RFID是射頻識(shí)別技術(shù)的英文(RadioFrequencyIndenfification)縮寫，是2O世紀(jì)9O年代隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及而被重新認(rèn)識(shí)和得到普遍重視的一種自動(dòng)ID識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(電磁感應(yīng)或電磁傳播)，實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并得到被標(biāo)識(shí)物的ID信息以做到識(shí)別目的物的技術(shù)。自2004年起，全球范圍內(nèi)掀起了一場無線射頻識(shí)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(dòng)RFID在制造、零售、交通等行業(yè)的應(yīng)用。RFID技術(shù)及應(yīng)用正處于迅速上升的時(shí)期，被業(yè)界公認(rèn)為是本世紀(jì)最有潛力的技術(shù)之一，它的發(fā)展和應(yīng)用推廣將是自動(dòng)識(shí)別行業(yè)的一場技術(shù)革命。與此同時(shí)，無線射頻識(shí)別(RFID)在門禁管理系統(tǒng)方面的應(yīng)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(shù)是基于RFID的非接觸智能卡技術(shù)。
小區(qū)門禁分兩個(gè)部分：小區(qū)進(jìn)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(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，其中電控鎖按斷電時(shí)的開關(guān)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(jié)構(gòu)簡圖如圖1：
圖1系統(tǒng)組成簡圖
二、門禁系統(tǒng)的技術(shù)原理及標(biāo)準(zhǔn)選擇
本系統(tǒng)采用感應(yīng)式技術(shù)，或稱作射頻(RF)技術(shù)，是一種在卡片與讀卡裝置之間，無需直接接觸的情況下對(duì)卡片信息進(jìn)行讀寫的方法。使用感應(yīng)式讀卡器，不再會(huì)因?yàn)榻佑|磨擦而引起卡片和讀卡設(shè)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(dòng)即可，兼有使用方便、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
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(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)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(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀卡器，讀卡器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
對(duì)一個(gè)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(shí)讀的射頻卡信號(hào)的頻率范圍。RFID涉及到多種頻率的電磁物理特性，它的標(biāo)準(zhǔn)化工作應(yīng)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(xiàng)比較繁瑣的工作。
考慮到門禁系統(tǒng)中進(jìn)出持卡人員對(duì)系統(tǒng)識(shí)別距離的要求(1米以內(nèi))，結(jié)合系統(tǒng)的讀取速度、成本、防沖撞功能以及對(duì)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(lǐng)域，如二代身份證、學(xué)生鐵路優(yōu)惠票證等，己經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟性高。
以13+56MHz交變信號(hào)為載波頻率的標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 14443和ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。由于ISO15693讀寫距離較遠(yuǎn)(當(dāng)然這也與應(yīng)用系統(tǒng)的天線形狀和發(fā)射功率有關(guān))，而ISO 14443讀寫距離稍近，更符合小區(qū)門禁系統(tǒng)對(duì)識(shí)別距離的要求，該射頻系統(tǒng)應(yīng)選擇ISO 14443標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于ISO 14443標(biāo)準(zhǔn)，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(hào)時(shí)，TYPEA采用改進(jìn)的Miller編碼方式，調(diào)制深度為100％的ASK信號(hào)； ，PE B則采用NRZ編碼方式，調(diào)制深度為10％的ASK信號(hào) 從PICC向PCD傳送信號(hào)時(shí)，二者均通過調(diào)制載波傳送信號(hào)，副載波頻率皆為847KHz。TYPE A采用開關(guān)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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)本射頻識(shí)別門禁系統(tǒng)所采用的是ISO 14443-TYPE B標(biāo)準(zhǔn)。
