基于rfid技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計pdf-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 存儲的數(shù)據(jù)量很小而且存儲的數(shù)據(jù)不易被更改，適于使用量大 且數(shù)據(jù)不必更改的場合，例如：商品包裝。 RFID應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原理是當(dāng)讀寫器的射頻場范圍中出現(xiàn)非接觸式 1C卡， 由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡中的天線將獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路為芯片 提供工作 電壓，同時通過射頻前端電路從帶信息的感應(yīng)電流中檢得數(shù)字信號并送入邏 輯控制電路，處理射頻卡中的信息；卡片從存儲器中獲取回復(fù)的信息并經(jīng)由邏輯控 制電路送回射頻前端電路，然后通過天線回送給讀寫器。讀寫器的控制單元不僅能實現(xiàn)對射頻卡的控制， 還具有很其他的強大的處理功能：認(rèn)證、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)糾錯、出錯報警以及與 計算機通 信。同時， 它在功能上實現(xiàn) 了通訊自動化、辦公自動和管理自動化，以計算機網(wǎng)絡(luò)為橋梁，全 面實現(xiàn)對通訊系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)的綜合管理。 智能門禁系統(tǒng)因此產(chǎn)生。人們對門禁系統(tǒng)的了解 還只停留在認(rèn)識教育和試用階段。但對于一般的企業(yè)、住宅小區(qū)來說， 并不是最理想的選擇。 射頻識別系統(tǒng)的組成 數(shù)霣 圖 21 射頻識別系統(tǒng)的組成 The position of RFID system 一個典型的射頻識別系統(tǒng)由兩個部分組成，應(yīng)答器 (又稱電子標(biāo)簽、射頻卡 )、 閱河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 來越廣，己 完全超出其“出入口安全管制’’的概念。 在文章的最后，對本設(shè)計進行了全面的總結(jié)，提出了后續(xù)研究的方向。第 2 章：基于 RFID 的門禁系統(tǒng)理論研究基礎(chǔ)。 AT89C52。硬件部分采用模塊化的設(shè)計思 想，以讀寫芯片 MFRC500 為核心，結(jié)合主控模塊 AT89C52, RS232 接口電路，設(shè)計 讀/發(fā)卡器的硬件電路，實現(xiàn)對射頻卡的控制與中心控制機之間的互通。 門禁控制系統(tǒng)是采用現(xiàn)代電子與信息技術(shù)控制建筑物內(nèi)外的出 /入，對人 (或物 ) 的進 /出，實行放、行、拒絕、記錄和報警等操作的一 種電子自動化系統(tǒng)。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā) 表或撰寫過的作品或成果。與此同時， RFID 技術(shù)在門禁管理系 統(tǒng)方面的研究與開發(fā)也趨向成熟。 3) 射 頻讀卡器的設(shè)計可分為硬件部分和軟件部分。 guard control subsystem。介紹了論文的研究背景和意義、門禁系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。通過對上位 機系統(tǒng)的進行分析，介紹了系統(tǒng)所實現(xiàn)的主要功能，并在此基礎(chǔ)之上提出數(shù)據(jù)庫結(jié) 構(gòu)設(shè)計思想，數(shù)據(jù)庫的開發(fā)環(huán)境及具體的程序設(shè)計，最后給出系統(tǒng)的主要工作界面。應(yīng)用和不斷增長的市 場需求是技術(shù)發(fā)展的動力，射頻識別系統(tǒng)的產(chǎn)品是市場增長最快的電子產(chǎn)品之一， 具有極好的產(chǎn)業(yè)前景。 6) 高級智能型門禁控制系統(tǒng)是當(dāng)前門禁系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，高級智能型門禁系 統(tǒng)是一種聯(lián)網(wǎng)式門禁系統(tǒng)，功能也比較完善。 在亞洲和中國，門禁系統(tǒng)分別處于成長期和初始階段。