姚燁豪 毛建華 發表於 2020-03-04 14:47:39
RFID （Radio Frequency Identification） 即無線射頻識別， 是一種短距離無線通信技術。與其它短距離無線通信技術 WLAN、藍牙、紅外、ZIGBEE、UWB 相比，最大的區別在於 RFID 是被動工作模式。RFID 技 術採用大規模集成電路計算、電子識別、計算機通信等技術，通過讀寫器和安裝於載體上的 RFID 標籤，實現對載體的非接觸識別和數據信息 交換，加上其方便快捷、識別速度快、數據容量大、使用壽命長、標籤數 據可動態更改等特點， 因此較條碼而言具有更好的安全性、動態實時通信等優點，所以被廣泛應用於家庭、 賓館、公司等門禁系統。
ASR（AutomaTIc Speech RecogniTIon），即語音識別技術，其目標是將人類語音中的詞彙內容轉換為計算機可讀的輸入數據。ASR 技術所要解決的問題是讓計算機能夠「聽懂」人類的語音，將語音中包含的文字信息「提取」出來。ASR技術在「能聽會說」的智能計算機系統中扮演著重要角色，相當於給計算機系統安裝上「耳朵」使其具備，「能聽」的功能，從而實現資訊時代利用「語音」這一最自然、最便捷的手段進行人機通 信和交互。將RFID技術和ASR技術運用到門禁系統，能使門禁系統更加安全、人性化和智能化。
1.總體結構設計
圖 1 為系統總體的硬體結構框圖。系統以凌陽SPCE061A單片機 為核心器件、結合射頻識別（RFID）技術和語音識別技術實現系統雙重安全性，並採用了LCD12864顯示用戶刷卡信息。門禁系統還通過串口與上位機進行通信。
用戶先刷卡，單片機將獲取的卡號與自身RAM中的卡號進行比較，如果卡號相同，則進行語音識別。若用戶的語音特徵模型與系統已有的語音特徵模型吻合，系統便打開電子鎖。在刷卡時，單片機使用 RS232 串口協議與上位機通訊，從而使上位機能得到用戶數據和刷卡信息，並且可以添加、刪除用戶。
射頻識別技術使用的是射頻讀卡模塊和非接觸式ID卡，這樣避免了磁卡刷卡時與讀卡器的摩擦，大大提高了硬體的使用壽命。凌陽 SPCE061A 單片機內部含有語音功能，能夠完成語音錄製、語音播放、語音採樣及語音識別等任務。同時，凌陽 SPCE061A 單片機語 音識別的誤辨率低，可以彌補卡片丟失後， 不法分子利用卡片開啟門禁進入大門的缺陷。
12864液晶顯用戶卡號、刷卡時間、 刷卡次數並顯示卡號是否錯誤。
系統總體硬體結構框圖
2.主要硬體電路設計
本設計主要硬體電路包括射頻卡讀卡器電路和電子鎖驅動電路。
2.1射頻卡讀卡器電路原理及組成
當射頻卡讀卡器與卡進行數據傳輸時，讀卡器發出的信號由兩部分疊加組成： 一部分是載波信號（125KHz）該信號由卡接收後，與卡自身的LC電路產生一個瞬間電量來供給卡內晶片工作;另一部分是指令和數據信號，控制卡片的晶片完成數據的讀取、儲存等功能，並返回信 號給讀卡器。
圖2 為射頻卡讀卡器電路圖。射頻卡讀卡器電路由信號計數模塊、分頻模塊、線圈、濾波模塊、放大模塊和整形模塊組成。分頻模塊和計數模塊產生的 125KHz 正弦信號通過線圈為射頻卡提供了載波。射頻卡經線圈的感應後，載波和數據信號一起進入濾波 模塊。載波和數據信號經濾波後，載波被濾除，只剩下信號。信號在經 過放大和整形模塊後，輸出有效信號。
圖2射頻卡讀卡器電路圖
2.2 電子鎖驅動模塊電路組成與原理
圖 3 為電子鎖驅動模塊的電路圖。該模塊電路由光耦、NPN 三極體和達林頓三極體組成。當單片機IO端為高電平時，光耦導通;同時Q1的NPN三極體導通;由於Q1的發射極連接達林頓管Q2的基極，因此達林頓管導通，從而驅動電子鎖。
圖3電子鎖驅動模塊電路圖
3.語音識別功能的實現
凌陽單片機語音識別只分為 「訓練」「識別」和兩個階段。在訓練階段，單片機對採集到的語音樣本進行分析處理，從中提取語音特徵信息，建立特徵模型。在識別階段，單片機對採集到的語音樣本進行同樣地分析處理， 提取出語音的特徵信息，然後將這個信息與已有的特徵模型進行比較，如果二者達到一定的匹配度，則輸入的語音被識別。為了避免單片機每次上電都必須重新進行語音樣本 「訓練」的缺點，本設計的語音識別功能在上述原理的基礎上，加入了將語音樣本模型寫入FlashRom的過程，「訓練」只需一次即可重複進行語音識。
圖 4 是語音識別的程序流程圖， 程序先判斷 FlashRom 中是否有語 音模板， 若有則進行語音識別。若 FlashRom 中沒有語音樣本模板， 則 開始進行樣本的 「訓練」在 ，「訓練」 結束後，「訓練」 將 得到的語音樣本模 板存入 FlashRom， 然後開始語音識別。
圖 4 語音識別程序流程圖
4.上位機實現
現在有許多程式語言可用來編寫上位機，VB、C++、如C#、JAVA、圖形化語言等等。
考慮到C#語言含有以下幾個優點：
（1） C#語言類似C語言，若有C語言的基礎，那麼C#編程就容易得多了。
（2） C#語言含有許多現成的控制項可直接調用，減少了軟體開發的周期。
（3） 上位機界面與Windows 作業系統內出現的界面相同，用戶使用更方便快捷。
因此本系統的上位機是在 VisualStudio 編程環境下，採用C#語言編寫的。
圖 5 為上位機軟體樹形結構圖，上位機通過與下位機串口通訊，得到用戶卡號、刷卡時間、 用戶進門次數的數據，並將這些信息存入資料庫。上位機還可對卡號進行添加/刪除以控制門禁系統的用戶數。
圖 5 上位機軟體樹形結構圖
5.總結
本文介紹了以凌陽SPCE061A單片機為核心，結合射頻卡讀卡模塊、語音識別模塊、LCD12864顯示模塊和上位機的智能門禁系統的實現。具體優點如下：
一方面， 該門禁系統使用的是RFID射頻識別技術，即通過非接觸 式 ID 卡來刷卡。避免普通磁卡刷卡時與讀卡器的摩擦，提高硬體使用 壽命。
另一方面，本設計還應用語音識別功能。只有特定人員才能進入門禁系統，提高了門禁系統的安全性，也避免了卡片丟失時不法分子利 用卡片進入門禁的缺點。從實驗結果來看，系統已基本實現了預期設定的功能，運行較穩定，效果良好。
責任編輯：ct
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