發布日期：2022-10-09 點擊率：88
引言
門禁系統是新型現代化公共安全管理系統，它集微機自動識別技術和現代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、光學、計算機技術、通信技術和生物技術等諸多新技術，是重要部門出入口實現安全防范管理的有效保障[1]。隨著無線射頻識別技術的發展，非接觸式IC卡門禁系統由于其技術成熟、價格低廉、使用方便等優異的性能，已成為住宅、樓宇、銀行等系統的重要組成部分。現有的門禁系統多為有線傳輸方式，各控制器同PC機的通信一般是通過RS-232，RS-485或CAN總線進行的，設備之間的物理連接復雜，網絡改造施工困難，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的缺點，提出一套基于無線傳輸模塊構建的門禁網絡的設計方案，滿足人們對于系統靈活性的需求。
1 RFID技術
射頻識別技術是利用無線電波來進行通信的一種非接觸式的自動識別技術，被廣泛應用于身份識別、物流、自動化生產過程、交通系統和門禁系統等。典型的RFID 系統包括電子標簽，讀寫器以及數據處理系統三個部分。在實際應用中，電子標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據。讀寫器通過天線發送一定頻率(13.56MHZ)的射頻信號，當電子標簽進入該磁場時產生感應電流，同時利用此能量發送出自身編碼等信息，當標簽讀寫器讀取信息并解碼后傳送至主機并進行相關處理，從而達到自動識別物體的目的。
非接觸IC卡[2]使用方便，感應速度快，感應距離可以選擇5～lO cm；它采用無線通信方式，無需外露金屬觸點，整個卡片完全密封，無機械磨損，使用壽命長，能在各種惡劣的工作條件下使用。感應卡的芯片內都有一個只讀的識別碼，不能復制，而且授權系統密碼管理嚴格，絕無仿冒的可能。系統可擴展性強，可以隨時擴展使用單元或者其它一卡通功能模塊。
2 系統整體構成和功能
系統整體結構圖如圖1所示。本系統主要由讀寫器、門禁控制器、無線數據傳輸模塊、液晶顯示模塊、語音電路、傳感器、電磁門鎖和管理PC機等組成。門禁控制器是門禁系統的核心部分，通過無線傳輸模塊與計算機通信，負責本節點內RFID卡的管理、用戶權限的判定及門狀態的控制并上傳讀卡信息、時間信息等。此外為了避免出現被授權用戶因為忘記帶卡而無法進入的現象，系統外接—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。鍵盤按鍵設為數字鍵0-9、確認鍵及取消鍵。采用OCMJ5XIOB液晶顯示器顯示操作信息及系統時間等。門禁管理PC機是系統的中央管理機構，主要負責住戶信息的數據庫管理、各節點用戶實時操作的監控與信息記錄等。
系統工作過程為：當用戶通過門時，觸發紅外線傳感器，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，驗證用戶權限，進而控制門狀態并給出相應的語音和文字提示。同時通過無線數據傳輸模塊將卡信息、各時刻操作信息、鍵盤信息等傳送到管理PC機以對這些信息進行文件和數據庫的存儲。門禁控制器可以判斷出網絡是否連接出問題，當網絡出問題、不暢通時可獨立控制門的開關。
3 門禁控制器各模塊硬件設計
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10厘米的Mifare卡射頻基站，其功能包括調制、解調、產生射頻信號、安全管理和防沖撞機制。它根據寄存器的設定對發送緩沖區中的數據進行調制得到發送的信號，通過由TX1，TX2腳驅動的天線以電磁波的形式發出去，非接觸式IC卡采用RF場的負載調制進行響應。天線拾取非接觸式IC卡的響應信號經過天線匹配電路送到RX腳，MFRC530內部接收緩沖器對信號進行檢測和解調并根據寄存器的設定進行處理。處理后的數據發送到數據總線上等待MCU讀取。處理后的數據發送到并行接口由單片機讀取[3]。
3.2 門禁控制器
