隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)，特別是射頻通信識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，門禁系統(tǒng)在安全性、方便性、易管理性等方面也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，成為確保小區(qū)及其它重要部門出入口安全的有效措施，已廣泛應(yīng)用于交通、物流管理等多個(gè)領(lǐng)域。RS485總線主機(jī)調(diào)度網(wǎng)以其組網(wǎng)容易、造價(jià)低、軟硬件豐富、添加節(jié)點(diǎn)方便快截、數(shù)據(jù)傳輸可靠穩(wěn)定、誤碼率較低及傳輸距離適中等優(yōu)點(diǎn)，仍是目前中小型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的主流形式。本工作研究了一種基于RS485總線和RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)方案。
1系統(tǒng)整體構(gòu)成
系統(tǒng)總體框圖見圖1，其結(jié)構(gòu)采用集散式控制形式，各下位機(jī)分別監(jiān)控各自節(jié)點(diǎn)內(nèi)的操作狀況，又統(tǒng)一受上位機(jī)的監(jiān)控。該系統(tǒng)采用PC機(jī)作為上位機(jī)，主要負(fù)責(zé)住戶信息的數(shù)據(jù)庫管理、各節(jié)點(diǎn)住戶實(shí)時(shí)操作的監(jiān)控與信息記錄等，具體信息包括：RFID卡信息、住戶個(gè)人信息、密碼信息、實(shí)時(shí)操作信息和歷史記錄及系統(tǒng)時(shí)間等。各下位機(jī)采用WINBOND公司生產(chǎn)的W77E58單片機(jī)作為微處理器，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)的控制等。各節(jié)點(diǎn)內(nèi)的485收發(fā)器MAX485負(fù)責(zé)接收來自485總線的PC機(jī)控制數(shù)據(jù)或者通過總線向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)操作信息見圖2。各門禁控制器通過一個(gè)串口讀取RFID卡信息，并通過另一個(gè)串口與485總線通信。上位機(jī)通過串口并經(jīng)232—485電平轉(zhuǎn)換后連接至485總線，統(tǒng)一管理各門禁控制器。
圖1 智能門禁系統(tǒng)總體框圖
系統(tǒng)工作過程為：用戶將持有的RFID卡接近讀卡器時(shí)，讀卡器識(shí)別卡信息并通過串口將卡信息傳送給單片機(jī)控制器。用戶也可以通過鍵盤輸入密碼，單片機(jī)控制器將卡信息或鍵盤信息與外部EEPR0M中存儲(chǔ)的信息比較，驗(yàn)證用戶權(quán)限，進(jìn)而控制門狀態(tài)。單片機(jī)通過另一個(gè)串口經(jīng)由485收發(fā)器通過總線與上位機(jī)通信，將卡信息、各時(shí)刻操作信息、鍵盤信息等傳送到總線上，上位機(jī)通過總線對(duì)這些信息進(jìn)行文件和數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ);同時(shí)，上位機(jī)對(duì)各住戶的卡、密碼及個(gè)人信息以注冊(cè)或者注銷等形式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，以便于查詢。
圖2 485收發(fā)器電路
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1硬件組成
上位機(jī)硬件是PC機(jī)和232—485轉(zhuǎn)接卡。下位機(jī)硬件主要包括RFID讀卡器、485收發(fā)器和門禁控制器。下位機(jī)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)見圖3。
圖3 下位機(jī)門禁控制器總體框圖
下位機(jī)的核心部分是W77E58單片機(jī)微控制器，其主要特點(diǎn)是具有兩個(gè)獨(dú)立的串行通訊口。
RFID讀卡器采用周立功公司的ZLG500CMifare卡讀寫模塊嘲，利用單片機(jī)控制器的P1.4引腳作為其復(fù)位信號(hào)。讀卡器與控制器的接口引線還包括電源線、地線及RXD、TXD串口數(shù)據(jù)線，二者為串行通信方式。
485總線收發(fā)器采用MAXIM公司的MAX485，其電路原理見圖2。其中加入光隔離以實(shí)現(xiàn)抗干擾及保護(hù)功能。利用單片機(jī)的P2.3引腳對(duì)其內(nèi)部的發(fā)送和接收驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，通過單片機(jī)的一個(gè)串口與之通信。
2.2工作原理
W77E58具有2個(gè)串口，這一點(diǎn)在該系統(tǒng)是至關(guān)重要的。
單片機(jī)控制器既要通過串口與RFID讀卡器通信，又要通過串口與485總線控制器MAX485通信，因此選擇具有2個(gè)串口的單片機(jī)是解決這一矛盾的最佳方案。而且在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051快2.5倍，這對(duì)于作為門禁控制器核心的單片機(jī)來說也是大有優(yōu)勢(shì)的。
鍵盤具有12個(gè)按鍵，各按鍵的功能定義為：數(shù)字鍵0-9、確認(rèn)鍵及取消鍵。用戶可以通過鍵盤輸入密碼信息，也可以通過鍵盤呼叫開門。EEPROM存儲(chǔ)器AT24C256用來存儲(chǔ)用戶密鑰信息及RFID卡的卡號(hào)和密碼信息，它具有IIC總線功能，可以在IIC總線的時(shí)序下對(duì)它進(jìn)行讀寫操作;DS1302時(shí)鐘芯片用來向系統(tǒng)提供時(shí)鐘，為了方便，該時(shí)鐘應(yīng)與上位機(jī)一致;另外，采用MAX813看門狗芯片監(jiān)視程序的運(yùn)行;采用EA_D20040AR液晶顯示器顯示用戶通過鍵盤輸入的密碼、實(shí)時(shí)操作信息及系統(tǒng)時(shí)間信息等;采用DS2Y—S繼電器控制電門的開關(guān)狀態(tài)。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件由上位機(jī)管理平臺(tái)和下位機(jī)門禁控制程序組成。
