基于單總線的感應(yīng)式IC卡門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章出處：http://m.overnightmodel.com 作者：陳羲梅 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年07月04日

        門禁系統(tǒng)是對(duì)重要區(qū)域或通道的出入口進(jìn)行管理與控制的系統(tǒng)，它是一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，它集微機(jī)自動(dòng)識(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、生物技術(shù)等諸多高新技術(shù)。

        為了有效提高門禁系統(tǒng)的管理功能和實(shí)時(shí)性，所設(shè)計(jì)的基于VC 的門禁管理系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)門戶出入控制、保安防盜、報(bào)警等多種功能，它主要方便內(nèi)部員工或住戶出入，杜絕外來(lái)人員隨意進(jìn)出，既方便了內(nèi)部管理，又增強(qiáng)了內(nèi)部的安全保障。

    最近幾年隨著感應(yīng)卡技術(shù)，生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，出現(xiàn)了感應(yīng)卡式門禁系統(tǒng)，指紋門禁系統(tǒng)，虹膜門禁系統(tǒng)，面部識(shí)別門禁系統(tǒng)，亂序鍵盤門禁系統(tǒng)等各種技術(shù)的系統(tǒng)，它們?cè)诎踩?，方便性，易管理性等方面都各有特長(zhǎng)，門禁系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。

    1 總體設(shè)計(jì)

    1.1 課題研究的主要內(nèi)容

    本文對(duì)門禁系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述。門禁系管理統(tǒng)的組成包含以下幾個(gè)部分：
    (1) 門禁控制器。門禁系統(tǒng)的核心部分，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的CPU，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理和儲(chǔ)存，控制等等。
    (2) 讀卡器（識(shí)別儀）。讀取卡片中數(shù)據(jù)（生物特征信息）的設(shè)備。
    (3) 電控鎖。門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。用戶應(yīng)根據(jù)門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。
    (4) 卡片。開門的鑰匙。
    (5) AS232。串口通信接口。
    (6) 80C196KC。數(shù)據(jù)采集模塊。
    (7) 電腦。運(yùn)行門禁信息管理系統(tǒng)(DCIM)。

    1.2 總體設(shè)計(jì)分析

    為了提高門禁管理系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，采用 VB 語(yǔ)言開發(fā)門禁管理系統(tǒng)，完成了門禁管理系統(tǒng)操作界面、門禁控制器與上位機(jī)的通信以及門禁管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)編程。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，所設(shè)計(jì)門禁管理系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)監(jiān)控性，確保門禁系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地工作，該系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1 所示?？傮w設(shè)計(jì)需求：

    （1）設(shè)計(jì)單總線接口電路驅(qū)動(dòng)程序
    （2）設(shè)計(jì)智能電子鎖監(jiān)控程序
    （3）設(shè)計(jì)門禁信息管理程序

    1.2.1 系統(tǒng)硬件技術(shù)

    本設(shè)計(jì)的硬件部分大致可分為：DS1990A； AT90S2313 ； CAN 遠(yuǎn)程通信； AS232+PC。DS1990A 序列號(hào)iButton 是一種堅(jiān)固的數(shù)據(jù)載體，可作為自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的電子注冊(cè)號(hào)。數(shù)據(jù)通過(guò)1-Wire 協(xié)議傳輸，只需要一條信號(hào)引線和一個(gè)地回路。每個(gè)DS1990A 內(nèi)包含工廠刻入的唯一64 位注冊(cè)號(hào)[2]。

    AT90S2313 是一款基于AVR RISC 的低功耗CMOS的8 位單片機(jī)通過(guò)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令A(yù)T90S2313 可以取得接近1MIPS/MHz 的性能從而使得設(shè)計(jì)人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡AVR 核將32 個(gè)工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起所有的工作寄存器都與ALU 算邏單元直接相連允許在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行的單條指令同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器這種結(jié)構(gòu)提高了代碼效率使AVR 得到了比普通CISC 單片機(jī)高將近10 倍的性能。

    CAN 的結(jié)構(gòu)是總線型。CAN 總線協(xié)議是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，主要描述設(shè)備之間的信息傳遞。CAN 總線的模型結(jié)構(gòu)只有3 層，選取了OSI 參考模型底層的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層。邏輯鏈路控制子層（LLC）包括：驗(yàn)收濾波，過(guò)載通知和恢復(fù)管理。介質(zhì)訪問(wèn)控制層（MAC）包括：數(shù)據(jù)包裝/解包；幀編碼（填充，消除填充）；介質(zhì)訪問(wèn)管理；錯(cuò)誤檢測(cè)；錯(cuò)誤標(biāo)定；應(yīng)答；并行轉(zhuǎn)換成串行/串行轉(zhuǎn)換成并行。