樓宇保安系統(tǒng)不僅包括閉路電視 及防盜報警，此外還包括一些門鎖、防盜門、防盜網(wǎng)及保安人員等，但這些遠遠不 能滿足人們?nèi)找嬖黾拥陌踩蟆? 基于 RFID技術(shù)的門禁管理系統(tǒng)將“感應(yīng)卡”與“鎖具”有機結(jié)合，進而由“感應(yīng)卡” 替代“鑰匙”，配合電腦實行智能化管理，正是由于感應(yīng)卡的上市，使用者再也不需 要攜帶鑰匙，更免除了鑰匙被復(fù)制的煩惱，再也不必擔(dān)心財物可能蒙受損失。由于讀寫器同射頻卡之間通過無線方式通訊，因此 它們都有無線收發(fā)模塊及天線 (或感應(yīng)線圈 其中，讀寫器的核心部分是控制單元、高頻通訊 模塊和天線，主要功能是實現(xiàn) 對非接觸式 1C 卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲。 計算機通過通信串口實現(xiàn)向讀寫器發(fā)送指令，完成與讀寫器之間的數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)在使用較為廣泛的自動識別技術(shù)是條 碼、磁性條識別技術(shù)， 1C卡識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)等識別技術(shù)，它們有各自的優(yōu) 缺點及適于應(yīng)用的場合。 非接觸式 1C卡技術(shù) 非接觸式 1C卡又叫射頻卡，是 90 年代初發(fā)展起來的新技術(shù)。工作頻 率 。 Mifarel 射頻卡上內(nèi)建有 5Kbit 存儲容量的 EEPROM， 并 劃分為 16個扇區(qū)，每個扇區(qū)劃分為 4個數(shù)據(jù)存儲塊。 POR模塊主要是對卡片上的各個電路進行 POWERONRESET(上電復(fù)位 )，使各 電路同步啟動工作。當(dāng) 1C卡讀寫器天線的工作范圍之 內(nèi)出現(xiàn)多張 Mifarel 卡片時，卡片將啟動 AntiConlisicm模塊的防沖突功能。在 RFID讀卡器對智能卡進 行數(shù)據(jù)操作之前執(zhí)行此功能，實現(xiàn)對卡片的選擇。 具體認(rèn)證過程如下： 圖 23 三遍認(rèn)證的令牌原理框圖 The process of 3 times certification (A) 環(huán)：由 Mifarel 卡片向讀寫器發(fā)送一個隨機數(shù)據(jù) RB。若需 長時存儲某些數(shù)據(jù)需要由控制及算術(shù)運算單元將這些數(shù)據(jù)取出取出送到 EEPROM存 儲器中 ；若某需將數(shù)據(jù)傳送給讀寫器，則由控制及算術(shù)運算單元取出，經(jīng)過射頻接 口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀寫器。 整個讀寫卡過程包括裝載密碼、詢卡、防沖突、選卡、驗證密碼、讀寫卡和停 卡。 河北科技大學(xué)碩士學(xué) 位論文 RFID系統(tǒng)安全與隱私問題 由于 RFID技 術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣泛，人們開始對 RFID系統(tǒng)的安全和隱私問題 越來越關(guān)注。 (2限制標(biāo)簽和閱讀器之間的通信距離標(biāo)簽和閱讀器之間的通信距離可以通 過采用不同的工作頻率、天線設(shè)計、標(biāo)簽技術(shù)和閱讀器技術(shù)來加以限制，從而可以 降低非法接近和閱讀標(biāo)簽的風(fēng)險， 但是這仍然不能規(guī)避數(shù)據(jù)傳輸中所存在的風(fēng)險， 而且還以損害可部署性為代價。當(dāng)需要通信的時候可以通過接觸來解除屏蔽。但是難以應(yīng)用于一些嵌入的、難以接觸的標(biāo) 簽。這一方法在安全性和成本之間取得了較好的平衡。在本設(shè) 計中，主要研究的是被動標(biāo)簽的安全性以及用 AES加密算法來加強整個 RFID系統(tǒng)傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)的安全和保障持卡人信息的隱私安全。他在卡片的存取訪問控制 中采用散列鎖機制，并且采用隨機散列鎖機制來解決標(biāo)簽跟蹤問題。未經(jīng)授權(quán)的讀卡器是不能獲取在其讀取范圍內(nèi)的標(biāo)簽的信息的。非對稱密鑰的缺點 是運算用時較長而且硬件實 現(xiàn)復(fù)雜。單方面認(rèn)證 工作過程如圖 25 所示：發(fā)送方和接受方分別 為 A和 B。 A ?丨 .圓 丨，丨 B： % 169。