基于MSP430非接觸式IC卡門(mén)禁系統設計

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟和科技的發(fā)展，新的安全問(wèn)題已經(jīng)給社會(huì )各個(gè)階層帶來(lái)諸多壓力，智能化門(mén)禁管理系統就是針對這種社會(huì )需求而開(kāi)發(fā)的時(shí)代產(chǎn)物。它不僅僅是簡(jiǎn)單的開(kāi)鎖，杜絕外來(lái)人員隨意進(jìn)出，通過(guò)門(mén)禁系統的監控還可以知道某個(gè)區域某個(gè)房間在一定的時(shí)間范圍內進(jìn)出的人員，一旦發(fā)現非法入侵，可以迅速報警，提高安全防范能力。另一方面，可以實(shí)現開(kāi)門(mén)自動(dòng)記錄，便于追溯、查詢(xún)進(jìn)出人員資料,有效地解決了傳統門(mén)鎖的多種不足，能夠實(shí)現智能化管理，增強內部的保安措施。

智能門(mén)禁系統以其多功能、高效率、高水平、高檔次等特點(diǎn),逐漸成為安全防范體系的重要組成部分。本文以現代化企業(yè)門(mén)禁管理為對象設計了一種IC卡智能門(mén)禁管理系統，該系統應包括管理中心端、門(mén)禁端和非接觸式IC卡，能夠將“感應卡”與“鎖具”有機結合，進(jìn)而由“感應卡”替代“鑰匙”，配合電腦實(shí)行智能化管理。

　　系統總體結構設計

　　根據功能需求和設計原則，本門(mén)禁系統可分為管理中心端、門(mén)禁端和門(mén)禁卡三部分。

　　管理中心端由電腦、讀/寫(xiě)卡器和485轉換器組成，其主要功能為：

　　(1)在管理中心可錄入每個(gè)用戶(hù)的信息資料，包括姓名、用戶(hù)ID號、年齡、職位、部門(mén)、身份證號碼、每天可刷卡時(shí)間段、每周的工作日等，存入數據庫作為基本數據。

　　(2)當用戶(hù)IC卡丟失或者用戶(hù)想注銷(xiāo)IC卡時(shí)，可通過(guò)管理中心進(jìn)行掛失或銷(xiāo)卡操作。

　　(3)根據實(shí)際情況為每個(gè)用戶(hù)發(fā)放IC卡，賦予相應的權限。

　　門(mén)禁端由門(mén)禁控制器、讀卡器、電鎖門(mén)、出門(mén)按鈕組成，其主要功能為：

　　(1)用戶(hù)進(jìn)門(mén)時(shí)，使用IC卡刷卡，讀卡器識別IC卡讀取數據并傳送給門(mén)禁控制器，控制器分析數據然后決定是否開(kāi)門(mén)，若開(kāi)門(mén)則給電鎖門(mén)發(fā)出控制信號，同時(shí)控制器記錄開(kāi)門(mén)者的信息，定時(shí)地傳送給PC。

　　(2)用戶(hù)出門(mén)時(shí)，按出門(mén)按鈕即可出門(mén)。

　　門(mén)禁卡采用非接觸式IC卡，通過(guò)“非接觸式IC卡”與“鎖具”有機結合，進(jìn)而由“感應卡”替代“鑰匙”，配合電腦實(shí)行智能化管理。

　　IC卡的設計

　　非接觸式IC卡(又稱(chēng)射頻IC卡)是世界上近幾年發(fā)展起來(lái)的一項新技術(shù)，它成功地將射頻識別技術(shù)結合起來(lái)，解決了無(wú)源卡中無(wú)電池和免接觸這一難題，是卡應用領(lǐng)域的一大突破?？梢灶A測，在不遠的將來(lái)，非接觸式IC卡會(huì )更大范圍地加以推廣應用。Mifare卡是目前世界上使用量最大、技術(shù)最成熟、性能最穩定、內存容量最大的一種感應式智能IC卡。由于Mifare卡操作簡(jiǎn)單、快捷,抗干擾能力強,可靠性高,安全性好,適合于一卡多用。因此本門(mén)禁系統的非接觸式IC采用M1卡[1]。

