息,若发现已注册的用户信息有误,可进行修改用户信息或者删除用户信息和所持卡的卡号。
2).点击界面上的实验室介绍,语音播报实验室介绍。
3.1.5人工处理的部分
在本系统中,需要人工处理的部分,主要是读卡时,将用户的相关信息与卡片绑定,然后存入数据库,可省去用户进入房间的相关行为,使进入房间的过程更加便捷,也使管理人员可以更容易的统计相关信息。
3.2接口设计
3.2.1用户接口
用户接口是为了方便用户与计算机应用交流的窗口,通过接口,用户可以操作使用应用程序,本系统中,使用者可以添加用户的信息,可以对用户进入房间进行门禁监视,也可以查看对房间(实验室等)的介绍或者注意事项。
3.2.2外部接口
本系统中的外部接口主要是指PC端的串口与RFID实验箱上的串口进行连接,设置波特率等基本的连接操作。
3.2.3内部接口
内部接口方面,各模块之间采用函数调用、参数传递、返回值的方式进行信息传递。
具体参数的结构将在下面数据结构设计的内容中说明。
接口传递的信息将是以数据结构封装了的数据,以参数传递或返回值的形式在各模块间传输。
3.3系统数据结构设计
3.3.1物理结构设计的要点
物理数据结构设计主要是设计数据在模块中的表示形式。
数据在模块中都是以结构的方式表示。
用户的信息
表名:
tb1_UserInfo
表的属性:
TagNumber(卡的编号),UserName(用户姓名),UserCompany(单位名称),UserAppellative(习惯称谓),UserTelephone(联系电话),UserPhoto(用户照片)。
3.3.2数据结构与程序的关系
通过定义用户的数据表,在程序中可通过SQL语句对数据表进行基本的增删改查操作。
在后台对用户进行数据库添加、修改、删除等都要对数据表进行操作。
以及自动读卡阶段,要从数据库中提取信息,然后将信息显示出来。
四、详细设计
4.1系统流程图
该系统的运行过程,先打开串口,然后进行读卡操作,修改数据库信息,最后进行门禁监视的功能,本系统的详细流程图如下图4-1所示:
F
T
FT
图4-1系统流程图
4.2打开串口的程序说明
打开串口的程序主要是靠按钮btn_Open_Demo的事件触发程序来打开串口,其中程序中主要是靠reader.OpenSerialPort这个函数来实现对串口以及波特率的选择操作,具体的程序代码见附录btn_Open_Demo_Click函数。
可以通过重置按钮来清除串口和波特率的文本框中的数据,重置的程序主要是靠按钮btn_Refresh_Demo的事件触发程序来清除数据,其中程序中主要是靠btn_Refresh_Demo_Click来实现的,具体代码见附录btn_Refresh_Demo_Click
函数。
4.3读卡的程序说明
读卡的程序主要是通过读卡按钮btn_InventoryDemo的事件触发程序来进行读卡的操作,在事件触发程序中,主要用到了Inventory函数用来进行寻卡操作,可以将读卡器上放置的所有卡片都读取出来,具体的程序代码见附录btn_InventoryDemo_Click函数。
4.4增加、删除、修改的程序说明
在读出卡的编号之后,增加、删除、修改的程序也主要是通过按钮btn_Add、btn_Modify、btn_Delete的事件触发程序来进行对用户的相关信息进行操作,其中主要是用到了SQL语句进行增加、删除、修改的操作,具体的程序代码见附录btn_Add_Click、btn_Modify_Click、btn_Delete_Click函数。
4.5自动读卡的程序说明
在门禁监视程序中还有语音选项,选择语音选项,则可以有语音提示。
其中自动读卡的程序,也主要是是通过按钮btn_Monitor的事件触发程序来进行读卡的操作,其中用到了线程Monitor函数,是读卡器能都不间断的进行读卡操作,具体的代码见附录btn_Monitor_Click函数和Monitor_Click函数。
语音提示的程序,主要是通过chk_Voice的触发来进行语音的提示,具体的代码见附录chk_Voice.Checked中。
五、系统测试
基于上述的思路,本小组开发出来的系统界面如下图5-1所示:
图5-1RFID门禁管理系统界面
从上述的图片中可以看出,本界面的主要分区,第一分区是串口的分区,包括选择串口以及设置波特率;第二分区主要是初始化卡片的分区,包括读卡操作、添加、修改、删除、清除、浏览等操作;第三分区主要是门禁监视的分区,包括自动读卡的操作,以及语音的功能操作。
5.1串口的测试
当利用RFID实验箱与PC端的串口进行连接时,通过查看本机的设备管理器,查看对应的串口号,查看的结果如下图5-2所示:
图5-2串口的查看
2 当串口选择之后,在串口分区中,选择正确的串口,然后设置波特率,这里程序中自动将波特率设置为115200;
