智能門禁控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：門禁控制器是門禁控制系統(tǒng)的核心，開發(fā)周期長，通用性差。在此利用現(xiàn)有讀卡設(shè)備實現(xiàn)門禁控制器的設(shè)計，用戶只需選用不同的讀卡設(shè)備就可以實現(xiàn)不同卡的讀取，對軟件做適當(dāng)修改，以滿足不同門禁系統(tǒng)的需求，縮短了開發(fā)周期，提高了門禁控制器的通用性。在此還提供了多種開鎖方式，方便用戶的進(jìn)出。在小區(qū)門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用證明，該門禁控制器運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高。
關(guān)鍵詞：RFIC卡；讀卡器；門禁控制器；門鎖驅(qū)動電路

    智能門禁系統(tǒng)是現(xiàn)代門禁管理的重要手段，可以節(jié)約管理成本，安全性能高，應(yīng)用廣泛。門禁控制器是門禁控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)權(quán)限直接控制門鎖動作。智能門禁控制器的設(shè)計復(fù)雜，主要由讀卡模塊、主控器模塊、通信模塊和門鎖驅(qū)動模塊構(gòu)成。其中讀卡模塊設(shè)計復(fù)雜，開發(fā)周期長?，F(xiàn)有很多成熟的讀寫設(shè)備，本文利用現(xiàn)有的讀寫設(shè)備再加上主控器、通信接口電路和控制驅(qū)動電路及鍵盤等外圍電路很容易地實現(xiàn)了門禁控制器的設(shè)計。本文設(shè)計的門禁控制器主要由RFIC卡讀卡器MF RC500、主控芯片STC12C5A60S2、門鎖驅(qū)動電路、顯示電路和輸入電路構(gòu)成。設(shè)計簡單，實用面廣，功能升級便捷。

1 硬件設(shè)計
    該門禁控制器硬件框圖如圖1所示，主要由主控芯片STC12C5A60S2、讀卡設(shè)備MF RC500、門鎖驅(qū)動電路、顯示器、鍵盤、通信接口電路MAX485和MAX232構(gòu)成。

1．1 射頻卡RFID與讀卡設(shè)備MF RC500
    射頻識別卡(簡稱射頻卡、RFID卡)，也被稱作非接觸式IC卡，誕生于20世紀(jì)90年代初。RFID卡由IC卡芯片、感應(yīng)天線組成，完全密封在一個標(biāo)準(zhǔn)PVC卡片中，無外露部分。芯片具有存儲、加密及數(shù)據(jù)處理等功能。RFID卡讀寫設(shè)備的基本任務(wù)就是啟動RFID卡，與RFID卡建立通信，在應(yīng)用系統(tǒng)和卡片間傳遞數(shù)據(jù)。RFID卡讀寫器將要發(fā)送的信息編碼后加載到一固定頻率的載波上，當(dāng)RFID卡(卡片內(nèi)有一個諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)送的載波頻率相同)進(jìn)入讀寫器的有效工作區(qū)域后，RFID卡中諧振電路的振蕩頻率與該頻率相同，諧振電路將產(chǎn)生共振并產(chǎn)生電荷積累，當(dāng)電荷積累到一定數(shù)值時，就能為RFID卡內(nèi)的電路提供工作電壓，使IC卡內(nèi)的芯片開始正常工作，射頻卡將與讀卡設(shè)備建立數(shù)據(jù)通信，并處理讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。
    本文利用MF RC500讀卡器建立RFID卡與主控芯片的橋梁，實現(xiàn)主控芯片與射頻卡間的通信，實現(xiàn)主控芯片對射頻卡的讀寫操作。
1．2 主控芯片STC12C5A60S2
    單片機(jī)STC12C5A60S2是門禁控制器的主控芯片．具有ISP／IAP編程功能、2個全雙工異步串行口(UART)，通用I／O口可設(shè)置成4種模式，高速／低功耗／超強(qiáng)抗干擾，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。
    主控芯片主要有以下3個作用：讀取射頻卡信息分析持卡人權(quán)限，發(fā)送控制信號驅(qū)動門鎖動作，并顯示門鎖狀態(tài)；根據(jù)鍵盤輸入身份信息和密碼，發(fā)送控制信號驅(qū)動門鎖動作，并顯示門鎖狀態(tài)；根據(jù)上位機(jī)PC發(fā)送的控制命令實現(xiàn)門鎖的控制，并顯示相應(yīng)的控制命令。
1．3 門鎖驅(qū)動電路
    門鎖驅(qū)動電路由8路達(dá)林頓管集成芯片ULN2803和固態(tài)繼電器構(gòu)成，主控芯片通過驅(qū)動電路控制門鎖動作。
1．4 通信接口電路
    MAX232電路是單片機(jī)與電腦串口的通信接口電路。單片機(jī)信號電平是TTL電平，其電平電壓為0和+5 V，而電腦串口電平是RS 232電平，其電平電壓為-10～10 V。MAX232電路實現(xiàn)TTL電平與電腦串口電平的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)單片機(jī)與電腦串口通信的電路連接。MAX485電路是單片機(jī)與讀卡設(shè)備的通信接口電路，讀卡器電平是RS 485電平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單片機(jī)的TTL電平。MAX485電路實現(xiàn)了TTL電平與RS 485電平的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)單片機(jī)與讀卡器設(shè)備的硬件連接。同時MAX485總線可以連接128個RS 485設(shè)備，因此一個控制器，可以控制128個門控鎖，基本滿足一般小型小區(qū)的需求。

