基于单片机控制的门禁系统的设计与实现

基于单片机控制的门禁系统的设计与实现

作者：金 鑫

来源：《电脑知识与技术》2010年第06期

摘要:针对频繁发生入室偷窃抢劫犯罪的事件,该文提出了一种电路简单,实用性强,成本低,使用方便。效果良好的门禁控制系统解决方案,系统实现了开锁、显示、信息传输等功能,文中给出了系统硬件和软件的实现方案。 关键词:单片机;门禁;读卡器;RS485

Design and Realization of Access Control System Based on SCM JIN Xin

(Department of Computer Technology and Application, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China)

Abstract: Aimed at \" Burgling and Housebreakings \" event which happened frequently, a kind of novel Access Control System is put forward, which had simple electric circuit, good practicability, low cost, easy operation and good effect, The system realizes the function of display, unlocking and warning, A detailed hardware and software design reference is presented in the paper. Key words: single chip microcontroller; access control; card reader; RS485

随着经济的发展,高楼大厦拔地而起,随之也产生了不少安全隐患,入室偷窃抢劫犯罪的事件日益增多,怎样才能更有效地阻止这种犯罪行为和犯罪发生后更好地破案呢?仅仅靠传统的门锁和防盗门是远远不够的,于是,门禁系统出现了,它的出现打破了传统的“保安+铁锁”的防护方式,更好地保护人民财产安全。然而,市场上的门禁系统功能过于强大复杂,价格昂贵,在某些特定场合下,只需门禁系统具有开锁和记录开锁人信息的功能即可,在这种背景下,本文提出一种电路简单,实用性强,成本低,使用方便,的门禁系统的设计方案。 1 系统架构

设计的门禁控制系统采用Mifare卡片开锁方式,在工作状态下,读卡器不断通过其内部的线圈发出一个激发信号,持卡人只需将卡片在读卡器附近快速晃动一下,读卡器就能将卡片中的卡片内码读出并在读卡器内暂存,然后控制器将卡片内码同Flash中存储的内码权限进行比较,即进行卡片合法性的检查,控制器再根据对比结果作出相应的输出动作,即开门、报警或其它可控传动设备。同时系统将卡号、持卡人姓名、开门日期、开门时间等信息记录下来,通过RS485总线,把数据传到到管理中心计算机。系统统结构如图1所示。

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2 系统硬件设计

系统的硬件平台主要是由门禁控制器模块、存储器模块、LCD显示模块、读卡器模块、键盘模块、电控锁模块等组成。系统硬件结构框图如图2 所示。 2.1 门禁控制器

门禁控制器是整个门禁系统的核心,控制器选用ATMEL公司生产的一种低功耗,高性能的8位CMOS微处理器AT89S52。AT89S52具有40个引脚,8KB Flash片内程序存储器,256KB的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,两个16位可编程定时计数器,5个中断优先级2层中断嵌套中断,两个全双工串行通信口,看门狗电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S52价格便宜,容易购买,是一种高性价比的控制器。 2.2 存储器模块

存储器模块主要存储Mifare卡片信息,存储器芯片选用K9F2808U0C芯片,这种芯片是16M×8Bit结构的Flash存储器件,使用128M bits,另外还有4M bits的闲置存储空间。芯片电源电压1.8v或3.3v,它是一款性价比很高的大容量固态数据存储器。上电加压后,即可完成在系统的编程与擦除操作,通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列,可对Flash进行编程(烧写)、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。当需要将程序代码烧写到扩展的FLASH,则需要运行一个装载程序,该程序的功能是通过串口接收要烧写的数据,然后擦除编程Flash。 2.3 RS485通信接口模块

RS485是一种多点、双向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-485-A标准。RS485由RS232发展而来,它改进了RS232通信距离短、速率低的缺点。RS485是一种平衡通信接口,传输速率最高可达10Mbit/s,最大传输距离约为1200m,并允许在一条平衡总线上连接最多32个设备,RS485完成了门禁控制器与中心管理机的数据传输。 2.4 读卡器模块

读卡器模块选用的是广州周立功单片机发展有限公司的ZLG500C读卡模块,内部功能由其独立完成,支持自动检测卡功能,当检测到卡时,可输出中断信号和输出串口数据,支持RS232、RS485或RS422总线通信,本系统单片机与读卡器之间RS232进行通信。所以只需控制器对其提供的端口进行简单的设置,发送Mifare读卡模块提供的函数,发出简单命令既可完成读卡和写卡任务。 2.5 键盘模块