3 串口打开成功,在ListBox控件中,显示出来串口打开成功提示信息,具体的显示如下图5-3所示;
图5-3串口打开提示信息
5.2初始化卡片
本功能分区中的主要功能有读卡的功能、添加、修改、删除等功能。
具体的图示见图5-1所示。
5.2.1读卡
当点击读卡按钮时,触发读卡按钮的事件处理程序,此时放置两张卡片在读写器上,可读取出来卡片的编号,具体如图5-4所示。
图5-4读卡的示意图
从上述图中可以看出,放置的两张白卡,下面ListBox中显示出来了读取到的卡片的数量,同时也读取出来了卡的编号,在下拉框中可以选择不同的卡片编号,进行添加用户姓名以及单位名称,完善用户的基本信息。
5.2.2添加
当读取到白卡的编号时,在下面的TextBlock文本框中,填入用户姓名以及单位名称等,点击添加按钮,信息将自动保存到数据库tb1_UserInfo表中,以此类推,再放置两张白卡,完善三张卡片所对应的用户信息,以及后续的使用,数据库中tb1_UserInfo中的信息保存如下图5-5所示。
图5-5数据库用户信息
从图中可以看出数据库中保存了卡片的卡号、用户姓名以及单位名称等信息。
5.2.3修改
当想修改一张卡片所对应的习惯称谓等信息时,可以将卡片放置在读卡器上,点击读卡,此时界面上将显示出来卡片所对应的信息,在TextBlock文本框中,可以直接更改卡片所对应的习惯称谓等信息,然后再点击修改按钮,即可完成修改信息的功能,若修改成功,会在下方的ListBox中提示修改成功。
修改之前,放置卡片,界面显示如下如5-6所示;
图5-6修改之前
修改之后,例如习惯称谓王二,改为老王,然后点击修改按钮,结果如下图5-7所示;
图5-7修改之后
从上述图片中,可以看出来,已将习惯称谓更改,且更改成功,在数据库中进行查看习惯称谓的信息,此时的信息显示如下图5-8所示;
图5-8修改之后的数据库
从数据库中的信息来看,卡片所对应的信息已经改变,完成了修改的功能。
5.2.4删除
当某一用户已经不在被允许进入时,则可以选择删除按钮进行操作,删除掉数据库中关于某一用户的信息。
放置一张卡片,如赵四的卡片,点击删除按钮,然后查看数据库中的信息,查看信息是否被删除,具体数据库中信息如下图5-9所示;
图5-9删除用户后的数据库
从上述图片上,可以看出此时用户赵四已经不在数据库中,已删除成功。
5.3门禁监视
门禁监视分区主要是完成自动读卡,语音提示的功能操作。
当卡片放到读卡器上时,自动读取卡片内的信息,读取处卡片的编号、用户姓名、单位名称、联系电话和照片。
当选择了语音后,自动寻卡时会有语音提示“欢迎您某某”,如
果为非数据库中卡则会提示“请您出示有效证件”,界面显示如下图5-10所示;
图5-10读无效卡时的门禁显示
5.3.1自动读卡
点击StartMonitor按钮,开启自动读卡模式,接着把卡放在读卡器上,进行读卡,完成读卡动作。
例如,选择张三的卡片,自动读卡时,读取到张三的单位名称,联系电话,照片等信息;此时界面上的显示为图5-11所示。
图5-11自动读卡
在用户进入时,在读卡器上放上数据库中存在的卡,则可以看到卡片的编号和用户姓名等信息。
5.3.2语音
勾选语音,自动寻卡时会有语音提示,如果为数据库中存在的卡则会有“欢迎您某某”的语音提示,如果为数据库中不存在的卡则会提示“请您出示有效证件”并显示无效卡;界面如下图5-12所示:
图5-12打开语音界面
综上所示,串口的连接、初始化卡片、门禁监视三个分区分别实现了不同的功能需求,基本上满足了项目的基本需求,完成了人员信息的写入、对信息的自动识别、监控是否有非法人员闯入和介绍实验室的语言播报的功能,且测试成功,系统基本完成。
六、结论
通过这次的RFID原理与应用的课程设计的学习,在这门禁管理系统中,能够实现将用户的信息进行快速的识别和准确的存储。
通过本次的学习了解到了RFID的工作原理和技术特点,进而做出了基于RFID的门禁管理系统的设计和实现。
用户信息录入门禁系统的数据库后,用户可以将卡放在读卡器上,如果是数据库中存在的用户,这打开门,让用户进入,如果卡片为数据库中没有的,那么将进入不了,并且发出警报,提示处事有效证件。
并显示信息无效。
并且可以实现用户的增加和删除,错误的信息也可以修改,用户还可以提交自己的相片。
经过我们小组成员的不断努力,该系统虽然实现了门禁管理系统的基本功能,但还有很多的不足之处。
比如,如果用户卡丢失了,怎么通过别的方式进入房间,预想方案有,通过输入密码进入,或者通过上传的照片进行人脸识别。
但是现在还不能完成,希望在以后的不断地学习中能够更加完善该门
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- 基于 RFID 门禁 管理 系统