三、本門禁設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的射頻卡一樣，也采用了ISO14443一TYPEB標(biāo)準(zhǔn)，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(bào)報(bào)道，北京天寧寺社區(qū)里的部分居民已經(jīng)將這樣的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。雖然現(xiàn)階段只是試點(diǎn)運(yùn)行，社會(huì)各界人士也對(duì)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(shì)已經(jīng)凸現(xiàn)。但由于身份證有制作過程較復(fù)雜，丟失后補(bǔ)辦時(shí)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(shè)計(jì)提出門禁鑰匙”雙卡制”方案。該方案將射頻卡作為進(jìn)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(yīng)急措施，并鑒于二代身份證的重要性、特殊性，給每個(gè)居民二代身份證的使用設(shè)置了次數(shù)限制(比如一個(gè)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(shí)系統(tǒng)控制發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)居民同時(shí)攜帶射頻卡和二代身份證時(shí)，讀卡器將同時(shí)識(shí)別到居民所帶的兩種”門禁卡”，后臺(tái)管理系統(tǒng)將按所采集到的數(shù)據(jù)加于區(qū)分，并對(duì)二代身份證的該次識(shí)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(shè)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(guān)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(guān)工作處進(jìn)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(jìn)門時(shí)，系統(tǒng)可通過相關(guān)設(shè)備(如音頻設(shè)備、顯示設(shè)備等)，對(duì)門禁工作人員(保安等)進(jìn)行快捷的語音提示，如年齡、性別，以防造假。更復(fù)雜地，相關(guān)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(jìn)門時(shí)，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(duì)于小區(qū)來訪人員(如探親人員)，小區(qū)管理者可為其準(zhǔn)備臨時(shí)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(shí)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(shí)便于管理人員區(qū)分。
E、對(duì)火災(zāi)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(zāi)時(shí)候因自動(dòng)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(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用單向門禁控制器，即進(jìn)門刷卡和出門按鈕。這樣的設(shè)計(jì)即便災(zāi)難發(fā)生時(shí)沒有發(fā)生斷電，也沒有人員的及時(shí)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(shí)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(hù)能力，系統(tǒng)可在他們外出時(shí)自動(dòng)記錄或發(fā)送短信通知其監(jiān)護(hù)人，以便對(duì)他們實(shí)行跟蹤保護(hù)。
４、門禁卡的外觀設(shè)計(jì)
將一項(xiàng)設(shè)計(jì)應(yīng)用于人們的日常生活當(dāng)中，所以除了要考慮很多純技術(shù)性的東西還要考慮一些有關(guān)些人性化的東西。否則如果設(shè)計(jì)出來的方案實(shí)例沒有人愿意接受，就像這樣的一個(gè)智能小區(qū)門禁系統(tǒng)如果沒有市場，那么它在現(xiàn)實(shí)中就很難得到實(shí)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(yīng)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(gè)人信息，如姓名、編號(hào)、性別等，以便使居民所攜帶的射頻卡具有個(gè)人特征。如業(yè)主不慎將卡丟失，也容易找回。
四、設(shè)計(jì)總結(jié)
本門禁系統(tǒng)采用自動(dòng)射頻識(shí)別技術(shù)，在技術(shù)和自動(dòng)化管理上優(yōu)于普通門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)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(duì)出入小區(qū)的特殊人群(老弱病殘、外來人員)的跟蹤保護(hù)、對(duì)火災(zāi)地震等突發(fā)狀況的應(yīng)對(duì)措施等。此外，本設(shè)計(jì)的獨(dú)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(gè)正在試點(diǎn)運(yùn)行的方案將由于它特有的管理優(yōu)勢(shì)，有望在不久的將來在人們的生活中得到普遍應(yīng)用。屆時(shí)RFID在門禁上的應(yīng)用將給人們的生活帶去更多的便利，RFID廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景令人期待。
注：本文受合肥工業(yè)大學(xué)”基于RFID的智能住宅區(qū)安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目支持。
(合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院 周學(xué)葉 單承贛)
作者簡介：周學(xué)葉：女，計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院通信05—2班。合肥工業(yè) 大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”基于RFID的智能住宅區(qū)安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)”團(tuán)隊(duì)成員。單承贛：男，計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院教授。研究方向?yàn)槎嗝襟w技術(shù)與RFID。合肥工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”基于RFID的智能住宅區(qū)安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) ％導(dǎo)老師。
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