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作者：南阳理工学院 李纪松 武双 朱芝洁
指导教师：徐源 高有堂

　　作品简介

　　开发背景：
　　在全国第七届农运会中，我们发现观众进场需要经过严格且繁琐的检查，联想到现实生活中的一些实际应用，人们确实对通行系统功能等各方面要求不断提高，实验室、普通用户等门的开启存在一些可以改进和完善的地方。经过反复考虑后，我们决定，就城镇居民家庭用户的通行管理系统为中心展开实验研究，建立了该套基于GSM和RFID的通行管理系统。
　　作品图片如下：　　

　　结构说明：
　　该系统充分考虑大赛组委会对大赛的要求，使用大赛指定的单片机开发板(以STC15F2K61S2为核心)，并在此基础上进行扩展延伸，以GSM和RFID为重要的外围，进行开发拓展。
　　该系统包含被控制的门(我们在此虚拟，以“指示灯”代替)、射频读卡器及射频卡片、GSM模块、液晶显示器、开关电源，备用电源、手动按钮、指示灯等。
　　1、射频读卡器：当射频卡靠近时，能够识别该卡是否合法，配合控制是否开门。
　　2、GSM模块：能够收发系统传送的信息，且用户能根据需要做出相应回应，实现远程控制功能。
　　3、开门的钥匙：便携的射频卡。
　　整个系统布局合理，我们采用模块化设置，将各个模块合理的连接在一起，牢固可靠。元器件的分布和线路布局合理，增强了抗干扰能力。
　　功能说明：
　　1、授权卡可刷卡开门。
　　2、修改已授权卡密码。
　　3、远程控制开门。
　　4、远程控制冻结卡。
　　5、远程控制解冻卡 。
　　6、注销已授权卡。
　　7、注册一张新卡 。
　　8、向用户发送警报提示信息。
　　使用说明：
　　1、系统上电后，系统工作电源指示灯和备用电源指示灯亮。
　　2、将授权的卡靠近读卡区附近时，系统将响应开门。
　　3、如果用户射频卡丢失，或忘记携带，可远程控制门状态，也可对卡做相应操作。具体操作为：在界面键盘区，按“输入”键，开始输入密码，输入完成后按“确认”键。
　　4、随后，该卡绑定的手机卡就会收到指令：Please reply digital 0 to 6.0:Close the door.1:Open the door.2:Change the password.3:Freeze this card.4:Thaw this card.5:Cancel the card.6:Resister a new card .用户回复0，则门保持关闭;回复1，门被远程遥控开启;回复2，能修改射频卡的密码;回复3，则该卡被冻结;回复4，能解冻冻结的卡;回复5，注销该卡;回复6，可以注册一张新卡。

　　平台选型说明

　　该基于GSM和RFID 的通行管理系统，我们在设计初选择开发平台时：一方面考虑到预定功能的实现，需要添加额外的人性化的人机交互界面等功能，还要为后续扩展功能的开发预留下一定的接口;另一方面出于对产品低成本及低功耗的设计考虑，我们研究决定用这款应用十分广泛，工作性能稳定，功耗低，以及价格低廉的STC系列单片机。在这些原则的基础上，结合比赛组委会指定的开发平台，最终我们通过权衡，仔细斟酌，决定采用以STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板。
　　另外，GSM系统是目前移动通信体制中,比较成熟完善,且应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网,是我国公众移动通信网的主要方式。基于GSM的短信息服务,是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用,是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游,建立上述系统不需再组建专用通信网络,所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。考虑到它的普遍性和完善性，我们以此为基础，对其进行扩展运用。
　　射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。对它的开发应用无疑使得我们我们的系统更加便捷。
　　同时，经济水平的高速发展让人们越来越关心区域内部的安全性。我们设计的基于GSM和RFID 的通行管理系统适应信息时代的需要,保证区域内部的安全性,满足用户的需求。该系统使卡与锁之间实现完整“对话”功能,以智能卡来控制门锁的开启。它不仅给管理者提供了更安全、更快捷、更自动化的管理模式,而且也给使用者带来了极大的方便。
　　综合考虑，我们选定了以STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板，并在此基础上利用GSM和RFID技术完成一套通行管理系统。

