基于單片機控制的門禁系統的設計與實現

摘要:針對頻繁發生入室偷竊搶劫犯罪的事件，該文提出了一種電路簡單，實用性強，成本低，使用方便。效果良好的門禁控制系統解決方案，系統實現了開鎖、顯示、信息傳輸等功能，文中給出了系統硬件和軟件的實現方案。

關鍵詞:單片機;門禁;讀卡器;RS485

Design and Realization of Access Control System Based on SCM

JIN Xin

(Department of Computer Technology and Application， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430074， China)

Abstract: Aimed at \" Burgling and Housebreakings \" event which happened frequently， a kind of novel Access Control System is put forward， which had simple electric circuit， good practicability， low cost， easy operation and good effect， The system realizes the function of display， unlocking and warning， A detailed hardware and software design reference is presented in the paper.

Key words: single chip microcontroller; access control; card reader; RS485

隨著經濟的發展，高樓大廈拔地而起，隨之也產生了不少安全隱患，入室偷竊搶劫犯罪的事件日益增多，怎樣才能更有效地阻止這種犯罪行為和犯罪發生后更好地破案呢?僅僅靠傳統的門鎖和防盜門是遠遠不夠的，于是，門禁系統出現了，它的出現打破了傳統的“保安+鐵鎖”的防護方式，更好地保護人民財產安全。然而，市場上的門禁系統功能過于強大復雜，價格昂貴，在某些特定場合下，只需門禁系統具有開鎖和記錄開鎖人信息的功能即可，在這種背景下，本文提出一種電路簡單，實用性強，成本低，使用方便，的門禁系統的設計方案。

1 系統架構

設計的門禁控制系統采用Mifare卡片開鎖方式，在工作狀態下，讀卡器不斷通過其內部的線圈發出一個激發信號，持卡人只需將卡片在讀卡器附近快速晃動一下，讀卡器就能將卡片中的卡片內碼讀出并在讀卡器內暫存，然后控制器將卡片內碼同Flash中存儲的內碼權限進行比較，即進行卡片合法性的檢查，控制器再根據對比結果作出相應的輸出動作，即開門、報警或其它可控傳動設備。同時系統將卡號、持卡人姓名、開門日期、開門時間等信息記錄下來，通過RS485總線，把數據傳到到管理中心計算機。系統統結構如圖1所示。

2 系統硬件設計

系統的硬件平臺主要是由門禁控制器模塊、存儲器模塊、LCD顯示模塊、讀卡器模塊、鍵盤模塊、電控鎖模塊等組成。系統硬件結構框圖如圖2 所示。

2.1 門禁控制器

門禁控制器是整個門禁系統的核心，控制器選用ATMEL公司生產的一種低功耗，高性能的8位CMOS微處理器AT89S52。AT89S52具有40個引腳，8KB Flash片內程序存儲器，256KB的隨機存取數據存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，兩個16位可編程定時計數器，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，兩個全雙工串行通信口，看門狗電路，片內時鐘振蕩器。此外，AT89S52價格便宜，容易購買，是一種高性價比的控制器。

2.2 存儲器模塊

存儲器模塊主要存儲Mifare卡片信息，存儲器芯片選用K9F2808U0C芯片，這種芯片是16M×8Bit結構的Flash存儲器件，使用128M bits，另外還有4M bits的閑置存儲空間。芯片電源電壓1.8v或3.3v，它是一款性價比很高的大容量固態數據存儲器。上電加壓后，即可完成在系統的編程與擦除操作，通過對其內部的命令寄存器寫入標準的命令序列，可對Flash進行編程(燒寫)、整片擦除、按扇區擦除以及其他操作。當需要將程序代碼燒寫到擴展的FLASH，則需要運行一個裝載程序，該程序的功能是通過串口接收要燒寫的數據，然后擦除編程Flash。

2.3 RS485通信接口模塊

RS485是一種多點、雙向、平衡傳輸規范，被命名為TIA/EIA-485-A標準。RS485由RS232發展而來，它改進了RS232通信距離短、速率低的缺點。RS485是一種平衡通信接口，傳輸速率最高可達10Mbit/s，最大傳輸距離約為1200m，并允許在一條平衡總線上連接最多32個設備，RS485完成了門禁控制器與中心管理機的數據傳輸。

