智能門禁系統設計要點探討智能門禁系統設計要點探討

朱矩龍

摘 ?要：門禁系統是建筑使用安全性的基礎和保障，使用先進技術對智能門禁系統進行設計有利于提高建筑的安全性能。探討了一種基于TM卡技術的智能門禁系統設計，闡述了傳統門禁系統存在的主要問題，綜合說明了智能門禁系統的硬件設計和軟件設計，并對系統進行了仿真測試。

關鍵詞：MCU;門禁系統;主控模塊;仿真測試

中圖分類號：TN409 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.121

隨著我國經濟和科學技術的不斷發展，建筑安全性能的重要性越來越突出，相關的理念也深入人心。但是傳統的門禁系統存在著許多問題，直接影響了建筑的安全性。因此，如何通過設計智能門禁系統來提高建筑的安全性，成為設計人員需要解決的問題，下面就對此進行討論分析。

1 ?傳統門禁系統存在的主要問題

密碼門禁系統是通過輸入正確密碼來驅動電鎖。它的優點是只需記住密碼，成本低。缺點是讀取速度慢、輸入密碼浪費時間，如果進出人流量較大，就會很耗時;安全系數低，一旦密碼泄露，就可能會帶來嚴重后果。

生物識別門禁系統根據人體的生物特征差異來識別身份。正由于生物特征不能仿冒，具有獨特性和唯一性，所以該系統安全系數最高，成為高機密場所和信息中心的第一選擇。常見的有指紋識別、臉譜識別、虹膜識別等。但是，生物識別門禁系統的成本太高，因此應用的范圍很窄。

感應式IC卡門禁系統又分為接觸式和非接觸式。接觸式卡容易磨損，使用次數有限;而非接觸式卡憑其耐用性好、讀取的速度快、安全系數高等優勢，迅速成為主流。但是傳統的感應式IC卡式門禁系統存在功能單一、攜帶不方便、成本高、信息存儲介質易損壞、使用溫度范圍窄、不能適應惡劣環境等缺點。針對這些不足，本文設計了一種新型的具有時間顯示、身份識別、開鎖、儲存信息等功能的智能門禁系統。

2 ?系統的硬件設計

本文設計的門禁系統硬件主要由身份識別電路、主控單元、存儲電路、LED顯示電路、時鐘電路和繼電器控制電路六大模塊構成。

2.1 ?主控單元模塊

本設計采用AT89C51作為系統的主控模塊，實現出入控制、

時間顯示、報警控制、出入人員信息記錄等功能，并在系統中預留有相應的IO接口，便于系統根據不同場合的需要擴展功能，例如擴展攝像功能、危險品檢測功能等。

2.2 ?繼電器控制模塊

在設計中，繼電器的驅動是由三極管來控制的。三極管的基級一端通過一個電阻與單片機引腳相連接。當該引腳輸出高電平時，三極管導通，繼電器線圈通電使常開觸點閉合，提示燈亮，此時表明電子鎖打開，可以通行。

2.3 ?身份識別模塊

本設計選用第三類IC卡，即觸碰卡（touchmemory，簡稱“TM卡”），又稱為ibutton，它是美國DALLAS公司的產品，采用單線協議通訊，只有單根信號線。TM卡既傳輸時鐘信號，又傳輸數據內容，而且數據的傳輸是雙向的，其線路簡單，便于總線擴展，具有抗撞擊、耐腐蝕、抗電磁干擾、防折疊、防爆、防潮、防煤塵、具有唯一的64位光刻標識號、使用溫度范圍寬且便于攜帶等特點，所以存儲于其中的數據信息具有相當高的安全可靠性，大幅提高了門禁考勤系統的性能，成本低且便于維護使用。

TM卡在讀寫數據的時候是通過一個切換開關K來切換5.0×106 Ω和50 Ω兩個阻抗，從而借助信號被拉低的時間長短表示邏輯電平“0”和“1”。TM卡與單片機的硬件連接如圖1所示。

