基于RFID技术的智能家校通门禁管理系统设计与实现

吕 婷

(安徽电子信息职业技术学院信息与智能工程系，安徽 蚌埠 233000)

0 引言

射频识别 (radio frequency identification，RFID) 技术利用射频通信技术实现非接触式自动识别，是物联网的一项关键技术[1]。RFID通过无线电信号传递数据，系统和目标之间是非接触的，抗干扰能力强，可靠性高。近年来，RFID已发展成为自动识别中应用较为广泛的技术之一，在许多领域(如单位门禁系统、停车收费系统、身份证系统等)得到应用[1]。而大学生是一个特殊群体，虽然大多已经成年，一方面由于社会经验不足等原因，自我保护意识较差，大学生宿舍因陌生人进入引起学生上当受骗的事件时有发生；另一方面，其自我约束能力还不够，晚归及旷寝等事件频繁发生，纪律涣散，缺乏安全防范能力。学校需要对其进出宿舍门的记录进行跟踪，掌握学生去向的第一手资料，以便及时发现问题并采取措施[1]。

为满足学校有效管理学生的需求、本文提出基于RFID技术的智能家校通门禁管理系统。该系统可以实现自动化记录与管理，并且识别学生身份，禁止非学生身份的外来人员出入宿舍。该系统利用校园卡刷卡、开锁，结合云技术，突破了单一的传统门禁管理系统无法远程查看问题，实现了对学生进出宿舍无人值守的有效监控和管理[2]，根据时间段判断晚归且进行素养积分管理。该系统为高校综合素质测评及学生健康生活搭建了有效管理的平台。在提高学生住宿的安全性、规范学生的管理体制等方面，相比于传统门禁管理系统，该系统具有明显的优势[3]。通过手机客户端访问云端，实现与现场门禁控制系统的数据交互。实际运行效果表明，该系统具有稳定性好、维护成本低、实时性高的优点[4]。

1 系统的总体架构

基于RFID技术的智能家校通门禁管理系统主要由门禁子系统(计算机端)、查询子系统(Web端)、人脸识别模块组成。用户可以在Web端访问数据，且能将数据发送至云端供远程查询和访问旷寝和晚归信息。

系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构图

2 系统设计

2.1 系统总体设计

系统总体设计如图2所示。

图2 系统总体设计图

首先，建立完备的数据库，包含RFID模块的开卡、刷卡及门禁管理信息等内容。其次，将计算机端与数据库交互，通过有线、无线或移动网络远程查看信息，并将异常信息自动推送给管理员或是班主任。具体过程如下。

首先，将学生的学号、姓名、所在寝室号、班级及所在的班主任等信息都写入学生持有唯一卡号的RFID卡中。然后是卡信息的访问模块。RFID读卡器识别学生卡并将此信息通过串口发送给计算机端，获取学生实时进出宿舍门的时间，并将这些信息都存入数据库中。最后，该系统将异常信息(如旷寝、晚归等)自动推送给宿管员及班主任老师，同时老师也可以通过手机或计算机远程查看门禁记录详细信息。

2.2 系统的硬件模块设计

射频读卡器模块采用NXP 公司生产MIFARE522模块型号MIFARE522。该芯片具有高度集成的非接触式低功耗读写功能，在无需其他电路的情况下，可通过内部发送器驱动读写器天线与应答机之间通信；采用 ISO 14443A/MIFARE 卡通信协议标准，支持串行外设接口(serial peripheral interface,SPI)、通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)、I2C 三种不同的接口与微处理器通信[5]。读写卡采用NXP 公司生产的制作的13.56 MHz非接触式智能卡[3]，选用的是市场主流的S50型号。该型号符合ISO 14443A标准，有1 KB容量的数据存储区，并具备数据密钥功能，大大提高了数据的安全性[6]。

2.3 系统软件设计与实现

主机服务器通过门禁管理系统接收 RFID 上传的数据信息，包括学生信息及进出门的时间[7]、门禁管理系统通过串口与控制器通信。开发环境为微软Visual Studio 2012以上版本。用户界面使用 C# 编程语言的 WinForm窗体框架。用户数据存储由Navicat for MySQL 及与PHPstudy相结合，实现数据的存储、修改、删除、查询等功能。系统软件设计流程如图3所示。

图3 系统软件设计流程图

RFID 刷卡模块主要由 RFID 读卡器、RFID 个人身份识别卡等组成。每位进入寝室的人员都要通过刷卡才可以进入[8]。该卡可以记录学生进出宿舍门禁和学习情况。每张卡最开始都存有学生的基本信息和充有20个素养积分。刷卡进宿舍时，打开宿舍门禁，并记录回宿舍时间。学生进出宿舍门禁的时间固定为23:30，在这个点以前回宿舍不扣素养积分，否则每晚迟到5 min扣除5个素养积分，并将这些信息上传保存到后台数据库。当扣除到剩余5个素养积分时，系统发出警报。刷卡后，刷卡机能显示学生的原有素养积分。被扣素养积分、现有素养积分，刷卡机能对多张卡进行记录处理，将信息存入数据库，并提供查询。

在查询模块中，所有的记录门禁数据，均显示在用户界面上。具体查询操作根据姓名、时间条件、晚归状态进行筛选数据。具体判断晚归的方法代码如下。

protected bool getTimeSpan(string timeStr)

//判断晚归的方法

{

string _strWorkingDayAM = "6:30";

//正常时间为6:30-23:30，不在此时间段内为"晚归"

string _strWorkingDayPM = "23:30";

TimeSpan dspWorkingDayAM = DateTime.Parse(_strWorkingDayAM).TimeOfDay;

TimeSpan dspWorkingDayPM = DateTime.Parse(_strWorkingDayPM).TimeOfDay;

DateTime t1 = Convert.ToDateTime(timeStr);

TimeSpan dspNow = t1.TimeOfDay;

if (dspNow > dspWorkingDayAM && dspNow < dspWorkingDayPM)

{return true;

}

return false;

}

3 结论

将RFID技术与单片机控制相结合，应用于该门禁系统中，实现了射频卡非接触式识别出入，解决了传统的基于RFID门禁系统无法满足学生宿舍管理需求、学生晚归宿舍时无法及时通知到辅导员,学生安全存在隐患等问题。通过门禁系统管理软件，可以完成对人员进出情况的监控，也可以通过Web端进行查询或云端访问，实现智能化远程管理。本文设计的系统将考虑增加指纹、人脸识别等科技前沿的技术，增强系统的安全性。此外，该门禁系统结合视频监控、统计报表，能为企业减轻管理强度，有效提高管理水平。其具有设计简单易用、成本低的特点，便于一般非专业人员操作、维护。系统实测结果表明，该系统在智能小区、智能家居等数字化安防场合也具有广阔的应用前景和推广价值[5-9]。