基于6818平台的RFID卡的智能门禁系系统设计.docx
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基于6818平台的RFID卡的智能门禁系系统设计
基于6818平台的RFID卡的智能门禁系统设计
基于6818平台的RFID卡的智能门禁系统设计
摘要
在现代社会中,随着社会生产力的提高和科技的发展,人们对自身财产的保护意识和隐藏意识在不断的增加,自然而然的就是人们对于锁的要求会越来越高,对锁的先进性和智能型会有更多的需求。
对于提供住房住址的房地产开发商们来说,市场需求就是商机来源,于是,新型智能门禁系统就成为未来的前景之一。
它可以根据权限判断是否允许开门进入,判断是否为小区业主,从而达到保护私人财产的作用。
如今,这种新型智能门禁系统正被广泛应用于各种小区楼房,还有各种办公大楼中,具有极高的市场占有率。
本课题《基于6818平台的RFID卡的智能门禁系统设计》正是基于这个基础才诞生的。
它的软件开发环境有进行C语言开发的Notepad++,进行数据存储的sqlite3数据库,进行实现界面管理的SecureCRT串口工具,硬件则是S5P-6818开发板,加上硬件设备电磁锁,MFRC522读写卡模块等,运用面向过程的程序代码,将功能依次进行整合,实现新型智能门禁系统的功能。
关键词:
6818平台,RFID卡,智能门禁系统设计
DesignofintelligentaccesscontrolsystembasedonRFIDcardof6818platform
Abstract
Inmodernsociety,withthedevelopmentofsocialproductivityandtechnology,people'sawarenessandhiddenconsciousnessoftheirpropertyareincreasing.Naturally,people'sdemandsforlockswillbehigherandhigher.Therewillbemoreneedsfortheadvancedandintelligentlocks.Forrealestatedeveloperswhoprovidehousingaddress,marketdemandisthesourceofbusinessopportunities,sothenewintelligentaccesscontrolsystembecomesoneofthefutureprospects.Itcanjudgewhetheritisallowedtoopenthedoorornotandwhetheritisacommunityowneraccordingtoitsauthority,soastoprotectprivateproperty.Now,thisnewintelligentaccesscontrolsystemiswidelyusedinvariousresidentialbuildings,aswellasvariousofficebuildings,withahighmarketshare.
Thistopic"designofRFIDcardintelligentaccesscontrolsystembasedon6818platform"isjustbornonthisbasis.ItssoftwaredevelopmentenvironmentincludesNotepad++forClanguagedevelopment,SQLite3databasefordatastorage,SecureCRTserialporttoolforinterfacemanagement,s5p-6818developmentboardforhardware,electromagneticlockforhardwareequipment,mfrc522read-writecardmodule,etc.thefunctionsaresuccessivelyintegratedbyusingprocessorientedprogramcodetorealizethefunctionsofnewintelligentaccesscontrolsystem.
Keywords:
6818platform,RFIDcard,intelligentaccesscontrolsystemdesign
1绪论...............................................................................1
1.1研究的现状及其意.............................................................1
1.2研究目标、研究内容和拟解决的关键问题..........................................1
2设计路线...........................................................................2
2.1设计的功能和需求..............................................................2
2.2研究的基本思路和方法、技术路线................................................3
3硬件设备设计.......................................................................5
3.1S5P-6818开发板...............................................................5
3.2RFID卡.......................................................................6
3.2.1非接触式IC卡...........................................................6
3.2.2MFRC522读卡器..........................................................7
3.3蜂鸣器.......................................................................9
4软件设计..........................................................................10
4.1软件环境....................................................................10
4.2读卡器工作程序..............................................................12
4.3功能实现程序................................................................16
