基于樹莓派設(shè)計(jì)的RFID門禁系統(tǒng)

本項(xiàng)目使用樹莓派設(shè)計(jì)門禁或設(shè)備的訪問控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)用戶列表檢查RFID標(biāo)簽，允許擁有授權(quán)RFID標(biāo)簽的指定成員進(jìn)入室內(nèi)。系統(tǒng)包括一個(gè)USBRFID讀取器（讀取器通過其USB線纜連接到樹莓派），以及一個(gè)12V繼電器電路板。當(dāng)樹莓派GPIO引腳觸發(fā)時(shí)，繼電器電路板為電子門鎖供電。

硬件：

1、樹莓派3ModelB。任何樹莓派都可以使用。樹莓派從兩個(gè)傳感器接收數(shù)據(jù)，并向繼電器發(fā)送信號(hào)以解鎖門。

2、Adafruit5V2.5A開關(guān)電源。為樹莓派提供電源

3、電子門鎖。確保使用電壓、繼電器板和觸發(fā)電源匹配即可。

4、Parallax12V繼電器。繼電器板上電時(shí)，解開電動(dòng)門鎖。

5、Adafruit12VDC1000mA（1A）穩(wěn)壓開關(guān)電源適配器

6、125kHzUSBRFID讀取器

7、AdafruitRGB背光LCD-16x2

軟件：樹莓派Raspbian、Python3、Rclone

開發(fā)過程

1、RFID讀取器的選擇

項(xiàng)目面臨的首個(gè)難題是DIYRFID讀取器，如果不考慮手持式讀取器，第一種方法是自行購買RFID天線和電路板構(gòu)建RFID讀取器，但是需要一定的硬件知識(shí)。第二種方法是購買專業(yè)RFID設(shè)備，第三種本文的方法是網(wǎng)購低成本的RFID讀取器。

2、選擇工作頻率

項(xiàng)目涉及兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)：125kHz和13.56MHz。先進(jìn)應(yīng)用使用有源RFID技術(shù)，比如汽車的遠(yuǎn)程鑰匙扣所使用的技術(shù)，但是如果僅僅用于解鎖門，不需要有源RFID。建議使用13.56MHz。其與125kHz在功能上似乎是相同的，但是13.56MHz似乎更常見，因此更容易購買相關(guān)配件。無論選擇何種方式，本文剩余部分適用，RFID標(biāo)簽和RFID讀取器需要匹配。可以使用可擦寫的標(biāo)簽來存儲(chǔ)信息，這里使用永久存儲(chǔ)簡(jiǎn)單ID的標(biāo)簽。

3、設(shè)置RFID讀取器

將RFID讀取器通過USB連接到Windows計(jì)算機(jī)。電源指示燈亮起之后，如果標(biāo)簽接近感應(yīng)區(qū)域，讀取器將發(fā)出蜂鳴聲，并且指示燈將閃爍一次。如果打開PC自帶的記事本程序并滑動(dòng)標(biāo)簽，將會(huì)看到標(biāo)簽的代碼。這是因?yàn)閁SBRFID讀取器可模擬鍵盤，讀取RFID編號(hào)，然后按ASCII字符順序輸出。

使用最新版本的RaspbianOS設(shè)置樹莓派，創(chuàng)建目錄和文本文件，包含用戶及其ID列表，復(fù)制提供的測(cè)試代碼，開始使用。Python腳本需要root特權(quán)才能通過USBRFID讀取器讀取信號(hào)，因此請(qǐng)使用“sudo”前綴運(yùn)行腳本（script）。運(yùn)行時(shí)，腳本應(yīng)連續(xù)監(jiān)視RFID讀取器。找到代碼后，將檢查代碼是否在批準(zhǔn)的代碼列表中，報(bào)告相關(guān)用戶的名稱，或報(bào)告在列表中未找到該代碼。

設(shè)置繼電器

RFID讀取器正常工作之后，將繼電器電路板連接到樹莓派。電源和接地連接到5V和GND，但是這里將樹莓派的引腳2用于5V，將引腳4用于接地，引腳11（GPIO17）用于信號(hào)。如果使用其他信號(hào)引腳，請(qǐng)確保在python腳本中更改此設(shè)置。輕掃標(biāo)簽，如果標(biāo)簽通過認(rèn)證，繼電器電路板激活3秒鐘，LED亮起，發(fā)出咔嗒聲，然后關(guān)閉。

設(shè)置電子門鎖

將電子門鎖連接12V電源，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。如果需要，可以添加插孔連接器。檢查電源，確定電源正極和接地，使用鱷魚夾臨時(shí)連接電線和電子門鎖線。插入電源，也可以打開電涌保護(hù)器，然后電子門鎖發(fā)出微弱聲音，門鎖應(yīng)從固定變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。

根據(jù)不同型號(hào)，電子門鎖可能有兩根或四根電線。四根電線設(shè)計(jì)為與12V或24V電源兼容。確定電子門鎖正常工作，就將電源接地線焊接到接地線上，或者通過其他方式將其永久連接。將正極導(dǎo)線連接到繼電器的中間接頭，通常標(biāo)記為“COM”。將電子門鎖的正極連接至繼電器的常閉閘門（closedgate），通常標(biāo)記為“NC”，而不是標(biāo)為“NO”的常開閘門。

