基于射頻識別技術(shù)的聯(lián)機(jī)型門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.硬件組成

　　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(shí)時監(jiān)控刷卡動作、控制電磁門鎖和報(bào)警器、設(shè)置門禁號等一系列的操作。門禁讀卡器的硬件部分主要包括監(jiān)測和控制部分、聲光報(bào)警電路、RS485接口電路、存儲、時鐘顯示部分、門禁號設(shè)置部分、看門狗及復(fù)位電路、射頻基站部分。電路的硬件框圖如圖2所示[4]。

圖2門禁讀卡器系統(tǒng)組成

　　采用意法半導(dǎo)體公司(STMicroelectronics)公司STC89C53RC單片機(jī)作MCU，即常用的MCS-51系列單片機(jī)，它具有良好的溫度特性、穩(wěn)定性和性價比。內(nèi)置15K的Flash存儲器和512字節(jié)RAM，具有3個16位計(jì)數(shù)器和一個標(biāo)準(zhǔn)的串行通信口，并具有P4口，支持ISP程序下載。

　　門禁號設(shè)置電路采用8位并入串出的移位寄存器芯片74HC165配合兩個4位撥碼開關(guān)構(gòu)成8位的設(shè)置門禁號單元。系統(tǒng)上電后74HC165將并行數(shù)據(jù)以串行移位的方式發(fā)送給MCU將其作為在485網(wǎng)絡(luò)中通訊的本機(jī)ID號。

　　射頻基站部分采用了飛利浦公司的MFRC530芯片，MFRC530是與射頻卡實(shí)現(xiàn)無線通信的核心模塊。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。MCU與MFRC530采用SPI總線方式進(jìn)行通訊，可實(shí)現(xiàn)與非接觸式IC卡數(shù)據(jù)的無線傳輸。

　　有卡進(jìn)入感應(yīng)區(qū)刷卡時需要記錄刷卡的時間，可用外接硬件實(shí)時時鐘芯片的辦法為系統(tǒng)提供一個準(zhǔn)確可靠的時鐘，用3V備用電池保證在系統(tǒng)掉電時也能正常計(jì)時。本設(shè)計(jì)選用體積小、接口簡單的實(shí)時時鐘芯片DS1302，是美國DALLAS公司推出的低功耗串行通信接口專用芯片，采用3線串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信：SCLK作為時鐘輸入，SDA作為串行數(shù)據(jù)輸入和輸出，RST作為通訊允許信號。其內(nèi)部寄存器地址中00H~06H分別對應(yīng)存放秒、分、時、日、月、星期及年信息的寄存器，07H為寫保護(hù)控制寄存器，08H為電池充電控制寄存器。時鐘數(shù)據(jù)以BCD碼格式存放在00H～06H這7個寄存器中。

　　系統(tǒng)存儲部分采用了RAMTRONINTERNATIONAL公司生產(chǎn)的一種鐵電存貯器(FRAM)FM24C256，是一個256kbit的FRAM,存儲器內(nèi)部被邏輯組織為32768×8字節(jié)存儲方式，地址空間為0000～7FFFH。其總線頻率可高達(dá)1MHz，具有10億次以上的讀寫次數(shù)且功耗很低，與外部接口采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IIC總線。由于MCU不具有IIC總線接口，因此采用P2.3和P2.4口線來模擬IIC總線,FM24C256的SDA和SCL為開漏輸出，故接10kΩ的上拉電阻。

　　監(jiān)測部分實(shí)時監(jiān)測門、鎖狀態(tài)和通訊的狀態(tài)，并對長時間的異常狀態(tài)作出報(bào)警；控制部分主要負(fù)責(zé)執(zhí)行上位機(jī)的各種控制信息，如執(zhí)行開鎖、執(zhí)行報(bào)警等；LCD顯示部分選用以ST7920為控制器的128×6帶漢字庫的液晶模塊，用以顯示時間日期及各種服務(wù)信息，作為人機(jī)交互的界面。為了防止外界對系統(tǒng)的干擾，選用MAXIM公司的MAX813L作為系統(tǒng)的硬件看門狗。

　　3.軟件設(shè)計(jì)

　　門禁讀卡器的程序包括：MFRC530對Mifare卡操作的程序、MCU與MFRC530通信中斷處理程序、485通信中斷處理程序、讀寫時鐘及LCD顯示程序、獲得門禁號程序、檢測門和鎖狀態(tài)程序及存儲器讀寫程序等。主程序流程圖如圖3所示。

　　對卡操作的過程是一個很復(fù)雜的程序執(zhí)行過程，要對MFRC530內(nèi)部一系列的寄存器進(jìn)行配置，而且這些操作對時序要求非常嚴(yán)格。對非接觸式IC卡的典型操作為：尋卡（得到卡類型代碼）、防沖突（得到卡號）、選卡、驗(yàn)證密碼、讀寫操作、掛起并且這些操作必須按固定的順序執(zhí)行。因?yàn)殚T禁讀卡器只需要得到卡片卡號，故只執(zhí)行尋卡、防沖突、掛起就可達(dá)到要求，對卡類型判斷后將卡號通過樓層PC發(fā)送到服務(wù)器，由服務(wù)器來判斷卡是否合法。在沒有卡進(jìn)入射頻天線有效范圍時，在LCD顯示當(dāng)前時間及日期，當(dāng)有卡進(jìn)入到射頻天線的有效范圍時，LCD上顯示卡號并顯示“請稍候……”等服務(wù)信息。

圖3門禁讀卡器主程序流程

　　四．結(jié)束語

　　本文將射頻識別理論應(yīng)用到門禁控制領(lǐng)域，采用多層網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ，提出了一種以單片機(jī)為核心，配合射頻基站MFRC530及單片機(jī)外圍電路的非接觸式IC卡門禁讀卡器硬件和軟件設(shè)計(jì)。該門禁系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某音樂學(xué)院的琴房管理系統(tǒng)。實(shí)踐表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時性好。