5调试系统..........................................................................22
5.1硬件测试....................................................................22
5.2软件测试....................................................................24
5.3测试效果....................................................................24
结论.............................................................................32
参考文献............................................................................33
致谢.............................................................................34
附录.............................................................................35
1.绪论
1.1研究的现状及其意义
如今,智能门禁系统已不在是从前的用钥匙开锁的方式了,在科技的助力和人们对门锁的更多期待下,它已经成为一套智能化,简便化,功能化的操作系统。
它能自主地去控制开门和关门,管理人员的进出,记录历史痕迹,从而增加人身财产的安全性,在管理人员进出和记录出入行为等工作中扮演着极其方便和重要的角色,同时它也是实现安全防范管理重要出入口的有效措施,可以在办公大楼,机密室,银行大门,高级小区等地方使用[2]。
随着高新技术的进步和材料学的不断发现扩展,智能门禁系统它的发展空间有了大幅度的扩充,开始慢慢进入快车道,进而出现了一系列新型智能门禁系统,比如有脸部分析门禁系统,智能指纹门禁系统,IC卡式门禁系统,虹膜识别门禁系统等[],它们在成长性,实用性和可扩充性等方面各有所长,解决的问题和日常应用也逐渐宽广,成为目前市场上的独角兽,深受市场的喜爱[0]。
1.2研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
研究目标:
基于当前对智能门禁系统的市场研究和分析,可以明显看到大力发展智能门禁系统是一条有利于发展自己的道路,同时容易吸引志同道合的人才进行共同发展。
而且发展该领域将会有以下几个优势:
一是基于门禁市场的大势所趋。
有句话说的好,处在风口上,就算是头猪,它也能飞起来,如果违背大势,无疑是事倍功半,浪费自身的时间和金钱,最后导致自己的团队离心离德,不欢而散;如果顺势而为,就像20世纪的中国市场,它的大势就是互联网,试看,如今有多少巨头企业是在大势中逆势而为的呢,他们是全部都是顺势而生,打败了所有逆势而为的企业,成为了自身领域的第一,像阿里巴巴,腾讯,XX,京东等;二是基于高新技术的不断发展。
由于直到现在互联网都是大势所趋,所有的传统行业都可以主动连接互联网,形成了“互联网+”的新的大势,而高新技术会随着大势的潮流顺势发展,高新技术会朝着连接互联网和传统行业的方向不断扩展。
于是,在门禁行业也就迎来了智能门禁系统的概念,即以更加贴近网络的形式来进行开关门。
与此同时,如果不跟随着高新技术的发展方向走的话,无疑在技术上就落后与他人,落后就会被人超越,最后被人淘汰;只有比别人更加靠近技术发展的前沿,才有可能比别人更快一步。
这也是现代企业慢慢开始走向研发道路的原因。
三是基于自身的意识形态的发展。
现在的大学生大部分身边都充斥着各种各样的黑科技,在现代被人们所崇尚的伟人精神中,我们的意识形态已经渐渐都向着科技侧倾斜。
就像每个人都对乔布斯发展苹果公司一样,我们的心里都有着一颗想要创造更加先进更加科技的技术心,都希望自己的技术或者理念可以给全世界的人们创造更好的生活环境或精神需求,同时也能满足自己的意识形态发展,肯定自己的价值和实现自己的梦想。
研究内容:
利用RFID的卡识别技术,将识别到的数据信息发送到S5P-6818开发板进行数据判断,接着对sqlite3数据库里的数据进行查询,匹配识别到的数据,从而进行选择判断是否打开电子锁;同时如果想对用户信息进行操作管理或者对历史痕迹进行管理归类,可以对数据库内的数据进行更改,删除等一系列的操作,实现简便安全智能化的门禁管理[1]。
本课题的智能门禁系统设计的工作过程如下:
1.当MFRC522的读卡器读取到附近有卡靠近的时候,开发板的蜂鸣器会发出“滴滴”的声音,然后会将识别的信息进行传输,让开发板进行判断。
如果该卡可以在数据库中匹配到相应的数据时,会语音提示“刷卡成功”,接着显示屏上会把该卡的用户信息还有刷卡时间进行显示,最后控制继电器打开门锁。
2.如果在数据库中匹配不到该卡的信息时,将会语音提示“刷卡失败”,然后不发生其他的行为,直到该卡不在读卡范围。
3.可以在系统一开始启动时通过登录管理员账户进行注册用户卡,将其卡的信息写入数据库中,成为有效卡,也可以对已注册的卡进行失效处理,删除其在数据库里的数据。
4.同时也可以进行查看其余卡的用户信息,查看用户刷卡的情况。
5.管理员可以自主修改登录信息,可以进行密码修改。
拟解决的关键问题则是:
对于代码的运行实现功能以及与RIRD技术的无缝衔接。
2.设计路线
2.1设计的功能和需求
设计主要分为两个部分:
前端和后台。
前端主要是S5P-6818开发板的显示屏和硬件设备RFID模块这两个部分,显示屏可以显示用户刷卡完之后的信息情况,RFID模块则是用来检测卡的刷卡情况等等。
后台则是SecureCRT串口工具。
它的功能是检测管理员的账号密码,以及登录成功后的界面显示,操作人员可以根据系统的提示进行想要进行的操作,该操作是通过编程来进行实现的。
2.2研究的基本思路和方法、技术路线
根据此前的部分所述,前端的数据处理是以开发板为主的,当MFRC522的读卡器读取到附近有卡靠近的时候,开发板的蜂鸣器会发出“滴滴”的声音,然后会将识别的信息进行传输,让开发板进行判断。
如果该卡可以在数据库中匹配到相应的数据时,会语音提示“刷卡成功”,接着显示屏上会把该卡的用户信息还有刷卡时间进行显示,最后控制继电器打开门锁。
如果在数据库中匹配不到该卡的信息时,将会语音提示“刷卡失败”,然后不发生其他的行为,直到该卡不在读卡范围。
系统的硬件模块流程图如下:
图2.1硬件模块流程图
后台部分是SecureCRT串口工具,它是用来显示用户信息和数据交互的。
根据编程构思可以包括以下几个模块,有用户信息存储模块,显示模块,子线程读卡模块,主线程模块等,利用多线程可以实现读卡和后台操作同步运行。
以下是软件设计流程图:
图2.2软件设计流程图
3.硬件设备设计
3.1S5P-6818开发板
S5P-6818开发板是整个智能门禁系统的大脑,是最重要的核心部分。
它不仅要对外界传输的数据进行分析判断,还要显示屏幕,进行语音播报,同时进行数据交互和连接电路等一系列行为。
所以说选择好一个核心控制器是十分重要的。
为什么要选择S5P-6818开发板呢?