每個門禁讀卡器都相當于一個智能的節點，它能獨立完成門狀態和鎖狀態的監控、判斷卡類型、實時監控刷卡動作、控制電磁門鎖等一系列的操作。系統采用了臺灣凌陽公司產的SPCE061A單片機，SPCE061A集成度高、易于擴展；具有較強的中斷處理能力，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，具有保密能力和WatchDog功能。
3.3 無線數據傳輸模塊
無線數據傳輸模塊選用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的FSK調制／解調方式。設計中，通信頻率設定為434．33 MHz(CS置為高電平)。系統運行中，模塊始終處于工作狀態(PWR置為高電平)，在發送數據之前，應將模塊先置于發射模式，即TXEN=1。然后在等待至少5ms后（接收到發射的轉換時間）才可以發送任意長度的數據。發送結束后應將模塊置于接收狀態，即TXEN=0。發射到接收的轉換時間為5ms。接收時應將PTR2000置于接收狀態，即TXEN=0。然后將將接收到的數據直接送到單片機串口。PTR2000與管理PC機串口的接口電路見圖2。
3.4 液晶顯示模塊
系統采用金鵬科技有限公司的OCMJ5XIOB中文模塊液晶顯示器[4]，內含GB2312、16*16點陣國標一級簡體漢字和ASCII8*8(半高)及8*16(全高)點陣英文字庫，用戶輸入區位碼或ASCII碼即可實現文本顯示，提示“請刷卡”、“請進”等信息。接口協議為REQ／BUSY握手方式。應答BUSY=1表示液晶忙于內部處理，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，先把用戶命令的當前字節放到數據線上，接著發高電平REQ信號(REQ=1)通知液晶請求處理當前數據線上的命令或數據。液晶模塊在收到外部的REQ高電平信號后立即讀取數據線上的命令或數據，同時將應答線BUSY變為高電平，表明模塊已收到數據并正在忙于對此數據的內部處理，此時，用戶對模塊的寫操作已經完成，可不斷地查詢應答線BUSY=0？，如果BUSY=0，表明模塊對用戶的寫操作已經執行完畢。可以再送下一個數據。向模塊發出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標及漢字代碼在內共需5個字節，模塊在接收到最后一個字節后才開始執行整個命令的內部操作，因此，最后一個字節的應答BUSY=1持續時間較長。
3.5 語音模塊
將用語音合成的相應WAVE 語音文件壓縮為凌陽SACM_S480格式，SACM_S480采用混合編碼，綜合了參數和波形編碼之優點，保持波形編碼的高質量和參數編碼的低速率，壓縮比為80：3。SACM_S480語音文件在程序中經解碼處理，送往D／A播放語音提示。SPCE061A具有7通道lO位電壓A／D轉換器和單通道聲音A／D轉換器；聲音A／D轉換器輸入通道內置麥克風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”等信息。
4 系統軟件設計
4.1 門禁控制器工作流程
門禁控制器主要實現卡信息的讀取和按鍵密碼驗證、液晶顯示及語音提示、無線模塊接收及發送操作信息等，軟件主程序流程見圖3。
4.2 PC機管理軟件
PC機管理軟件是在Windows XP操作平臺上利用Visual C++6.0開發的，具有友好的人機交互界面，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、權限管理模塊等組成[5]。各模塊均以SQL SERVER為后臺運行數據庫，利于實現各模塊之間的數據操作和共享。數據庫包括實時操作信息、注冊和注銷信息、卡認證信息和鍵盤操作信息。
圖3 門禁控制器主程序流程
5 結語
采用無線方式進行數據傳輸，實現門禁控制與PC機的信息交互，減少了施工難度，利于日后管理者對門禁網絡的改造。該系統具有很大的擴展空間，根據需要不僅可以進行門禁控制器節點的擴展，而且在功能上可以同視頻監控、防盜報警等系統集成聯動，也可在以后根據需要采用指紋識別、人臉識別等技術升級替換RFID讀卡模塊。
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