工作原理：ibutton的探頭與單片機引腳間加上了一個10 kΩ大小的上拉電阻，當ibutton與該引腳所連接探頭接觸后，命令信號和雙向數據經過該引腳輸入或輸出。身份識別時，嚴格按照先ROM命令再存儲器命令的順序，只有當TM卡成功完成ROM命令后，才能執行存儲器命令，保障讀取數據的正確性。使用時，將ibutton與探頭瞬間接觸，單片機就可以在短時間內與ibutton進行通信，并發送ibutton能夠識別的命令字讀出ibutton內64 bits數據，然后再與設定的64位碼進行比較，完成身份的驗證。當兩個碼比較一致后，單片機繼電器控制引腳輸出高電平，三極管導通，使得繼電器常開觸點閉合，啟動門禁控制，提示燈亮，允許通行。

2.4 ?顯示模塊

本設計中，為了節省IO資源，單片機與LED的連接采用串行方式，并采用MAX7221芯片驅動LED共陰極數碼管，通過動態掃描的方式實時顯示出入時間。

2.5 ?存儲模塊

設計中采用AT24C02芯片來存儲出入人員的信息及時間、報警記錄等，并可在功能擴展的情況下記錄出入人員圖片信息、危險品和非法攜帶品情況等。AT24C02信息存取采用了I2C總線。I2C總線是一種串行數據總線，只有兩根信號線，一根是雙向的數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。在本設計中，單片機用兩根I/O口線來模擬I2C總線接口，兩根信號線經過上拉電阻接電源。硬件連接如圖2所示。

3 ?系統的軟件設計

軟件采用C51進行設計，并利用Keil和Proteus軟件進行了仿真。系統的程序流程圖如圖3所示。

程序初始化時，要先對DS1302及內部定時器T0進行初始化。啟動程序后，單片機讀取識別卡內部的64位ROM，并與

已設定的64位碼進行比較。如果64位碼比較結果一致，系統將閉合繼電器的常開觸點，同時啟動定時器T0，此時，數碼管將會顯示“---”。當用戶取下識別卡后，會重新恢復為顯示時間的狀態。如果繼電器常開觸點閉合10 s，系統將自動斷開常開觸點。如果兩個碼不同，系統直接調用顯示時間的程序。

圖1 ?DS1990A硬件連接圖 ? ? ? ? ? ? 圖2 ?存儲電路圖

4 ?系統的仿真測試

本設計在沒有人通行時，系統只有時鐘電路工作，LED顯示時間;當有人通行，身份識別通過之后記錄來訪者信息，同時繼電器線圈通電，提示燈亮，表示此時允許通行;定時器開始計時，定時結束之后，繼電器恢復斷開狀態，提示燈滅，LED繼續顯示時間。

系統的仿真和測試結果表明當出入人員通過ibutton正常通行時，繼電器閉合，提示燈亮，定時10 s，同時記錄來訪者的通行時間。定時時間到后，繼電器斷開，提示燈滅。仿真和測試結果表明本設計實現了預期的功能。

圖3 ?總程序流程圖

5 ?結束語

綜上所述，上文所提及的門禁系統的設計具有許多功能，能滿足大部分建筑的使用要求，并通過預留擴展功能的接口，使系統具備了刷卡和輸入密碼這兩項功能，有效地提高了保密性能，有著設計簡單、功能完善、性價比高、有效提高建筑安全性能等優點，值得我們推廣使用。

參考文獻

[1]夏月平.基于單片機門禁系統的電路設計[J].電腦知識與技術，2010（30）.

[2]雷國榮.基于單片機的出入管理控制系統的設計[J].電子世界，2012（10）.

〔編輯：王霞〕

Discussion on the Design of Intelligent Access Control System

Zhu Julong

Abstract： Access control system is the basis and security of the use of building security， the use of advanced technology to design intelligent access control system is conducive to improve the safety of the building. Discusses a based on TM card intelligent access control system design， expounds the main problems existing in traditional access control system， comprehensive description of the hardware design and software design of the intelligent access control system， and the system is simulated and tested.

Key words： MCU; access control system; master module; simulation test

文章編號：2095-6835（2015）14-0123-02