    CAN 總線不需要其它中間層，應(yīng)用層數(shù)據(jù)直接取自數(shù)據(jù)鏈路層或直接向鏈路層寫數(shù)據(jù)。CAN 智能節(jié)點(diǎn)電路圖如圖1-2 所示

    進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，計(jì)算機(jī)串口與CAN 總線通信通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232 實(shí)現(xiàn)TTL 電平到ELA 電平的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與CAN 節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。

    1.2.2 門禁管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    門禁管理系統(tǒng)是門禁系統(tǒng)中的重要組成部分。它主要完成門禁系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、查詢等工作。通過(guò)門禁管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，監(jiān)控人員可對(duì)出／入口的狀態(tài)、門禁控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理，并可擴(kuò)展完成巡更、考勤、人員定位等功能。管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示。

    2 軟件設(shè)計(jì)

    2.1 單片機(jī)與信息按鈕通信

    單片機(jī)通過(guò)單總線和信息按鈕通信，主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問(wèn)單總線器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列，也就是初始化、ROM 命令、功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂，單總線器件將不會(huì)響應(yīng)主機(jī)(搜索ROM 命令、報(bào)警搜索命令除外) 。因此通信編寫要嚴(yán)格遵守單總線協(xié)議，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

    我們?cè)陔娮渔i上設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，其功能是：當(dāng)開關(guān)撥至 1 處時(shí)，將鑰匙插入門鎖，單片機(jī)自動(dòng)讀取iButton 的64 位ID 碼，并存人單片機(jī)的EEPROM 中，存入完畢時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有綠燈閃爍。從而完成鎖對(duì)鑰匙的初始化。當(dāng)開關(guān)撥至0 處時(shí)，為正常使用狀態(tài)。

    2.2 單片機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)

    CAN 總線控制器PCA82C200，其初始化程序如下：
    DI
    LDB AX , # 03H ;接收中斷開放,復(fù)位請(qǐng)求位置“1”
    STB AX ,CR
    LDB AX , # 01H ;將節(jié)點(diǎn)1 標(biāo)識(shí)符送ACR
    STB AX ,ACR
    LDB AX , # 00 ;置ACR 所對(duì)應(yīng)的位都為相關(guān)位
    STB AX ,AMR
    LDB AX , # 01H ;傳輸波特率250Kbps (采用的是16M 晶振)
    STB AX ,BTRO
    LDB AX , # 1CH
    STB AX ,BTR1
    LDB AX , # 0AAH ;設(shè)置輸出方式
    STB AX ,0CR
    LDB AX , # 02H ;PCA82C200 開始正常工作
    STB AX ,CR
    EI
采用中斷方式通信的流程圖如圖2-1 所示。

    2.3 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信

    函數(shù)聲明，變量定義
    #include <reg.51.h>
    #define COUNT10 //定義接收緩沖區(qū)大小
    Unsigned char buffer[COUNT]； //定義接收緩沖區(qū)
    Unsigned char point; //定義接收數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)指示變量
    Void UART_init(); //串口初始化函數(shù)
    Void COM_send(void); //串口接收函數(shù)
    Unsigned char CLU_checkdata(void); //計(jì)算機(jī)校驗(yàn)函數(shù)

    •Void UART_init(); 串口初始化函數(shù)
    函數(shù)功能：在系統(tǒng)時(shí)鐘為 11.0592MHZ 時(shí)，設(shè)定串口數(shù)據(jù)傳輸率為9600bit/sVoid UART_init();
    { //初始化串口和數(shù)據(jù)傳輸率發(fā)生器
    SCON=0x58; //選擇串口工作方式，打開接收允許
    TMOD=0x21; //定時(shí)器1 工作在方式2，定時(shí)器0 工作在方式1
    TH1=0xfd; //實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸率9600bit/s（系統(tǒng)時(shí)鐘11.0592MHZ）
    TR1=0; //啟動(dòng)定時(shí)器1
    ET1=0;
    ES=1; //允許串行口中斷
    PS=1; //設(shè)計(jì)允許串行口中斷優(yōu)先級(jí)
    EA=1; //單片機(jī)中斷允許
    ｝

