王美麗，曹　懿.西安航空學(xué)院，陜西西安　　70077 .西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安　　7007

基于無源RFID無障礙門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王美麗1，曹懿2
1.西安航空學(xué)院，陜西西安710077 2.西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072

摘要針對廠區(qū)內(nèi)門禁監(jiān)管系統(tǒng)中存在的問題，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于無源RFID的無障礙門禁安防系統(tǒng)。通過在進(jìn)出口安裝超高頻RFID閱讀器、紅外對射裝置及嵌入式設(shè)備，實現(xiàn)人員在進(jìn)出口無障礙通過、快速記錄識別人員身份的功能，并建立異常門禁報警表。

關(guān)鍵詞RFID；無障礙門禁；安防監(jiān)管

0 引言

完善門禁監(jiān)管系統(tǒng)是每個單位正常運(yùn)作的基礎(chǔ)?？煽康拈T禁系統(tǒng)要快速準(zhǔn)確的識別、記錄人員進(jìn)出信息，有效地防止非法人員入侵，為單位的正常運(yùn)作以及人員、財產(chǎn)安全提供保障。但傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)在人員進(jìn)出門口時，多采用一卡一閘制，人員進(jìn)出速度緩慢，，或是一卡多人進(jìn)出的情況發(fā)生[1]。

針對以上門禁系統(tǒng)中存在的問題，本文提出了一種基于無源RFID (Radio Frequency Identification)的無障礙門禁系統(tǒng)。其中采用無源的RFID作為門禁卡，卡中包含有唯一標(biāo)識信息作為人員的ID號。紅外對射裝置采集人員進(jìn)出門口的行為動作[2]，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，系統(tǒng)能夠迅速識別進(jìn)出人員的身份，并上傳到安全監(jiān)管中心內(nèi)。若發(fā)生人員非法進(jìn)出廠區(qū)等異常情況，可及時判斷并發(fā)出警報，避免內(nèi)部發(fā)生的異常情況對管理區(qū)域造成的安全威脅，對提高和完善安防管理能效具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

基于無源RFID無障礙門禁系統(tǒng)主要目的是在廠區(qū)門口建立人員身份信息監(jiān)管系統(tǒng)，能夠?qū)M(jìn)出的人員進(jìn)行識別，杜絕廠區(qū)內(nèi)的安全隱患。人員佩戴無源RFID卡，同時在進(jìn)出口安裝超高頻 ( Ultra High Frequency，UHF ) RFID閱讀器[3]和兩側(cè)安裝有紅外對射裝置，系統(tǒng)工作時，閱讀器可以收集到人員通過廠區(qū)的身份ID號，紅外對射裝置將收集人員通過門禁的動作。通過系統(tǒng)的處理，對人員進(jìn)出門口的事件進(jìn)行邏輯判斷，將收集到的人員信息通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給后臺數(shù)據(jù)庫和安防監(jiān)管軟件內(nèi)，通過顯示這些數(shù)據(jù)能夠查詢到人員進(jìn)出廠區(qū)的時間和逗留時間。

如圖1所示，RFID閱讀器的查詢方向偏向于管理區(qū)域內(nèi)側(cè)，紅外對射裝置安裝在門的左右兩側(cè)。RFID閱讀器向內(nèi)側(cè)偏，這樣保障人員從門前進(jìn)入門禁監(jiān)管區(qū)域時，首先必須通過RFID閱讀器能夠監(jiān)測到的扇形區(qū)域，確保進(jìn)出門監(jiān)測時都先被RFID區(qū)域所感知。當(dāng)人員進(jìn)入監(jiān)管廠區(qū)時，他的行進(jìn)方向如圖1中箭頭所示，RFID卡就會自動被閱讀器監(jiān)測到，并讀取到ID號匹配人員身份信息。將采集到的人員信息通過串口發(fā)送給嵌入式裝置，等待紅外對射裝置進(jìn)行判斷。如果人員繼續(xù)穿過紅外對射裝置，紅外對射裝置會判定有人員穿過了門禁系統(tǒng)，同時也會給嵌入式裝置發(fā)送一次確認(rèn)信息。嵌入式裝置會通過以上兩次邏輯判斷，確認(rèn)人員進(jìn)出該廠區(qū)，并把監(jiān)測到的結(jié)果打包發(fā)送給安全監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，在相應(yīng)的管理軟件上就會顯示出人員進(jìn)出門的身份信息、時間等。如果以上過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了異常情況，門禁系統(tǒng)都會進(jìn)行報警，提示監(jiān)管人員需要進(jìn)行處理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