如果樹莓派已打開，12VAC-DC轉(zhuǎn)換器接入，則運(yùn)行讀取RFID讀取器python腳本（以root用戶身份）。RFID讀取器識(shí)別授權(quán)RFID標(biāo)簽，繼電器激活，打開電子門鎖。

在開機(jī)時(shí)運(yùn)行腳本

至少仍需要做兩件事：設(shè)置一種跟蹤誰登錄的方法；將系統(tǒng)設(shè)置為在插入樹莓派的時(shí)候自動(dòng)啟動(dòng)。否則，如果發(fā)生電源故障，則電子門鎖將保持關(guān)閉狀態(tài)，直到手動(dòng)重置為止?？稍O(shè)置python腳本，在開機(jī)的時(shí)候運(yùn)行，一種方法是以root用戶身份在Nano中編輯文件“/etc/rc.local”。

sudonano/etc/rc.local

使用完整路徑名稱，添加指令啟動(dòng)程序。

sudopython

/home/

YOUR_DIRECTORY_PATH/sample.py&

在末尾包括“＆”，表明其在后臺(tái)運(yùn)行，并確保文本文件的最后一行保持原始狀態(tài)的“exit0”（不帶引號(hào)）。重新啟動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。python腳本應(yīng)在啟動(dòng)后立即運(yùn)行。

追蹤RFID刷卡動(dòng)作

可通過查看日志文件查看何人何時(shí)使用了系統(tǒng)，每次python腳本檢查的時(shí)候，日志文件都會(huì)附加時(shí)間、ID號(hào)和相關(guān)用戶等信息。但是有些用戶可能希望在不使用SSH的情況下訪問樹莓派并讀取文件，可設(shè)置一個(gè)自動(dòng)過程，以在每次發(fā)生刷卡的時(shí)候，將日志文件復(fù)制到云存儲(chǔ)。這里使用Rclone命令行工具。要使用Rclone，需要獲取Google云端硬盤文件夾的API密鑰。使用Rclone是因?yàn)闊o法讓Python識(shí)別PyDrive命令。

Rclone命令行工具

擁有API密鑰后，運(yùn)行：

sudoRclone

config

如果在不使用sudo的情況下運(yùn)行此命令，看起來正常工作，但是當(dāng)嘗試在python腳本中運(yùn)行Rclone命令時(shí)，將不能正常工作，因?yàn)閜ython腳本以root用戶身份運(yùn)行。

Rcloneconfig命令將生成并保存Rclone配置文件。如果不使用root特權(quán)生成，python腳本將找不到它，因?yàn)樗詒oot用戶身份運(yùn)行。完全按照Rclone文檔說明進(jìn)行配置過程，以設(shè)置Google云端硬盤同步。

完成上述步驟，嘗試測(cè)試命令。登錄到Google云端硬盤帳戶，然后查看文件是否已上傳。取消注釋每次刷卡后運(yùn)行Rclone命令行。這會(huì)將日志文件復(fù)制到Google云端硬盤。建議為此項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)與個(gè)人Google云端硬盤帳戶不同的專用Google帳戶，然后與您的普通帳戶共享用于復(fù)制日志文件的文件夾。這樣做的原因是Rclone功能強(qiáng)大，能夠刪除或覆蓋Google云端硬盤上的任何文件。在發(fā)生事故或某種形式的黑客攻擊的情況下，Rclone理論上可以用于在與其連接的相關(guān)云存儲(chǔ)位置中竊取或勒索數(shù)據(jù)。這里使用Google云端硬盤存儲(chǔ)敏感信息，因此采取了這一步驟來從寶貴的云存儲(chǔ)空間中隔離日志文件同步過程。

應(yīng)用延伸1：門開關(guān)

RFID讀取器進(jìn)入工作狀態(tài)，將磁性門傳感器連接到樹莓派，該傳感器讀取門狀態(tài)，從打開狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)（反之亦然）的信息，并將其記錄在日志文件中。門的開關(guān)在圖中以按鈕表示，因?yàn)槠涔ぷ鞣绞较嗤寒?dāng)門關(guān)閉時(shí)，電路關(guān)閉；而當(dāng)門打開時(shí)，電路也關(guān)閉。需要一個(gè)上拉電阻，將其連接到樹莓派的第一個(gè)引腳，該引腳可提供恒定3V電壓。

應(yīng)用延伸2：LCD

LCD使樹莓派可以為用戶提供反饋信息，提升用戶體驗(yàn)。大多數(shù)傳統(tǒng)LCD具有LED背光燈，背光燈具有RGB三個(gè)不同的顏色，使得樹莓派可以隨著文本更改LCD背景顏色，比如在正常使用期間為藍(lán)色，在授予訪問權(quán)限時(shí)變?yōu)榫G色，在拒絕訪問時(shí)變?yōu)榧t色。

應(yīng)用延伸3：門鈴

當(dāng)外來人員來訪，可為系統(tǒng)添加按鈕和門鈴功能，該按鈕的一端連接到LCD，共享GND連接，減少穿過墻壁的電線數(shù)量。另一端連接到樹莓派引腳12（GPIO18）。也可以通過連接到引腳1的上拉電阻，將其拉高。樹莓派可以使用另一個(gè)繼電器來激活蜂鳴器，或者通過其音頻插孔激活聲音，或者通過SMS短信或其他多種方式發(fā)送通知。