小区智能门禁管理系统设计

摘要：为了解决当前小区临时访客自由出入小区问题和车辆存在被盗的安全隐患，采用了RFID和GSM等相关技术，设计了车辆进出小区的智能管理系统；通过对实际需求的分析，所设计的系统主要包括2大部分；长期用户车辆出入管理，临时访客出入管理。其中，长期用户车辆管理是将射频卡和系统内信息核对，进行确认，并发短信通知用户；临时访客管理系统是为了减少管理人员工作量，以密码形式自由出入小区。经系统仿真证明，本系统设计良好，可以有较好的实用价值。
关键词：RFID；射频卡；GSM；智能门禁

    随着社会的快速发展，拥有汽车的家庭越来越多，汽车也成为了人们出行的主要工具之一，尤其是在寒冷的冬天和炎热的夏天，可以让人们享受到更好的服务。然而随着汽车数量的增加，在人们下班回家的时候就会出现道路拥堵和进入小区排队的现象。为了更好地解决人们的这些困难，智能小区管理系统就应运而生了。
    现有的智能小区管理系统主要是针对小区内长期用户，而当有临时用户进入小区的时候，就需要管理人员手动处理，增加他们的工作量。因此针对这些问题，提出一种可以对临时用户同样适用的读卡器设计方案，使临时用户享受到自主进出小区的服务，不仅不会增加管理人员的劳动量，还会减少他们的工作量。

1 RFID技术的基本原理
    RFID是从20世纪90年代兴起的一种自动识别技术，RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的，且识别工作无须人工干预。它与同期或者早期的接触式识别技术相比，具有可非接触识别(识别距离可以从十厘米至几十米)、可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识别多个对象等突出特点。
    一个典型的RFID系统由3部分组成，如图1所示。

2 GSM模块
    随着GSM移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。GSM模块作为一种主要的GSM网络接入设备，已得到越来越多的系统制造商和系统开发商的重视，基于它的各种应用也蓬勃发展起来。
    通过GSM模块发送短信主要是依靠TC35模块，TC35模块是Siemens最新推出的新一代GSM模块，它与GSMphase 2／2+兼容、双频(GSM900／  GSM1800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口。
    通过对存储在手机中待发消息的分析，分析短消息的PDU数据格式。首先，用手机写一条短信息，发送手机号码为13916610512，信息内容为“发送短信息”。通过执行AT+CMGL指令可以读出此条信息。下面是发送短消息的十六进制编码：
    08①91683108100005F0(②11000D91③683119660115F2④13008 A9⑤A53D1900177ED4FE1606F
    1)08-短信中心地址长度[按字节计]；
    2)91-地址类型；683108100005F0-短信中心地址[不是偶数个补F，实际短信中心地址的数字两两交换]；
    3)1-头字节与[TP-RP|TP-UDHI|TP-SRR|TP-VPF3|TP-RD|TP-MT|]对应；00对应TP-MR；0D-短消息目标用户号码长度[按阿拉伯数字计，不计F]；91-TON／NPI[手机号码地址类型]；
    4)683119660115F2-目标用户号码[不是偶数个补，F实际用户号码数字两两交换]；
    5)00-协议标识[PID]；08-编码方式[DCS]；A9-短消息有效期[VP]；
    6)0A-用户数据长度[根据字节计算]
    53D1900177ED4FE1606F-用户数据[中文“发送短消息”的UnicOde编码]

3 智能小区管理系统读卡器的硬件设计方案
    为了解决管理人员工作量大的问题，采用的系统设计的读卡器是将两种技术RFID和GSM结合起来，特别加入键盘操作，液晶屏显示可以使临时用户享受到和长期用户一样的方便服务。并且加入了GSM模块可以使业主方便快捷的知道车辆的进出情况，预防车辆防盗。整体设计方案如图2所示。

    MCU：AT89S51单片机
    单片机与射频卡通讯中介：RI-R6C-001A
    人机交互设备：液晶显示屏，LED屏和键盘
    单片机与PC机通信部分：MAX232
3．1 主控制器(MCU)
    AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4 k Bytes ISP (In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
3．2 射频芯片
    本系统采用的射频读卡芯片是RI-R6C-001A，该芯片是TI公司最新开发的针对电子标签读写的多协议收发器，给用户提供数字接口，采用13．56 MHz震荡。它支持的协议包括：Tag-it协议、ISO／IEC15693-2和ISO／IEC14443-2(TYPE A)。
3．3 液晶显示屏
    在单片机应用系统中，液晶显示模块(LCM)是一个整体，单片机通过液晶模块的接口访问、管理内，外显示RAM、控制驱动器；液晶显示模块的驱动有比较特殊的要求，包括电源驱动、背光驱动等，主要是根据模块内部控制器的要求，驱动液晶进行显示。
3．4 GSM模块
    TC35模块从功能上看主要由4部分组成：GSM基带处理器、GSM射频部分、电源ASIC (ApplicatiOn Specific Integrated Circuit)、Flash。
3．5 设计中两个创新部分：
    其一，将长期用户的手机号码存入系统之中，通过GSM模块将车辆进出小区的信息发至用户手机，预防车辆被盗，起到一定的安全保护功能。
    其二，键盘部分针对临时用户，实现的功能就是临时用户通过键盘输入来作为出入小区的密码，自由出入小区。

4 系统软件设计
    系统整体流程图如图3所示。

    系统流程分为两个部分：
    长期用户：在长期用户车辆上装有射频卡，卡内存有车主车牌号码，车颜色，型号，车主手机号码。当车辆进入到地感线圈范围内，提示读卡器有卡进入，读取长期用户卡内信息，与系统内信息核对，正确则抬杆放行，并将车辆进出小区具体时间发至车主手机，这样的话可以在一定程度上预防车辆被盗。
    临时用户：当临时用户车辆进入地感线圈范围的时候，读卡器读取不到卡，则需要临时用户在键盘上进行操作，输入需要访问的单元，比如B1-1-101，B1栋1单元101户，如果小区内存在这个用户，则放行进入小区，当驶出小区的时候需要输入相同的信息，当系统核对正确则放行，这样就大大减少了管理人员的劳动量，也便于小区智能系统的记录管理。

5 结论
    经过仿真实验，系统具有一定的使用价值。基于RFID和GSM的智能小区门禁系统满足了小区管理现代化，智能化的需求，具有出入车通行速度快、管理方便、自动化识别，高保密性、高效的安全性等特点。对于管理人员来说，可以大大减轻他们的劳动量，更易于形成科学高效的小区管理模式，简化车辆进出管理手续。