上位機(jī)管理軟件是在WindowsXP操作平臺(tái)上，利用VisualC++6.0開發(fā)的，功能包括RFID卡注冊(cè)注銷、住戶信息添加、刪除、查找、編輯、排序、顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理員登錄驗(yàn)證等，具有友好的人機(jī)交互界面，顯示直觀，操作方便。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各門禁控制器將采集到的卡信息、鍵盤信息及實(shí)時(shí)操作信息以TxT文件的形式存儲(chǔ)在上位機(jī)中;各小區(qū)的單元住戶信息以“樹”視圖的形式顯示在平臺(tái)界面的左側(cè)窗口中。點(diǎn)擊相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，各單元的住戶信息以數(shù)據(jù)庫表的形式顯示在平臺(tái)界面的右側(cè)窗口中。平臺(tái)下面的“Tab”控件用來實(shí)時(shí)顯示各門禁控制器的實(shí)時(shí)操作信息。
下位機(jī)控制程序采用8OC51語言編程，Wave6000編譯仿真。該部分實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：按鍵密碼及卡信息的讀取和驗(yàn)證、液晶LCD及LED顯示、時(shí)間設(shè)置和讀取、經(jīng)由485總線接收及發(fā)送操作信息等。軟件主程序流程見圖4。
圖4 下位機(jī)主程序流程
3.1 485通信
通信波特率設(shè)為9600bit·S-1。通信協(xié)議為起始字符+本機(jī)地址+功能字符+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)信息+結(jié)束字符其中，起始字符為’@@@’，結(jié)束字符為’$$$’，本機(jī)地址為：0～32(可以按照需要選擇);廣告地址為：Oxffo功能字符為：’0’～‘F’。
3.2 串口中斷處理
串口的功能包括：其一，向上位機(jī)發(fā)送操作信息，例如刷卡或者密碼認(rèn)證信息等;其二，接收上位機(jī)發(fā)送的密碼修改和卡注冊(cè)注銷信息，并依此修改EEPROM相應(yīng)內(nèi)容，達(dá)到實(shí)時(shí)更新。中斷流程見圖5。
圖5 下位機(jī)串口中斷流程
3.3 卡及密碼管理與認(rèn)證機(jī)制
一般情況下每個(gè)門禁控制節(jié)點(diǎn)的密碼只有一個(gè)，該密碼既存儲(chǔ)在上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫里，也存儲(chǔ)在EEPR0M里，當(dāng)上位機(jī)修改此密碼時(shí)，將修改信息經(jīng)由總線發(fā)送給下位機(jī)，進(jìn)行同步修改。
用戶的卡信息存儲(chǔ)方式與密碼相同，不同的是每個(gè)節(jié)點(diǎn)下的卡號(hào)信息不止一個(gè)，可以幾十個(gè)。當(dāng)用戶通過上位機(jī)注冊(cè)或者注銷卡時(shí)，需要將改動(dòng)信息經(jīng)由總線發(fā)送給下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)同步修改。認(rèn)證過程如下：當(dāng)住戶通過鍵盤輸入密碼時(shí)，控制器將該信息與EEPROM中的密碼信息進(jìn)行校對(duì)。如果正確，則通過繼電器將門打開，并經(jīng)由總線按照協(xié)議向上位機(jī)發(fā)送密碼開門正確信息;反之，則操作相反。刷卡操作與密碼大致相同。
3.4 數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)信息管理
對(duì)用戶信息(卡、密碼)的管理采用數(shù)據(jù)庫的形式。利用Access2000創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，包括所有門禁控制節(jié)點(diǎn)的密碼表和各門禁控制節(jié)點(diǎn)住戶信息表。通過數(shù)據(jù)庫類的成員變量In—pSet對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作，可以通過管理平臺(tái)添加或者刪除用戶信息。上位機(jī)以文件的形式記錄各門禁節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)操作信息，文件格式為TxT格式，共創(chuàng)建4個(gè)文件，分別用來存儲(chǔ)：實(shí)時(shí)操作信息、注冊(cè)和注銷信息、卡認(rèn)證信息和鍵盤操作信息。
4結(jié)語
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了射頻RFID卡識(shí)別，門禁系統(tǒng)密碼認(rèn)證，實(shí)時(shí)信息顯示，上位機(jī)數(shù)據(jù)庫管理與存儲(chǔ)等功能。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，而且在功能上可以加入攝像頭等監(jiān)控工具。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、工作可靠、開發(fā)成本低、性價(jià)比高，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。
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