基于射频识别技术的高速公路收费站智能门禁系统

李举国，兰卫东

(贵州福和高速公路发展有限公司，贵州 遵义 564100)

基于射频识别技术的高速公路收费站智能门禁系统

李举国，兰卫东

(贵州福和高速公路发展有限公司，贵州 遵义 564100)

为减少高速公路收费站的能源消耗，同时对收费站出入口进行规范化管理，文中开发了基于射频识别技术的高速公路收费站智能门禁系统。通过RFID门卡实现门禁的规范化管理，工作人员凭智能门卡刷卡进入办公楼以及员工公寓，并实现员工公寓智能插卡取电管理。经过实验测试，该门禁系统不仅大幅降低了收费站的电能消耗，同时还能加强收费站的出入口安全防范管理。

射频识别；高速公路收费站；智能门禁系统

高速公路在城市道路交通中发挥着重要的作用，不仅加强了交通运输能力，并推动了经济的发展。然而，电能消耗等问题严重阻碍着高速公路效益的发展，同时收费站的门禁安防也是一个不可忽略的问题。在传统用电模式下，员工在离开宿舍或办公室时经常忘记关闭部分用电设备，造成大量的电能消耗[1-4]。与此同时，采取人工的用电管理方式不仅效率低下，还耗费大量的人力物力。另一方面，为了解决收费站出入口安全防范管理，需要对收费站的门禁进行规范管理。为此，本文开发了基于射频识别技术的高速公路收费站智能门禁系统，通过RFID门卡实现门禁的规范化管理，并实现了员工公寓智能插卡取电管理。

1 射频识别技术

射频识别技术是一种无线通信技术，其通过无线电信号来识别特定目标并读取相关的数据，而无需识别系统与目标之间建立某种机械或光学接触[5-6]。如图1所示，射频识别系统主要由读写器和RFID卡组成。读写器用于实现对RFID卡的数据读写和存储，其由嵌入式处理器、射频电路以及天线组成。RFID卡是一种无源IC卡，其内置IC芯片，能够存储特定信息，并集成天线。读写器通过高频通讯单元发出射频场，RFID卡的天线通过射频场感应获取感应电流作为RFID卡中集成电路芯片的电源；同时，接收读写器发出的信息送至芯片进行处理；最后将芯片处理结果发送给读写器，读写器接收到信息后，再做出应答[7-8]。

图1 射频识别系统原理图

2 系统设计

本文设计的高速公路收费站智能门禁系统，如图2所示。其由门禁控制器、无线传输模块以及数据后台PC端软件组成[9]。门禁控制器用于识别IC卡的信息，并接收后台PC端软件的指令进行相应的操作。无线传输模块主要是进行，信息从门禁控制器到后台PC端软件之间的双向传输。后台PC端软件主要将门禁控制器识别的IC卡信息与门禁密钥进行匹配，并发送反馈信息给门禁控制器进行相应的操作。

图2 门禁系统结构图

2.1 系统硬件设计

本系统门禁控制器采用M3650A-HA IC卡读写模块，其通过串口通信，硬件连接简单。模块自带单片机，能够进行自定义控制开发，并集成了ISO14443A协议，客户无需理解复杂的空中接口协议即可通过编程进行数据传输。门禁控制器电路，如图3所示，其数据发送端(TXD)和数据接收端(RXD)分别连接到无线模块的数据接收端(RXD)和数据发送端(TXD)，输出端口IO1与电控锁相连，控制电控锁的开关。

无线模块采用USR-C215 WiFi模块，门禁控制器读取到IC卡信息后可通过无线模块进行无线传输。经无线传输网络传送至PC端，PC端处理信息后再将信息通过无线传输网络，经由无线模块传送至控制器集成的处理器，控制电控锁进行相应的操作。无线传输网络，如图4所示。

