引言
門禁系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化公共安全管理系統(tǒng)，它集微機(jī)自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和生物技術(shù)等諸多新技術(shù)，是重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效保障[1]。隨著無線射頻識別技術(shù)的發(fā)展，非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)由于其技術(shù)成熟、價格低廉、使用方便等優(yōu)異的性能，已成為住宅、樓宇、銀行等系統(tǒng)的重要組成部分。現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)多為有線傳輸方式，各控制器同PC機(jī)的通信一般是通過RS-232，RS-485或CAN總線進(jìn)行的，設(shè)備之間的物理連接復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)改造施工困難，對于新增用戶來說新增布線更是繁瑣。本文針對目前所使用的有線門禁系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出一套基于無線傳輸模塊構(gòu)建的門禁網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方案，滿足人們對于系統(tǒng)靈活性的需求。
1 RFID技術(shù)
射頻識別技術(shù)是利用無線電波來進(jìn)行通信的一種非接觸式的自動識別技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于身份識別、物流、自動化生產(chǎn)過程、交通系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)等。典型的RFID 系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽，讀寫器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三個部分。在實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別物體的表面，其中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。讀寫器通過天線發(fā)送一定頻率(13.56MHZ)的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入該磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時利用此能量發(fā)送出自身編碼等信息，當(dāng)標(biāo)簽讀寫器讀取信息并解碼后傳送至主機(jī)并進(jìn)行相關(guān)處理，從而達(dá)到自動識別物體的目的。
非接觸IC卡[2]使用方便，感應(yīng)速度快，感應(yīng)距離可以選擇5～lO cm；它采用無線通信方式，無需外露金屬觸點(diǎn)，整個卡片完全密封，無機(jī)械磨損，使用壽命長，能在各種惡劣的工作條件下使用。感應(yīng)卡的芯片內(nèi)都有一個只讀的識別碼，不能復(fù)制，而且授權(quán)系統(tǒng)密碼管理嚴(yán)格，絕無仿冒的可能。系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以隨時擴(kuò)展使用單元或者其它一卡通功能模塊。
2 系統(tǒng)整體構(gòu)成和功能
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本系統(tǒng)主要由讀寫器、門禁控制器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示模塊、語音電路、傳感器、電磁門鎖和管理PC機(jī)等組成。門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，通過無線傳輸模塊與計算機(jī)通信，負(fù)責(zé)本節(jié)點(diǎn)內(nèi)RFID卡的管理、用戶權(quán)限的判定及門狀態(tài)的控制并上傳讀卡信息、時間信息等。此外為了避免出現(xiàn)被授權(quán)用戶因為忘記帶卡而無法進(jìn)入的現(xiàn)象，系統(tǒng)外接—個鍵盤，以便于在無卡的情況下輸入密碼同樣可以呼叫開門。鍵盤按鍵設(shè)為數(shù)字鍵0-9、確認(rèn)鍵及取消鍵。采用OCMJ5XIOB液晶顯示器顯示操作信息及系統(tǒng)時間等。門禁管理PC機(jī)是系統(tǒng)的中央管理機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)住戶信息的數(shù)據(jù)庫管理、各節(jié)點(diǎn)用戶實時操作的監(jiān)控與信息記錄等。
系統(tǒng)工作過程為：當(dāng)用戶通過門時，觸發(fā)紅外線傳感器，液晶模塊和語音便會提示“請刷卡”，用戶將卡接近讀寫器或通過鍵盤輸入密碼，門禁控制器將卡信息或鍵盤信息與外部EEPR0M 中存儲的信息比較，驗證用戶權(quán)限，進(jìn)而控制門狀態(tài)并給出相應(yīng)的語音和文字提示。同時通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將卡信息、各時刻操作信息、鍵盤信息等傳送到管理PC機(jī)以對這些信息進(jìn)行文件和數(shù)據(jù)庫的存儲。門禁控制器可以判斷出網(wǎng)絡(luò)是否連接出問題，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出問題、不暢通時可獨(dú)立控制門的開關(guān)。
3 門禁控制器各模塊硬件設(shè)計
3.1 讀卡模塊
非接觸式IC卡門禁讀卡器以射頻識別技術(shù)為核心，采用PHILIPS公司的MFRC530芯片，它是一個小型的、最大操作距離達(dá)10厘米的Mifare卡射頻基站，其功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防沖撞機(jī)制。它根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號，通過由TX1，TX2腳驅(qū)動的天線以電磁波的形式發(fā)出去，非接觸式IC卡采用RF場的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng)。天線拾取非接觸式IC卡的響應(yīng)信號經(jīng)過天線匹配電路送到RX腳，MFRC530內(nèi)部接收緩沖器對信號進(jìn)行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設(shè)定進(jìn)行處理。處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上等待MCU讀取。處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由單片機(jī)讀取[3]。