除了考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目捎脦拞? 題 ，還應(yīng)考慮與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn) (如 ISO/IEC18000 和 Electronic Product Code EPC)的兼容。解決這個問題 的方法是如圖 27 修改協(xié)議。另兩個卡片也采取相同的措施。模擬前端負責(zé)為閱讀器傳送來的標(biāo)簽提 供電源，及調(diào)制和解銅數(shù)字信號，還要從載波頻率中提取和恢復(fù)時鐘周期。簡單的識 別標(biāo)簽的價格就要低于 US$， 但是增強型安全 RFID標(biāo)簽的價格就要略高些。因此， AES模塊的時 鐘頻率就可降到 100KHZ。 十個輪詢函數(shù)迭代法通過使用非線性、線性和附有密鑰的轉(zhuǎn)換來改變 STATE。 (3) MixColumns 轉(zhuǎn)換 STATE中的列。 AES硬件既能被調(diào)整以嵌入式系統(tǒng)的低芯片大小要求，或者又可以進行優(yōu) 化來滿足服務(wù)器應(yīng)用的高吞吐量。例如 :FPGA實現(xiàn)和 AES中注重硬件效能的 ASIC實現(xiàn)。4個 SBoxe的 32比特體系結(jié)構(gòu)相當(dāng)于每個 SBoxe是 8比特。但是 RFID標(biāo)簽既不提供晶片空間，也不能支持 128 比特數(shù)據(jù)通道的電 磁域。 圖 29 和圖 210描述了提出的 8比特 AES模塊的體系結(jié)構(gòu)。單獨放置這個內(nèi)存是要緩解芯片的執(zhí)行負擔(dān)。 圖 29 AES加密模塊結(jié)構(gòu) Fig29 Architecture of the AES module AES數(shù)據(jù)通道最大的部分就是 SBoxe, 它用于 SubBytes操作。 這樣就縮短了 SBoxe 到 7 個 XOR門的環(huán)路路徑，并降低了出現(xiàn)故 障的幾率。較為合適的選擇就是用組合邏輯計算交換 值。它使用時鐘做控制來最小化功 率消耗。因此 , 它根據(jù)生成的數(shù)據(jù)通道控制信號 來為 RAM尋址。第一， 一 個 8比特的 體現(xiàn)結(jié)構(gòu)允許將 4 個 SBoxe 減少為 1個，以此來節(jié)省所用晶片資源。這樣使得 AES加密的時間增長為原來的 4 倍。在一個時鐘周期內(nèi)它可以計算一個 AES輪詢。 盡管己提出了許多 AES硬件體系結(jié)構(gòu)，但是沒有一個可以滿足 RFID標(biāo)簽 AES模 塊所需的低芯片大小和低功耗的要求。第一個輪詢密鑰就相當(dāng)于 河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 密碼密鑰。它常作為 —個表査詢來實現(xiàn)。 STATE由一個包括四行四列比特的矩陣組成。第 2 鞏基于 RFID 系統(tǒng)理論研究基礎(chǔ) 17 4 圖 28 RFID 標(biāo)簽結(jié)構(gòu) AES | EHPROM The architecture of an RFID tag 現(xiàn)估計數(shù)字控制器的消耗是印 A， 還有 15pA留給 AES模塊，但是卻不能超過 5000 門的晶片面積。一旦斷電，這些數(shù)據(jù)必須保存。在此項增強型的身份認(rèn)證協(xié)議中，每秒可驗證的卡片數(shù)是 50 張。與此同時，讀卡器可 以繼續(xù)向 Tag2 和Tag3 發(fā)送詢問指令， Tag2 和 Tag3 隨后啟動指令加密。 用于身份驗證的兩條命令，由讀卡器在發(fā)送到標(biāo)簽并且通過比對加密后的值來進行 身份識別。 安全協(xié)議設(shè)計 在安全增強型 RFID系統(tǒng)中，安全級別不僅僅取決于所使用的加密算法。 相互認(rèn)證方式的工作原理類似。 種種原因使得 AES算法成為 RFID認(rèn)證協(xié)議的首選。 身份驗證的方法分為三種：密碼系統(tǒng) (弱認(rèn)證 )、詢問 回答認(rèn)證 (強認(rèn)證 )、指定和 零知識認(rèn)證。他們提 議建立一種采用非對稱加密技術(shù)機制的 RFID 系統(tǒng)，同時配合一些需要物理訪問標(biāo)簽 的手段。 Juels， Rivest， and Szydlo 提出的“阻滯標(biāo)簽”的方法來去防止用 戶被跟蹤。對于采用某些 標(biāo)準(zhǔn)的 RFID應(yīng)用，比如 ISO或者 EPCglobal， 標(biāo)準(zhǔn)體系對安全有其自己的考慮和解決。