　　工作原理：讀寫(xiě)器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內有了電荷;在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個(gè)電容內儲存，當所積累的電荷達到2V時(shí)，此電容可做為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接取讀寫(xiě)器的數據。

　　讀/寫(xiě)卡器的設計

　　讀/寫(xiě)卡器采用MF-RC500芯片。MF-RC500是Philips公司為Mifare卡設計的專(zhuān)用讀卡芯片,它支持ISO14443A所有的層。MF-RC500是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用了先進(jìn)的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz下所有類(lèi)型被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。其功能框圖如圖2所示。

　　基于MSP430的非接觸式IC卡門(mén)禁系統設計

　　MF-RC500內部包括并行微控制器接口、雙向FIFO緩沖區、中斷、數據處理單元、狀態(tài)控制單元、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線(xiàn)接口。MF-RC500外部接口包括數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)、電源等。MF-RC500的并行微控制器接口自動(dòng)檢測連接的8bit并行接口的類(lèi)型。模擬電路包含一個(gè)具有極低阻抗橋驅動(dòng)器輸出的發(fā)送部分,這使得最大操作距離可達100mm，接收器可以檢測到非常弱的應答信號[2]。讀/寫(xiě)卡程序設計流程如圖3所示。

　　控制器的設計

　　控制器采用MSP430F149單片機，而MSP430F149采用的是16bit的RISC結構，指令的執行時(shí)間只需要150ns;具有超低的功耗,它在休眠條件下工作的電流只有0.8?滋A;有兩個(gè)串口通信模塊：USART0、USART1，兩個(gè)串口都可以通過(guò)軟件設置成異步串行通行UART模式或者同步串行通信SPI模式;MSP430F149提供的片內Flash為60KB，同時(shí)片內還提供較多的RAM，以便運算時(shí)處理;提供P1.0~P6.0共6個(gè)數據端口[3]，能為用戶(hù)提供更多的處理功能。

　　485轉換器的設計

　　由于RS232通信有以下幾個(gè)弱點(diǎn)：傳輸速率比較低，一般低于20kb/s;傳輸距離有限，通常在通信距離低于15m的場(chǎng)合使用;抗噪聲干擾弱等。因此，本門(mén)禁控制器采用RS485通信方式，RS485傳輸速率最高可達到10Mb/s,傳輸距離的最大標準可達到4000feet，并且由于采用平衡驅動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強,即抗噪聲干擾性好[4]。因此，可采用RS232/RS485轉換器RS3485實(shí)現RS232總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)的相互轉換。

　　RS485串口通信協(xié)議設計思想是基于幀傳輸方式。為了使數據快速、可靠地傳輸，將每一幀數據對應一個(gè)命令幀，傳輸數據即執行命令。一次完整數據傳輸可以采用如圖4所示的幀定義。

　　管理軟件的設計

　　PC軟件設計采用MicrosoftSQLServer2000作為數據庫后臺管理系統，采用完全面向對象編程的開(kāi)發(fā)工具VisualBasic來(lái)設計軟件的管理界面。本智能門(mén)禁管理系統設計為6個(gè)模塊來(lái)滿(mǎn)足要求，如圖6所示。

　　系統構建的數據庫包含3個(gè)表：

　　(1)登錄信息表：管理員的信息，

　　包括用戶(hù)名、用戶(hù)密碼;

　　(2)用戶(hù)信息表：持卡人的詳細信息，包括IC卡編號、姓名、性別、職位、身份證件、可出入時(shí)間段和每周工作日;

　　(3)查詢(xún)信息表：持卡人的進(jìn)門(mén)時(shí)間查詢(xún)，包括IC卡編號、進(jìn)門(mén)時(shí)間。

　　本文基于MSP430單片機和MF-RC500芯片并結合實(shí)際設計的智能門(mén)禁系統使用簡(jiǎn)單、快捷、安全且功耗低。此門(mén)禁系統還具有擴展功能，可根據實(shí)際需要增加報警、實(shí)時(shí)監控、強制關(guān)門(mén)等功能，具有極大的推廣價(jià)值和應用前景。