　　设计说明

　　设计原理图：
　　电源及指示灯原理图：　　

　　USB下载电路图：　　

　　单片机主电路图：　　

　　GSM模块原理图：　　

　　射频读卡器模块原理图：　　

　　键盘模块原理图：　　

　　设计原理：
　　本系统采用感应式技术，或称作射频(RFID)技术，是一种在卡片与读卡装置之间，无需直接接触的情况下对卡片信息进行读写的方法。使用感应式读卡器，不再会因为接触磨擦而引起卡片和读卡设备的磨损，也无需将卡插入孔内或在刷卡槽内刷卡，卡片只需在读卡器的读卡范围内晃动即可，兼有使用方便、使用寿命长等优点。
　　RFID技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息到识别目的的技术。移动RFID技术应该选择ISO标准体系，因为ISO标准体系由国际标准组织制定，适用主频率广泛，从KHZ到GHZ。该技术标准适用业务多(如支付、物流、身份识别等)。目前移动RFID适用的身份认证和支付行业，主要选择的13.56MHZ，而13.56MHZ的被读方式的读写距离可以控制在10CM以内，因此RFID技术选择了13.56MHZ。通常一张射频卡中有IC芯片、感应线圈及电容原件。射频卡为发射应答端 ，而射频卡阅读机为接收端，类似发电机，持续发送频率。考虑到一张射频卡可以代替大门的钥匙，而且具有不同的通过权限，只有授权的持卡者才能进入其职责范围内可以的门。在试验时当射频卡片靠近射频卡片阅读机的发射频率范围内时，射频卡片内的线圈会接受此频率并产生相应能量，此能量储存在电容器内，当能量到达激磁的状态时，会自动将卡片上所烧录的密码发送给射频卡片阅读机。射频卡阅读器用来读取刷卡人员的智能卡信息(卡号)，然后再转换成电信号送到通行管理系统中，系统根据接收到的卡号，通过软件判断该持卡人是否已经得到过授权，根据判断的结果完成开锁、保持闭锁等工作。射频卡片阅读机识别后，受控的门便可自动开启。每张卡具有全球唯一的序列号，具有防冲突功能，所以卡片不会出现互通并可使用的状况。
　　如果用户忘记带卡，可利用GSM模块实现开门功能。即用户在键盘区按 “输入”键后输入密码，密码正确输入“确认”后，系统会向该射频卡绑定的手机卡发送一条信息，用户根据需要作出相应回复。如回复1则开门，回复0则不动作，回复其他数字则向使用说明里所述那样实现相应操作。
　　开门的卡取代了钥匙，既方便携带，又能避免钥匙丢失无法进门或更换门锁的经济损失。根据以上原理和功能，各个模块配合工作，实现我们项目所预期的各项功能。
　　设计方案：
　　该基于GSM和RFID 的通行管理系统，是对重要区域或通道的出入口进行管理与控制的系统。我们认为它的功能应符合实际需要,因而系统的实用性是我们遵循的第一原则。随着社会的发展，出入管理已经不再局限于简单的对门锁或钥匙的管理，而是集自动识别技术和现代化管理技术于一体的新型现代化安全管理系统，我们也知道通行管理系统已成为安全防范系统中极为重要的一部分，我们设计的基于GSM和RFID的通行管理系统可扩展应用于银行、机房、军械库、机要室、办公间、宾馆、智能化小区、公司等重要领域的出入口，能有效地保证财产安全。射频卡是无线射频技术和智能卡技术相结合的物，其具有使用简单、维护方便等特点。如果持卡人的感应卡遗失可以在系统内即时挂失，这样即使其他人捡到了该感应卡也无法进入设定区域，这样相对于普通机械锁要方便得多，您不必为了安全起见重新换锁，为每个人重新配钥匙。对于弃用或禁用的感应卡可采用注销的方式，该卡以后都无法再被利用，防止不法分子进入特定区域进行窃取或破坏等报复活动。
　　1、系统架构
　　系统采用非接触式IC卡，利用无线射频识别技术RFID检测IC卡，当IC卡靠近读写器时，读写器能准确地对其识别。若该卡已进行注册，则通过验证并通知系统开门，反之则保持关闭状态，若持卡人在紧急情况下未带射频卡或射频卡丢失时，则可通过GSM模块发送相应指令，实现与该射频卡绑定的手机对话功能。系统由单片机开发板、射频读卡器、射频卡、GSM模块、5110液晶显示器、备用电源、手动按钮、虚拟控制门(指示灯)等组成。
　　2、硬件设计
　　系统硬件设计主要从以下3个方面考虑：稳定安全，布局合理，人性化。在稳定安全方面，我们考虑到有时居民区会发生断电现象，我们使用了备用电源，电路的设计走线上也满足了系统稳定性的要求;在布局方面，根据大赛官方指定的开发板，我们确定了有层次感的布局，各个模块依次放置，大方合理，便于用户操作;在用户使用过程中，人性化设计了两种提示手段，液晶显示和状态指示灯，让用户一目了然，了解现在系统状态。
　　3、软件设计
　　系统软件以STC单片机为核心，实现对射频卡的读取、收发短信，门状态控制等。采用的编程语言是C语言，编译器是KeilC51。
　　系统软件处理大框如下:　　

　　作品特色

　　先进性：
　　本系统采用了当前最流行的GSM(全球移动通信系统)和射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术，用于通行管理系统，定位于解决人们日益关心的安全问题，贴近人们的生活,具有很大的发展空间和广泛的应用领域。

　　实用性：
　　该系统会为大家轻松解决十分关注的防盗问题,也可通过相应的指令帮我们轻松解决丢钥匙无法打开房门，以及忘记带钥匙就无法进门的问题，还可通过GSM 给我们发相应的提示信息，这样可以让我们更放心的出门，为我们的生活提供更多的便利，免除我们的后顾之忧，为我们的家庭安全保驾护航。
　　该系统还可以用于一些安全性能比较高，或者某些对操作流程有严格要求的场所，这样能够有效的避免一些人为操作产生的事故。

　　创新性：
　　该系统首次将GSM(全球移动通信系统)和射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术有机的结合在一起，应用在人们当下十分关注的安全问题，同时又将时下十分流行和通用的理论与普通人的生活应用有机的结合在一起，为人们的安全、愉悦的生活增添了一份有利的保障。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2576