RFM001射頻模塊感應電鎖控制器的設計
加入技術(shù)交流群
射頻感應電鎖通常由載有密碼的射頻IC卡（射頻鑰匙）來(lái)代替傳統的金屬制作的鑰匙。在讀出密碼后，通過(guò)一個(gè)電子控制器產(chǎn)生開(kāi)門(mén)電信號，繼而接通電源，驅動(dòng)電控鎖具開(kāi)關(guān)門(mén)。這樣做的好處首先是杜絕了非法復制鑰匙，其次是為人員進(jìn)出實(shí)現信息化管理創(chuàng )立了條件。但是，鎖的結構變得復雜起來(lái)，不可靠的因素隨之增加，成本也大幅度上升；又由于增加了某些操作，與機械鎖相比使用難度也提高了?？梢?jiàn)，射頻感應電鎖在安全性能改善的同時(shí)，也帶來(lái)了可靠性、成本、可操作性等一系列新問(wèn)題。如果在設計上不給以注意和采取措施的話(huà)，它反倒成了一種麻煩。
可以認為，過(guò)于復雜的控制器往往是“麻煩”的根源?；谏鲜隹紤]，對射頻感應電鎖控制器，不論采用何種技術(shù)設計，都應該遵從一個(gè)原則，即在保證基本功能的前提下，控制器要做得盡可能簡(jiǎn)單。這里，基本功能一條很重要。也就是說(shuō)，在設計的開(kāi)始，一定要仔細界定功能，堅決剔除那些可有可無(wú)的東西。有的電控鎖，除了開(kāi)關(guān)門(mén)功能以外，增加了許多不常用或難使用的功能，其結果，不但徒然增加了許多成本，還大大降低了可靠性。這是導致產(chǎn)品不成功的重要因素。
本文介紹的感應鎖控制器，力求符合實(shí)用、簡(jiǎn)單的設計原則，務(wù)求電控鎖能夠充分地揚長(cháng)避短，即在更安全的同時(shí)，保持較低成本（不降低性能為前提）、提高可靠性。
1設計規范
1.1功能要求
一個(gè)感應鎖控制器的基本功能應包括：
◇感應鑰匙開(kāi)/關(guān)門(mén)；
◇感應鑰匙（射頻IC卡）的添加與清除；
◇鎖體電磁離合器的驅動(dòng)；
◇控制器工作狀態(tài)聲、光提示；
◇為節省電力進(jìn)行限時(shí)操作，超時(shí)后即轉入睡眠狀態(tài)；
◇低電壓報警；
◇按鍵喚醒功能。
為實(shí)現上述功能所需的人機界面：?jiǎn)?dòng)鍵（喚醒鍵）、清除母鑰鍵、添加子鑰鍵、清除子鑰鍵、狀態(tài)指示燈、低壓指示燈、蜂鳴器。
1.2操作要求
管理射頻鑰匙一般采用授權發(fā)卡體系或卡片分級體系。為了兼顧安全性和易使用要求，采用母鑰-子鑰二級模式管理鑰匙。母鑰的作用相當于一個(gè)系統操作密碼，由它對開(kāi)門(mén)鑰匙（集子鑰）的添加和刪除進(jìn)行限制。
如何簡(jiǎn)單而有效地添加鑰匙，是決定感應鎖性能的重要課題。以往見(jiàn)到的二進(jìn)制撥碼開(kāi)關(guān)增、刪子鑰模式的主要問(wèn)題是操作繁瑣、效率低。采用添加、刪除鍵，利用相鄰子鑰進(jìn)行單一刪除，是一種自然、簡(jiǎn)便的方法。以下是本設計提供的鑰匙增刪操作要求。
?、偾宄歌€。先按住母鑰刪除鍵，后按下啟動(dòng)鍵，再放開(kāi)啟動(dòng)鍵。母鑰刪除鍵保持按住5s，聽(tīng)到一長(cháng)聲后即表示刪除母鑰完成。此后雙燈閃爍，同時(shí)鳴叫五短聲，表示母鑰未設定。
?、谠O定母鑰。在雙燈閃爍的同時(shí)鳴叫五短聲后，感應鎖控制器將預設為母鑰的感應鑰匙感應。聽(tīng)到一短聲后，按添加鍵，蜂鳴器會(huì )發(fā)出兩長(cháng)聲，此時(shí)即表示母鑰已設定完成。每鎖只能有一個(gè)母鑰，母鑰只能用于增刪子鑰，不能開(kāi)門(mén)。
?、墼黾幼予€。按啟動(dòng)鍵后，將母鑰感應，聽(tīng)到一短聲后，再將欲加入的子鑰感應。聽(tīng)到一短聲后按添加鍵，聽(tīng)到三短聲即完成一個(gè)子鑰之設定。若按增加鍵后聽(tīng)到一短聲，則表示欲加入的子鑰早已設定于內，是重復錯誤。用母卡做此增加時(shí)，也視為重復錯誤。連續增加時(shí)，只需重復感應欲增加的新子鑰，然后按添加鍵即可，最多增加29個(gè)子鑰。