3.2 門禁控制器
每個門禁讀卡器都相當(dāng)于一個智能的節(jié)點(diǎn)，它能獨(dú)立完成門狀態(tài)和鎖狀態(tài)的監(jiān)控、判斷卡類型、實時監(jiān)控刷卡動作、控制電磁門鎖等一系列的操作。系統(tǒng)采用了臺灣凌陽公司產(chǎn)的SPCE061A單片機(jī)，SPCE061A集成度高、易于擴(kuò)展；具有較強(qiáng)的中斷處理能力，支持異常中斷，事件中斷和軟中斷3種類型的中斷；具有高效的指令系統(tǒng)，具有保密能力和WatchDog功能。
3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊
無線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用PTR2000，該模塊滿足無線管制的要求且無需使用許可證，采用抗干擾能力較強(qiáng)的FSK調(diào)制／解調(diào)方式。設(shè)計中，通信頻率設(shè)定為434．33 MHz(CS置為高電平)。系統(tǒng)運(yùn)行中，模塊始終處于工作狀態(tài)(PWR置為高電平)，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)將模塊先置于發(fā)射模式，即TXEN=1。然后在等待至少5ms后（接收到發(fā)射的轉(zhuǎn)換時間）才可以發(fā)送任意長度的數(shù)據(jù)。發(fā)送結(jié)束后應(yīng)將模塊置于接收狀態(tài)，即TXEN=0。發(fā)射到接收的轉(zhuǎn)換時間為5ms。接收時應(yīng)將PTR2000置于接收狀態(tài)，即TXEN=0。然后將將接收到的數(shù)據(jù)直接送到單片機(jī)串口。PTR2000與管理PC機(jī)串口的接口電路見圖2。
3.4 液晶顯示模塊
系統(tǒng)采用金鵬科技有限公司的OCMJ5XIOB中文模塊液晶顯示器[4]，內(nèi)含GB2312、16*16點(diǎn)陣國標(biāo)一級簡體漢字和ASCII8*8(半高)及8*16(全高)點(diǎn)陣英文字庫，用戶輸入?yún)^(qū)位碼或ASCII碼即可實現(xiàn)文本顯示，提示“請刷卡”、“請進(jìn)”等信息。接口協(xié)議為REQ／BUSY握手方式。應(yīng)答B(yǎng)USY=1表示液晶忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；BUSY=0表示液晶空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到液晶可在BUSY=0后的任意時刻開始，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平REQ信號(REQ=1)通知液晶請求處理當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。液晶模塊在收到外部的REQ高電平信號后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時將應(yīng)答線BUSY變?yōu)楦唠娖?，表明模塊已收到數(shù)據(jù)并正在忙于對此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理，此時，用戶對模塊的寫操作已經(jīng)完成，可不斷地查詢應(yīng)答線BUSY=0？，如果BUSY=0，表明模塊對用戶的寫操作已經(jīng)執(zhí)行完畢?？梢栽偎拖乱粋€數(shù)據(jù)。向模塊發(fā)出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需5個字節(jié)，模塊在接收到最后一個字節(jié)后才開始執(zhí)行整個命令的內(nèi)部操作，因此，最后一個字節(jié)的應(yīng)答B(yǎng)USY=1持續(xù)時間較長。
3.5 語音模塊
將用語音合成的相應(yīng)WAVE 語音文件壓縮為凌陽SACM_S480格式，SACM_S480采用混合編碼，綜合了參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點(diǎn)，保持波形編碼的高質(zhì)量和參數(shù)編碼的低速率，壓縮比為80：3。SACM_S480語音文件在程序中經(jīng)解碼處理，送往D／A播放語音提示。SPCE061A具有7通道lO位電壓A／D轉(zhuǎn)換器和單通道聲音A／D轉(zhuǎn)換器；聲音A／D轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能，可編程音頻處理；使用凌陽音頻編碼SACM_S480方式；提示“請刷卡”、“請進(jìn)”等信息。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
4.1 門禁控制器工作流程
門禁控制器主要實現(xiàn)卡信息的讀取和按鍵密碼驗證、液晶顯示及語音提示、無線模塊接收及發(fā)送操作信息等，軟件主程序流程見圖3。
4.2 PC機(jī)管理軟件
PC機(jī)管理軟件是在Windows XP操作平臺上利用Visual C++6.0開發(fā)的，具有友好的人機(jī)交互界面，顯示直觀，操作方便。主要由通信處理模塊、卡片管理模塊、控制器管理模塊、權(quán)限管理模塊等組成[5]。各模塊均以SQL SERVER為后臺運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，利于實現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)操作和共享。數(shù)據(jù)庫包括實時操作信息、注冊和注銷信息、卡認(rèn)證信息和鍵盤操作信息。
圖3 門禁控制器主程序流程
5 結(jié)語
采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)門禁控制與PC機(jī)的信息交互，減少了施工難度，利于日后管理者對門禁網(wǎng)絡(luò)的改造。該系統(tǒng)具有很大的擴(kuò)展空間，根據(jù)需要不僅可以進(jìn)行門禁控制器節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展，而且在功能上可以同視頻監(jiān)控、防盜報警等系統(tǒng)集成聯(lián)動，也可在以后根據(jù)需要采用指紋識別、人臉識別等技術(shù)升級替換RFID讀卡模塊。
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