是因为S5P-6818开发板本身携带一个480*800的显示屏,相当于一台小型的IPad,用户在进行操作和查看信息时的体验感充足。
同时S5P6818开发板的内核是三星公司的八核处理器,标准配置高内存和高性能,对程序的处理快速准确。
还有就是本智能门禁系统设计预设在ARM平台上进行运行,而S5P-6818开发板可以搭建Linux+QT操作系统,同时又自带sqlite3数据库。
完全符合本设计的设计要求。
与此同时,S5P-6818开发板自带五路USBHOST接口和一路OTG接口,HOST接口可以连接SecureCRT串口工具,可以让电脑和开发板进行数据交互[15];而OTG接口通过数据线连接电脑,在开发板启动时,在uboot界面选择合适的版本进行烧录[2]。
以下是S5P-6818开发板的实物图:
图3.1S5P-6818开发板实物图
3.2RFID卡
3.2.1非接触式IC卡
1.射频卡
非接触式C卡又称射频卡,由C芯片、感应天线组成,封装在个标准的PVC卡片内,芯片及天线无任何外露部分。
而平常的非接触式IC卡的主要结构如下:
图3.2非接触式IC卡的结构
2.功能
以下是IC卡的功能框图:
图3.3IC卡的功能框图
当读卡器上电之后会在读卡范围内发射一组频率固定的电磁波,使其卡片内部的LC串联谐振电路产生共振,同时电容会产生电荷,在电子泵的单向导通下,被传送到其他电容内部存储,如果存储的电荷到达2V时,则该电容能作为电源提供电压给电路中的其他元件[3]。
(1)请求应答功能:
ATR模块
如果有MIFARE1卡在读写器的工作范围之内时,读写器向卡发出请求命令时,
卡的ATR将启动,将卡片快0中的2个字节的卡类型号发送给读写器,同时卡和读写器则有了第一步的通信连接。
如果不先进行连接,则其余操作不会往下进行。
(2)防冲突功能:
AntiCollision模块
当读卡器的工作范围内有多张IC卡时,则读写器会开启防冲突功能。
首先读写器会向每一张卡进行数据交互,读取它们的卡号字节,将所有的卡号读取后,选择其中信号最强的一张,将其激活,读写器与其进行数据交互;其他为被选中的卡则选择等待,以备随时与读写器进行通信。
(3)卡片的选择功能:
SelectApplication模块
当完成上述两个步骤后,如果读卡器想要对卡进行读写操作的话,一定要先进行“Select”操作,使其真正被选中。
当读写器接收到选中卡存储在Block0中的卡容量“size”字节时,才能对卡进行下一步的操作,比如说密码验证。
(4)认证及存取控制模块:
Authentication&AccessControl模块
想要对卡进行更深一步的读写操作,必须先进行卡上设置的密码认证,匹配成功后,才能得到允许。
同时卡上有16个扇区,在每一个扇区上都可以设置独立的密码,如果想要对某一个扇区进行操作,就要匹配该扇区的密码。
每一个扇区都可以被用于不同的场合进行不同内容的存储,相当于一卡多用。
并且密码的验证也需要互相认证三次才能完全认证成功,具有极高的保护性。
(5)控制及算术运算单元切换:
Control&ArithmeticUnit
这个单元是卡的核心和中央微处理器单元,对卡的各个步骤进行协调,对各个单元进行控制操作,同时对各种交互数据进行算术运算处理,递增/递减处理和CRC运算处理等。
(6)ROM/RAM单元
RAM是配合控制及算术运算单元,它可以暂时存储运算结果。
如果卡片不在读写器的工作范围内的话,则RAM的数据将会丢失。
ROM则是固化卡运行所需要的必要程序指令,有RAM取出,通过指令控制对每个单元进行操作,使得卡可以与读写器进行数据交互。
(7)数据加密单元:
CryptoUnit
该单元完成对数据的加密处理及密码保护。
(8)EEPROM存储器及其接口电路
该单元主要用于存储用户数据,在卡离开读写器的工作范围后数据不被丢失[4]。
3.2.2MFRC522读卡器
MFRC522读卡器是应用于13.56MH非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的