無源RFID無障礙門禁系統(tǒng)主要包括能夠采集進(jìn)出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集模塊，負(fù)責(zé)對進(jìn)出門行為進(jìn)行判定的數(shù)據(jù)處理模塊、負(fù)責(zé)將收集結(jié)果發(fā)送到安全監(jiān)管中心的無線通信模塊和為整個門禁系統(tǒng)提供電能的電源模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊包括RFID閱讀器和紅外對射裝置。其中RFID閱讀器采用超高頻UHFREADER閱讀器，讀寫距離在3~5m。它有較高的讀寫熟慮和高效的處理信號算法，保障了RFID卡的快速讀寫操作，防止了重復(fù)讀卡，一卡多讀，多卡一讀的情況。將RFID閱讀器設(shè)置為主動查詢模式，由數(shù)據(jù)處理模塊向RFID閱讀器發(fā)送查詢指令，如果在規(guī)定時間內(nèi)查詢到有RFID卡，便將查詢到的結(jié)果返回給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊對人員信息進(jìn)行收集，打包發(fā)送給安全監(jiān)管中心。如果沒有查詢到任何人員信息，則退出此次查詢。

紅外對射裝置采用帶有紅外光柵的發(fā)射頭和受光器裝置，裝置通過繼電器中斷的方式進(jìn)行監(jiān)控。在門口兩側(cè)同時安置一對紅外對射動作探測裝置，當(dāng)有人員穿過對射裝置時，由于光線被遮擋，發(fā)射頭的紅外線不能被同方向受光器接收到，裝置認(rèn)為有一次進(jìn)出門動作，就會產(chǎn)生一些下降沿中斷，由嵌入式系統(tǒng)監(jiān)測這次中斷的下降沿，確立一次穿過門禁系統(tǒng)的動作邏輯。其中對射距離約為0.8m，保證遮蔽一次探測器只能有一人通過。通過RFID閱讀器和紅外對射裝置結(jié)合，可以判斷進(jìn)出門禁系統(tǒng)的人就是RFID卡所匹配的人員。

2.1數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊采用嵌入式裝置，采用WinCE的操作系統(tǒng)，WinCE內(nèi)核支持TCP/IP協(xié)議，結(jié)合自己編寫的監(jiān)控軟件，通過WiFi的通信方式發(fā)送到安全監(jiān)管中心。其中對數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送過來的人員身份信息和進(jìn)出門動作進(jìn)行邏輯判斷，并把判斷結(jié)果與報警信息通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要指的是進(jìn)出門禁系統(tǒng)的邏輯判斷算法。首先人員進(jìn)入閱讀器的監(jiān)測區(qū)域時，RFID閱讀器讀取到佩戴RFID卡的人員身份信息，并將信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊會在程序內(nèi)部查詢進(jìn)門表，如果進(jìn)門表中檢測到該人員的進(jìn)門信息，則說明此人員仍在廠區(qū)內(nèi)或人員非法出門，系統(tǒng)將判斷為不允許再次進(jìn)入。這時安防監(jiān)管系統(tǒng)提示監(jiān)管人員有異常報警，需要緊急處理。如果正常情況下，進(jìn)門表中沒有查詢到該人員的進(jìn)門信息，數(shù)據(jù)處理模塊會將該人員的進(jìn)門信息寫入寄存器中并判斷人員已經(jīng)進(jìn)入到檢測區(qū)域內(nèi)逗留。設(shè)定一個閾值3秒，如果3秒內(nèi)同時檢測到紅外對射裝置發(fā)送過來一個中斷信號，則判斷人員正常進(jìn)入廠區(qū)內(nèi)。如果沒有檢測到終端，則跳出查詢等待下次尋卡。如果一切都正常，則將該人員加載到進(jìn)門表中。最后對所收集的信息進(jìn)行打包處理并發(fā)送到安全監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。如果閾值超過10秒，數(shù)據(jù)處理模塊一直能夠查詢到人員在檢測區(qū)域內(nèi)逗留，則判斷人員長時間逗留在檢測區(qū)域，發(fā)送報警。如果僅僅是檢測到了紅外對射裝置的中斷響應(yīng)而沒有RFID卡號，則判斷有人入侵廠區(qū)，立即發(fā)送報警信息給安全監(jiān)管中心。

參考文獻(xiàn)

[1]趙敏，高明芳.基于非接觸式IC卡門禁控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)[J].煤炭技術(shù)，2011，12：45-46.

[2]高孟佶.穿戴式無線定位腕帶的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安科技大學(xué)，2015.

中圖分類號TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1674-6708（2015）140-0164-01