    •Com_interrup()串口接收中斷處理函數(shù)
    函數(shù)功能：接收包括起始位’S’在內(nèi)的10bit 數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
    Com_interrupt(void)interrupt 4 using 3{
    Unsigned char RECEIVR_buffer;
    If(RI) //處理接收中斷
    ｛
    RI=0; //清楚中斷標(biāo)志位
    RECEIVR_buffer=SBUF; //接收串口數(shù)據(jù)
    If（point==0） //如果還沒有接收到起始位
    ｛
    If(RECEIVR_buffer==’S’) //判斷是否起始標(biāo)志位
    Point++; //是，準(zhǔn)備接收下一位
    Else
    Point=0; //不是，繼續(xù)等待起始位
    ｝
    Else if(point>0&&point<10) //判斷是否接收夠10bit 數(shù)據(jù)
    Buffer[point++]=RECEIVR_buffer; //不夠，把接收到的數(shù)據(jù)放入接收緩存區(qū)
    Else point=0; //緩沖區(qū)已滿，清除緩存區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)重新接收
    ｝
    If（TI）; //處理發(fā)送中斷
    ｛
    TI=0;
    }
    }

    •COM_send()串口發(fā)送函數(shù)
    函數(shù)功能：把數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的 10bit 數(shù)據(jù)發(fā)送出去
    Void COM_send(){
    For（point=0;point<=10,TI=1;point++） //連續(xù)發(fā)送10bit 數(shù)據(jù)
    //把緩存區(qū)的數(shù)據(jù)都發(fā)送到串口
    {
    SUBF=buffer[point];
    TI=0;
    }
    }

    •CLU_checkdata()計(jì)算機(jī)校驗(yàn)位函數(shù)
    輸入變量：無(wú)
    輸出變量：checkdata，包括起始位在內(nèi)的前九位數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和
    函數(shù)功能：計(jì)算校驗(yàn)和
    Unsigned char CLU_checkdata(void){ //計(jì)算校驗(yàn)位
    Unsigned char checkdata=0;
    For(point=0;point<9,TI=1;point++)
    {
    Checkdata=checkdata︱buffer[point]
    }
    Return(checkdata);
    }

    •主函數(shù)
    函數(shù)功能：調(diào)度子函數(shù)，完成通信過(guò)程
    Void main(void){
    Unsigned char checkdata；
    Do
    {
    UART_init(); //初始化串口
    If(point==10) //判斷數(shù)據(jù)是否接收完成
    Checkdata=CLU_checkdata; //調(diào)用求校驗(yàn)和函數(shù)
    If(checkdata==buffer[9]) //判斷校驗(yàn)和是否正確
    COM_send(); //正確則調(diào)用發(fā)送程序
    Point=0;
    }
    While(1);
    }

    2.4 計(jì)算機(jī)管理界面設(shè)計(jì)

    登陸之后，進(jìn)入管理軟件的界面。

    員工主要信息包括員工的聯(lián)系電話、年齡、所在部門、員工住址等。對(duì)員工信息的查詢?nèi)鐖D所示，在操作界面中可以根據(jù)不同的查詢條件進(jìn)行查找。

    在門禁管理中，包括對(duì)電子鎖的管理。其中ID 號(hào)取的是門鎖對(duì)應(yīng)的鑰匙的ID 號(hào)（每把鑰匙有自己固定的ID 號(hào)），一把鎖可以配對(duì)多把鑰匙。

    在實(shí)時(shí)監(jiān)控中，可以對(duì)房間的一些狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，諸如門鎖打開的狀態(tài)、濕度、溫度、有無(wú)煙霧等。第一張圖是對(duì)某一個(gè)房間狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，第二張圖則顯示的是對(duì)所有房間進(jìn)行的監(jiān)控。

    在門禁管理選項(xiàng)中，管理員還可以對(duì)門進(jìn)行強(qiáng)制關(guān)門開門操作。在系統(tǒng)維護(hù)中，可以對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置，對(duì)管理員密碼進(jìn)行修改，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)備份等等。這里不再進(jìn)行贅述。

    3 結(jié)論

    門禁管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的主要技術(shù)有單總線技術(shù)、串口通信技術(shù)、CAN 總線等，整個(gè)系實(shí)現(xiàn)了門禁管理操作界面、完成門禁系統(tǒng)的監(jiān)控、管理、查詢等工作。通過(guò)門禁管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，監(jiān)控人員可對(duì)出／入口的狀態(tài)、門禁控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理。