?、荛_(kāi)/關(guān)門(mén)。先按啟動(dòng)鍵，電路由睡眠狀態(tài)轉入讀鑰態(tài)。此時(shí)，可用鑰匙感應，正確時(shí)聽(tīng)到一短聲，狀態(tài)燈閃爍，門(mén)鎖離合器通電動(dòng)作，門(mén)開(kāi)啟。開(kāi)啟態(tài)持續5s后，狀態(tài)燈熄滅，離合器分斷，門(mén)恢復關(guān)閉態(tài)。
?、萸宄龁我蛔予€。按啟動(dòng)鍵后將母鑰感應，聽(tīng)到一短聲后按清除鍵，將欲清除的子鑰的前一個(gè)子鑰感應，聽(tīng)到一短聲后再按清除鍵，聽(tīng)到二短聲后即清除完成。如果欲清除的子鑰為第一個(gè)，則它的前一個(gè)子鑰就是母鑰。如欲清除的子鑰的前一個(gè)子鑰已被清除但尚未補入新子鑰，請用再前一個(gè)子鑰清除，依次類(lèi)推。如打算清除其他子鑰，請重復以上操作。
?、耷宄孔予€。按啟動(dòng)鍵后將母鑰感應，聽(tīng)到一短聲后，再次用母鑰感應，又聽(tīng)到一短聲后，按住清除鍵5s，聽(tīng)到兩短聲加一長(cháng)聲，即將所有子鑰清除完畢。
控制器的幾個(gè)基本工作狀態(tài)：
?、賳?dòng)態(tài)。接通電源后，如果母鑰已設定好，電池不欠壓，則雙燈均為熄滅狀態(tài)；如果電池欠壓，則僅欠壓指示燈穩定燃亮。如果母鑰未設定好，則雙燈閃爍，同時(shí)鳴叫五短聲。
?、谒邞B(tài)。如果10s內沒(méi)有任何讀鑰操作發(fā)生，則電路自動(dòng)轉入睡眠態(tài)，以節省電力。
?、垭姵氐蛪簣缶瘧B(tài)。電池電壓≤5V時(shí)低壓燈燃亮。此時(shí)應盡快更換電池。
?、芄收蠣顟B(tài)。在做增加、清除操作時(shí)，如果發(fā)現狀態(tài)燈持續亮，則表示電路故障，應停止使用。
1.3技術(shù)參數
2感應鎖控制器的硬件設計
控制電路由單片機(U1)、鑰匙存儲器(U2)、射頻模塊(U3)、人機界面部件、電磁離合器驅動(dòng)電路和射頻天線(xiàn)組成，采用直流6V（4節5號電池）供電。圖1是感應鎖控制器電路原理圖
單片機選用ATMEL公司的89C2051。它的端口數和ROM可滿(mǎn)足本電路的功能要求。單片機的工作頻率為11.0592MHz（不可以高于或低于這個(gè)數值，因為軟件用這個(gè)頻率和射頻模塊匹配）。如果還要擴展其他功能，例如改用12或16鍵鍵盤(pán)，增加日歷時(shí)鐘或外擴存儲器，可以選用端口數和ROM更大的單片機。為獲得更高的可靠性應采用OTP型兼容單片機。
鑰匙存儲器選用ATMEL公司的24C02，可存儲30個(gè)鑰匙。如果打算存儲更多的鑰匙，應選用該系列更大容量的型號。為獲得更高的可靠性可采用美國XCOR公司的兼容型號。
本電路采用了中功率PNP三極管擔當電磁離合器驅動(dòng)電路，可以驅動(dòng)負荷電流在0.8A以?xún)鹊母鞣N電鎖專(zhuān)用電磁離合器或電機。如果打算驅動(dòng)更大負荷，可以改為繼電器驅動(dòng)方式，三極管輸出接到繼電器線(xiàn)圈即可，但這樣會(huì )增大功耗。
由4個(gè)按鍵、2只發(fā)光二極管、1個(gè)蜂鳴器組成人機界面，以便完成添加、刪除、啟動(dòng)等必要的操作。
射頻模塊所匹配的天線(xiàn)線(xiàn)圈的參數必須準確，否則讀卡性能達不到設計要求。制作天線(xiàn)時(shí)，必須用儀器測量其參數。這里提供一套與RFM01匹配的天線(xiàn)參數，如表3所列。該線(xiàn)圈對鑰匙型感應體的識別距離為80mm，對卡片型感應體的識別距離為120mm。
為了最大限度地延長(cháng)電池的使用壽命，當幾秒鐘沒(méi)有操作發(fā)生時(shí)，電路自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，即所謂“睡眠態(tài)”。這是通過(guò)軟件控制89C2051和射頻模塊的工作狀態(tài)實(shí)現的。
3電子鎖控制器的軟件設計
硬件需要與高效率的軟件相配合，才能實(shí)現感應電子鎖的各種功能。軟件源代碼使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，最終代碼固化于89C2051的FlashROM內。圖2為流程圖。
圖2軟件設計流程圖
蜂鳴器相關(guān)文章:蜂鳴器原理
評論