一员,同时也是NXP公司推出的一款低成本、体积小、低电压的非接触式读写卡片,是便携式手持设备和智能仪表研发的不错选择。
MFRC522支持1SO14443A的多层应用,同时利用了先进的调制和解调概念,完全集成了在13.56MH下所有类型的被动非接式通信方式和协议。
其内部发送器部分可驱动读写器天线与IO14443A/MIFAREO卡和应答机的通信,无需其它的电路。
数字部分处理ISO14443A帧和错误检测(奇偶&CRC)。
接收器部分提供一个有效而坚固的解调和码电路,用于处理ISO14443A兼容的应答器信号。
此外,它还支持快速 CRYPTO1加密算法,用于验证MIFARE,系列产品。
MFRC522支持MIFARE更高速的非接触式通信,双向数据传输速率高达424kbit/s[5]。
1.MFRC522的内部框图
MFRC522是NXP公司设计专用于Mifare卡的读卡芯片,与非接触式IC卡之间的通信标准兼容ISO14443A。
以下是MFRC522的内部框图:
图3.4MFRC522内部框图
以下是ISO14443A类命令一览表:
表3.1ISO14443A类命令
2.MFRC522的硬件连接
MFRC522芯片是射频卡关键接口芯片,同时也是完成无线通信的主要模块。
芯片通过寄存器对发送缓冲区中的数据进行调制,获得发送的信号,然后通过TX1、TX2引脚驱动的天线以电磁波形式发出去,另一端,响应的射频卡通过RF场的负载进行调制,然后天线获取射频卡的响应信号,匹配电路去处理,最后传送到芯片的Rx脚,而且信号检测和解调是由MFRC52内部按收缓冲器完成的(根据寄存器的设定)。
处理后的数据发送到并行串口由S5P-6818开发板进行读取[6]。
MFRC522的引脚电路图如下:
图3.5MFRC522电路引脚图
3.MFRC522的多种特性:
(1)内置对卡片或标签的信号进行解调和译码的高集成度的模拟电路;
(2)灵活的中断模式:
发送结束中断、接收接收中断、命令执行完毕中断,等等;
(3)可编程定时器:
可以用做马表、看门狗计数器等;
(4)内部振荡器,连接27.12MHz的外部晶体振荡器;
(5)具备硬件掉电、软件掉电和发送器掉电3种节电模式;
(6)采用相互独立的多组电源供电,以避兔模块间相互干扰,提高工作的稳定性;
(7)具备内部自测试功能[7]。
3.3蜂鸣器
在S5P-6818开发板中有自带的无源蜂鸣器,利用编写的程序驱动来进行控制蜂鸣
器的工作,即可以通过ioctl函数来进行控制蜂鸣器引脚的高低电平达到控制蜂鸣器的工作。
4.软件设计
4.1软件环境
该智能门禁系统设计的开发环境是基于Linux系统,在Notepad++上利用C语言进行编程,在VMware的Ubuntu16.04系统终端进行编译,最后在移植到开发板上进行运行,同时利用串口工具SecureCRT进行后台操作。
在Ubuntu上进行交叉编译arm-linux-gcc生成可执行文件main,可以使有C语言编程的程序可以在开发板ARM平台上进行运行,达到系统所需的运行条件[13]。
如下即是Ubuntu的终端界面显示:
图4.1Ubuntu终端界面
Notepad++是自由软件的纯文本编辑器由侯今吾基于同是开放源代码的sCintilla文本编辑组件并独力研发,整个项目起初托管于SourceF之上。
Notepad++是套自由软件的纯文字编辑器,最早由侯今吾独力研发,目前已有六名程式设计师共同开发。
该软件以GPL发布,有完整的中文化接口及支持多国语言撰写的功能。
它的功能比Windows中的Notepad(记事簿)强大,除了可以用来制作般的纯文字说明文件,也十分适合当作撰写电脑程式的编辑器[8]。
以下就是Notepad++进行编辑的界面:
图4.2Notepad++编辑界面
SecureCRT是一款支持SSH(SSH1和SSH2)的终端仿
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