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该键盘模块用来密码开锁,用户通过键盘可以向系统发送开锁命令。所本系统键盘是一个4*4的行列式键盘,总共定义了16个按键。查看键盘中有无按键按下以及所按的是哪一个键,采用的是“键盘扫描”的方法。 2.6 LCD显示模块

LCD显示模块用来显示用户输入的加密后的密码和呼叫的房号,本系统采用液晶屏AT056TN52,这是一个5.6寸,18bit RGB格式,分辨率为640x480的TFT数字液晶显示屏。 2.7 电控锁模块

控磁锁是门禁系统的执行部件,电控磁锁在断电时呈开门状态,符合消防要求。在本系统中采用的是电控锁成品,只需要用使用一个GPIO口,外加一个高低阻态转换的电子开关即可。 3 软件设计

门禁系统软件设计是在KEIL C51开发环境下开发的,整个软件设计包括主控程序、单片机初始化程序、读卡器初始化程序、读卡程序、RS485传输程序等。 3.1 读卡器模式设置

要想让读卡器发射发出激发信号,必须在系统运行后,设置读卡器的检查模式。下面是设置自动检测模式函数。

uint8 DvcSetAutoDctct(uint8 ISOType,uint8 R_C,uint8 IOClrMask,uint8 IOSetMask,uint8 S_M) {uint8 Status; SB[CMDTYPE]=1; SB[COMMAND]='L'; SB[LENGTH]=5; SB[DATA]=ISOType; SB[DATA+1]=R_C; SB[DATA+2]=IOClrMask; SB[DATA+3]=IOSetMask; SB[DATA+4]=S_M;

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Status=Zlg500c_Cmd(SlvAddr); if(Status==OK) {Status=SB[STATUS];}

return Status;}

3.2 读卡器读取信息函数

当有Mifare卡进入到读卡器的有效范围,读卡器从Mifare卡中读取相关信息,存入存储器中。

uint8 ExchangeBlock(uint8*S_B,uint8 S_B_L, uint8*R_B,uint8*R_B_L,uint8 A_CRC,uint8 FWI) {

uint8 Status; SB[CMDTYPE]=1; SB[COMMAND]='M'; SB[LENGTH]=S_B_L+3; SB[DATA]=Append_CRC; SB[DATA+1]=FWI; SB[DATA+2]=S_B_L;

memcopy(&SB[DATA+3],S_B,S_B_L); Status=Zlg500c_Cmd(SlvAddr); if(Status==OK) {Status=SB[STATUS]; if(Status==OK){

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*R_B_L=SB[DATA];

memcopy(R_B,&SB[DATA+1],*R_B_L);}} return Status;} 3.3 RS485通信接口

单片机与管理中心机之间的串行通信采用RS-485标准接口,PC端接一个RS232/485的转换器,单片机采用RS 485进行串行通信,只需要将TTL电平的串行接口通过芯片转换为RS 485串行接口即可,本系统采用的是MAX485芯片。管理中心机作为主机,各门禁控制器是从机,用RS-485总线进行系统通讯需要对其传输协议做规定,最重要的就是帧结构的设计。本系统数据帧的构造如下:主机发送命令帧格式: 地址+类型+数据长度+数据+校验和;从机应答帧格式:帧头+地址+类型+数据长度+数据+校验和+帧尾,除数据帧为N字节外(根据从机传送的数据而定),其余均占1个字节。

主机接收到帧头表示该帧的开始,连续接收从机回送的数据,直到收到帧尾表示该帧的结束,准备接收下一帧,一次通信完成,波特率设置: 9600 bit/s;传送帧格式: 1位起始位、8位数据位、1位数据/地址标志位、1位停止位。 4 结束语

本文设计的门禁管理系统,电路简单, 使用方便,可靠性高、系统维护方便、适用范围广且价格低廉,系统采用了模块化设计,可以稍加裁剪改造,比如,添加指纹模块、语音与视频模块按功能即可以成为可视对讲指纹门禁系统,适用于智能小区、公园景点、多校区图书馆等多种不同场合有很好的应用推广价值。

参考文献:

[1] 金文光.安防系统工程方案设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006. [2] 张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006. [3] 边海龙,孙永奎.单片机开发与典型工程项目实例详解[M].北京:电子工业出版社,2008. [4] 孙惠芹.单片机项目设计教程[M].北京:电子工业出版社,2009.