但是算法的計算能力以及采用的算法的 強度將會影響到標(biāo)簽的成本。特別是當(dāng) FID標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用 在零售場合，為了保護消費者的隱私，當(dāng)消費者在離開賣場的時候必須殺死標(biāo)簽。但是，這樣同時不能與采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)實現(xiàn)共享。主要表現(xiàn)為： (1) 跟蹤隱私利用 RFID閱讀器能夠讀取標(biāo)簽信息的能力來進行跟蹤和定位。 命令由讀卡器發(fā)出，根據(jù)讀寫條件受數(shù)字控制單元的控制。該單元完成對數(shù)據(jù)的加密處理及密碼保護。Arithmetieunit 控制及算術(shù)運算單元。 河北科技大學(xué)碩士學(xué) 位論文 m ：Q (4) Authentication amp。序列號 SerialNumber 可能 為 :0xF6F67AB6H。射頻卡通過這七個模塊具體完成對處在射頻 卡讀寫設(shè)備天線工作范圍之內(nèi)的 Mifarel 卡，進行初步選擇、確認(rèn)選擇： (1) ATR模塊 Answer to Request( “請求之應(yīng)答”）。 Mifarel 射頻卡功能組成 如圖 22Mifarel S50非接觸式 1C卡的功能組成框圖： 圖 22 Mifarel S50 非接觸式 IC 卡的功能組成框圖 Mifarel S50 IC card structure 整個卡片包含兩部分 ： RF射頻接口電路和數(shù)字電路部分。 Mifarel 1C射頻卡上具有先進的數(shù)據(jù)通信加密和雙向驗證密碼系統(tǒng)，河北科技大學(xué)碩士學(xué) 位論文 MIFAREl S50CARDIC 射麵口峨 mmk AntiCoDisioii 整琉 Select Application Ciypto Unit mim AotkBticatbn amp。 射頻卡成功地將射頻識別技術(shù)和 1C卡技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源和免接觸的難 題；射頻卡無需專門的供電電源，它與讀寫器間無機械接觸，避免了接觸故障。 1C卡的價格稍高些，數(shù)據(jù)存儲量很大，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密，安全 性好，但是由 于它的觸點暴露在外面，可能被損壞。首讀率是指當(dāng)對一組數(shù)據(jù)進行一次性識別時，其中 一次性識別成功的概率，常用 FRR表示。由讀寫器發(fā)出相關(guān)的指令，射頻卡可以根據(jù)這些指令對卡內(nèi)的數(shù) 據(jù)實時地進行相應(yīng)的讀寫 操作。與此同時 ，越來越多企業(yè)建立了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并進入了國際互聯(lián)網(wǎng)組織。門禁系統(tǒng)可以控制人員的出入，還 可以控制人員在樓內(nèi)及敏感區(qū)域的行為。雖然 國內(nèi)已經(jīng)實行“金卡工程”，并且對于 非接觸式 1C 卡的技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用給予高度 重視，但是智能門禁系統(tǒng)的使用在國內(nèi)還處于發(fā)展時期，因此對關(guān)于門禁系統(tǒng)的理 論進行研究就非常重要。國外門禁系統(tǒng)的知識品牌有美國的休斯 (HID)、 西屋 (WSE)、 洛泰克 (NTK)，以色列的 DDS、 英國的集寶等品牌。 2) 門禁系統(tǒng)在新的領(lǐng)域 (物流 )應(yīng)用提出了新的待解決方案。它源于無線 電通信技術(shù)，綜合了現(xiàn)代計算機智能控制、智能識別、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)，順 應(yīng)了計算機集成制造系統(tǒng)、電子商務(wù)等熱點應(yīng)用的發(fā)展需要。著重介紹了讀卡器的硬件設(shè)計，包括讀卡器 微處理器模塊的設(shè)計、射頻讀卡器讀寫模塊的設(shè)計、天線的設(shè)計、通信模塊的設(shè)計。硬件系統(tǒng)包括射 頻卡讀寫器電路的設(shè)計和相關(guān)芯片的選擇；軟件系統(tǒng)包括非接觸式 ic 卡讀寫程序的 設(shè)計、防沖突程序等的設(shè)計和串口通信程序的編寫，以及門禁系統(tǒng)管理界面的設(shè)計。開發(fā)出人性化，安全