2.4 讀卡器模塊

讀卡器模塊選用的是廣州周立功單片機發展有限公司的ZLG500C讀卡模塊，內部功能由其獨立完成，支持自動檢測卡功能，當檢測到卡時，可輸出中斷信號和輸出串口數據，支持RS232、RS485或RS422總線通信，本系統單片機與讀卡器之間RS232進行通信。所以只需控制器對其提供的端口進行簡單的設置，發送Mifare讀卡模塊提供的函數，發出簡單命令既可完成讀卡和寫卡任務。

2.5 鍵盤模塊

該鍵盤模塊用來密碼開鎖，用戶通過鍵盤可以向系統發送開鎖命令。所本系統鍵盤是一個4*4的行列式鍵盤，總共定義了16個按鍵。查看鍵盤中有無按鍵按下以及所按的是哪一個鍵，采用的是“鍵盤掃描”的方法。

2.6 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊用來顯示用戶輸入的加密后的密碼和呼叫的房號，本系統采用液晶屏AT056TN52，這是一個5.6寸，18bit RGB格式，分辨率為640x480的TFT數字液晶顯示屏。

2.7 電控鎖模塊

控磁鎖是門禁系統的執行部件，電控磁鎖在斷電時呈開門狀態，符合消防要求。在本系統中采用的是電控鎖成品，只需要用使用一個GPIO口，外加一個高低阻態轉換的電子開關即可。

3 軟件設計

門禁系統軟件設計是在KEIL C51開發環境下開發的，整個軟件設計包括主控程序、單片機初始化程序、讀卡器初始化程序、讀卡程序、RS485傳輸程序等。

3.1 讀卡器模式設置

要想讓讀卡器發射發出激發信號，必須在系統運行后，設置讀卡器的檢查模式。下面是設置自動檢測模式函數。

uint8 DvcSetAutoDctct(uint8 ISOType，uint8 R_C，uint8 IOClrMask，uint8 IOSetMask，uint8 S_M)

{uint8 Status;

SB[CMDTYPE]=1;

SB[COMMAND]='L';

SB[LENGTH]=5;

SB[DATA]=ISOType;

SB[DATA+1]=R_C;

SB[DATA+2]=IOClrMask;

SB[DATA+3]=IOSetMask;

SB[DATA+4]=S_M;

Status=Zlg500c_Cmd(SlvAddr);

if(Status==OK)

{Status=SB[STATUS];}

return Status;}

3.2 讀卡器讀取信息函數

當有Mifare卡進入到讀卡器的有效范圍，讀卡器從Mifare卡中讀取相關信息，存入存儲器中。

uint8 ExchangeBlock(uint8*S_B，uint8 S_B_L，

uint8*R_B，uint8*R_B_L，uint8 A_CRC，uint8 FWI)

{

uint8 Status;

SB[CMDTYPE]=1;

SB[COMMAND]='M';

SB[LENGTH]=S_B_L+3;

SB[DATA]=Append_CRC;

SB[DATA+1]=FWI;

SB[DATA+2]=S_B_L;

memcopy(SB[DATA+3]，S_B，S_B_L);

Status=Zlg500c_Cmd(SlvAddr);

if(Status==OK)

{Status=SB[STATUS];

if(Status==OK){

*R_B_L=SB[DATA];

memcopy(R_B，SB[DATA+1]，*R_B_L);}}

return Status;}

3.3 RS485通信接口

單片機與管理中心機之間的串行通信采用RS-485標準接口，PC端接一個RS232/485的轉換器，單片機采用RS 485進行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過芯片轉換為RS 485串行接口即可，本系統采用的是MAX485芯片。管理中心機作為主機，各門禁控制器是從機，用RS-485總線進行系統通訊需要對其傳輸協議做規定，最重要的就是幀結構的設計。本系統數據幀的構造如下:主機發送命令幀格式: 地址+類型+數據長度+數據+校驗和;從機應答幀格式:幀頭+地址+類型+數據長度+數據+校驗和+幀尾，除數據幀為N字節外(根據從機傳送的數據而定)，其余均占1個字節。

主機接收到幀頭表示該幀的開始，連續接收從機回送的數據，直到收到幀尾表示該幀的結束，準備接收下一幀，一次通信完成，波特率設置: 9600 bit/s;傳送幀格式: 1位起始位、8位數據位、1位數據/地址標志位、1位停止位。

4 結束語

本文設計的門禁管理系統，電路簡單， 使用方便，可靠性高、系統維護方便、適用范圍廣且價格低廉，系統采用了模塊化設計，可以稍加裁剪改造，比如，添加指紋模塊、語音與視頻模塊按功能即可以成為可視對講指紋門禁系統，適用于智能小區、公園景點、多校區圖書館等多種不同場合有很好的應用推廣價值。

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