2 軟件設(shè)計
2．1 射頻IC卡開鎖操作流程
    射頻卡操作流程如圖2所示。主控芯片STC12C5A60S2向讀卡器發(fā)送尋卡命令。MF RC500在天線的有效工作范圍內(nèi)尋找卡片。如果有MIFA RE卡片，將分別與每一張卡片進(jìn)行通信，讀取卡片類型，并傳遞給主控芯片STC12C5A60S2識別處理。如果有多張卡片在讀寫器工作范圍內(nèi)，則執(zhí)行防撞操作，返回一張卡片的序列號作為本次操作的對象，其他卡片處于等待狀態(tài)。成功防沖撞后，選中一張卡建立通信，將讀取卡片信息進(jìn)行權(quán)限分析處理，并把信息發(fā)送主機(jī)PC存儲，開啟門鎖，LCD顯示門鎖狀態(tài)。

2．2 鍵盤開鎖操作流程
    鍵盤開啟門鎖操作流程如圖3所示。本門禁控制器設(shè)置了密碼方式開啟門鎖。具體流程是，先按下鍵盤上“開鎖”按鍵，主控芯片接受到該命令后，在LCD上顯示要求輸入射頻卡號進(jìn)行身份驗證，當(dāng)驗證通過，輸入門鎖密碼，然后按“確定”按鍵，主控芯片接受到密碼后，進(jìn)行驗證，驗證成功后開啟門鎖，LCD顯示門鎖狀態(tài)。

2．3 主機(jī)PC開鎖操作流程
    主機(jī)PC開鎖方式是為特殊情況提供方便的。當(dāng)丟失射頻卡，又記不住卡號和密碼時，可以向小區(qū)管理員提供身份證明，通過驗證后，小區(qū)管理員通過主機(jī)PC向控制器發(fā)送開鎖命令，在控制器接受開鎖命令后開啟相應(yīng)門鎖。當(dāng)遇到火災(zāi)或地震等情況時，管理員通過主機(jī)發(fā)送開啟小區(qū)所有門控鎖命令，打開小區(qū)所有門控鎖，以最快速度開啟安全通道。

3 結(jié)語
    本文采用的門禁控制器設(shè)計方法簡單可行。設(shè)計的門禁控制器有多種開門方式，使用方便靈活，每種開門方式都需要身份驗證，安全性高。當(dāng)在火災(zāi)地震情況下，可以不用身份驗證直接開啟門鎖。該門禁控制器已經(jīng)在小區(qū)門禁系統(tǒng)中使用，實踐證明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高。該控制器還可以用于停車場自動收費系統(tǒng)、學(xué)生宿舍管理系統(tǒng)等，應(yīng)用面廣。