图3 门禁控制器

图4 无线传输网络

2.2 系统软件设计

本文所设计的门禁系统[10-15]，主要由系统登录模块、IC卡管理模块以及记录管理模块3部分组成。系统登录模块用于管理员登录管理账户进行系统管理；IC卡管理用于管理人员对IC卡进行管理，其分为人员管理、房间管理、智能卡管理及信息查询管理模块；人员管理：用于添加、删除操作人员；房间管理：用于添加楼栋、楼层、房号及发行安装卡，以便将房号设置到门锁上；智能卡管理用于发行及注销各类卡；根据不同需求可对IC卡权限进行设置，根据不同权限，IC卡可分为授权卡、总控卡、应急卡、楼栋卡、楼层卡、清洁卡、校时卡以及安装卡等。不同的卡有不同的开锁权限，授权卡只用于设置和更换门锁密码而不能开锁；总控卡具有最高的开锁权限，其能够开启系统所有门锁且不受任何限制；应急卡能够开启系统所有门锁，同样不受限制；楼栋卡用于在特定时间下开启某栋楼的所有门锁；楼层卡用于在特定时间下开启某楼层的所有门锁；清洁卡用于在规定时间段内，开启某个清洁区内的所有门锁；校时卡和设置卡一起完成对门锁时间的设置；安装卡用于设置门锁参数，设置完才能用员工卡开锁，而房号设置完毕，则立即将房号卡注销。管理开锁记录查询，可记录具体的各类卡的开锁时间等信息。

图5 系统功能模块

系统启动后，先进行系统以及读写器的初始化，然后对IC卡进行识别。若通过识别验证，则对IC卡的权限进行匹配。若IC卡在此时间段具备开锁权限，则打开门锁，系统工作流程如图6所示。此外，系统还具备插卡取电管理。当工作人员将IC卡插入用电卡槽时，密钥匹配成功公寓即可通电。当取出IC 卡时，公寓将在设定时间内将自动断电。从而有效防止房内电器设备因电路短路所引起的火灾，同时也可避免电能浪费。

3 系统测试

对门禁系统进行测试，在湄潭东收费员员工宿舍12个房间布置智能门禁系统试点后，对2016年1季度与2017年1季度同期用电量进行对比，结果如表1

所示。由表中可看出，用电量环比同期下降55.1%。此外，本门禁系统使得出入口管理更加规范，满足设计要求。

图6 系统工作流程

湄潭东收费站员工宿舍待机消耗设备日待机消耗电量/kW·h月消耗电量/kW·h电价/元月消耗电费/元年度消耗电费/元年总计费用/元热水器1.855.80.704440480改造前饮水机1310.704422264864其他电器设备0.515.50.704410120热水器1310.704422164改造后饮水机0.6180.704413156404其他电器设备0.39.30.7044774

4 结束语

本文开发了基于射频识别技术的高速公路收费站智能门禁系统，通过RFID门卡实现门禁的规范化管理，工作人员凭智能门卡刷卡进入办公楼及员工公寓，并实现员工公寓智能插卡取电管理。经过实验测试，该门禁系统不仅能大幅降低收费站的电能消耗，同时还能加强收费站的出入口安全防范管理。

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Intelligent Access Control System for Expressway Toll Station Based on RFID Technology

LI Juguo,LAN Weidong

(Guizhou Fu He Expressway Development Co., Ltd., Zunyi 564100,China)

In order to reduce the energy consumption of expressway toll station and standardize the management of toll station entrance and exit, this paper develops an intelligent access control system for toll station based on radio frequency identification technology. It is through the RFID card to realize the standardized management of access control, the staff with the smart card into the card office building and staff apartments, and staff apartments intelligent admission card management. Through the experimental test, the access control system not only greatly reduces the power consumption of the toll station, but also strengthens the safety management of the entrance and exit of the toll station.

radio frequency identification; highway toll station; intelligent access control system

2017- 10- 16

李举国(1978-)，男，硕士，高级经济师。研究方向：智能节能减排系统。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.12.009

TN821+.1；TP273

A

1007-7820(2017)12-031-03