基于RS485總線(xiàn)的智能門(mén)禁系統的實(shí)現方案

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數字技術(shù)，特別是射頻通信識別技術(shù)的進(jìn)步，門(mén)禁系統在安全性、方便性、易管理性等方面也得到了長(cháng)足的發(fā)展，成為確保小區及其它重要部門(mén)出入口安全的有效措施，已廣泛應用于交通、物流管理等多個(gè)領(lǐng)域。RS485總線(xiàn)主機調度網(wǎng)以其組網(wǎng)容易、造價(jià)低、軟硬件豐富、添加節點(diǎn)方便快截、數據傳輸可靠穩定、誤碼率較低及傳輸距離適中等優(yōu)點(diǎn)，仍是目前中小型網(wǎng)絡(luò )管理系統的主流形式。本工作研究了一種基于RS485總線(xiàn)和RFID技術(shù)的智能門(mén)禁系統的硬件和軟件實(shí)現方案。

1系統整體構成

系統總體框圖見(jiàn)圖1，其結構采用集散式控制形式，各下位機分別監控各自節點(diǎn)內的操作狀況，又統一受上位機的監控。該系統采用PC機作為上位機，主要負責住戶(hù)信息的數據庫管理、各節點(diǎn)住戶(hù)實(shí)時(shí)操作的監控與信息記錄等，具體信息包括：RFID卡信息、住戶(hù)個(gè)人信息、密碼信息、實(shí)時(shí)操作信息和歷史記錄及系統時(shí)間等。各下位機采用WINBOND公司生產(chǎn)的W77E58單片機作為微處理器，負責本節點(diǎn)內RFID卡的管理、用戶(hù)權限的判定及門(mén)狀態(tài)的控制等。各節點(diǎn)內的485收發(fā)器MAX485負責接收來(lái)自485總線(xiàn)的PC機控制數據或者通過(guò)總線(xiàn)向上位機發(fā)送實(shí)時(shí)操作信息見(jiàn)圖2.各門(mén)禁控制器通過(guò)一個(gè)串口讀取RFID卡信息，并通過(guò)另一個(gè)串口與485總線(xiàn)通信。上位機通過(guò)串口并經(jīng)232—485電平轉換后連接至485總線(xiàn)，統一管理各門(mén)禁控制器。

圖1智能門(mén)禁系統總體框圖

系統工作過(guò)程為：用戶(hù)將持有的RFID卡接近讀卡器時(shí)，讀卡器識別卡信息并通過(guò)串口將卡信息傳送給單片機控制器。用戶(hù)也可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入密碼，單片機控制器將卡信息或鍵盤(pán)信息與外部EEPR0M中存儲的信息比較，驗證用戶(hù)權限，進(jìn)而控制門(mén)狀態(tài)。單片機通過(guò)另一個(gè)串口經(jīng)由485收發(fā)器通過(guò)總線(xiàn)與上位機通信，將卡信息、各時(shí)刻操作信息、鍵盤(pán)信息等傳送到總線(xiàn)上，上位機通過(guò)總線(xiàn)對這些信息進(jìn)行文件和數據庫的存儲；同時(shí)，上位機對各住戶(hù)的卡、密碼及個(gè)人信息以注冊或者注銷(xiāo)等形式進(jìn)行數據庫管理，以便于查詢(xún)。

圖2 485收發(fā)器電路

2系統硬件設計

2.1硬件組成

上位機硬件是PC機和232—485轉接卡。下位機硬件主要包括RFID讀卡器、485收發(fā)器和門(mén)禁控制器。下位機節點(diǎn)結構見(jiàn)圖3.

圖3下位機門(mén)禁控制器總體框圖

下位機的核心部分是W77E58單片機微控制器，其主要特點(diǎn)是具有兩個(gè)獨立的串行通訊口。

RFID讀卡器采用周立功公司的ZLG500CMifare卡讀寫(xiě)模塊嘲，利用單片機控制器的P1.4引腳作為其復位信號。讀卡器與控制器的接口引線(xiàn)還包括電源線(xiàn)、地線(xiàn)及RXD、TXD串口數據線(xiàn)，二者為串行通信方式。

485總線(xiàn)收發(fā)器采用MAXIM公司的MAX485，其電路原理見(jiàn)圖2.其中加入光隔離以實(shí)現抗干擾及保護功能。利用單片機的P2.3引腳對其內部的發(fā)送和接收驅動(dòng)器進(jìn)行控制，通過(guò)單片機的一個(gè)串口與之通信。

2.2工作原理

W77E58具有2個(gè)串口，這一點(diǎn)在該系統是至關(guān)重要的。

單片機控制器既要通過(guò)串口與RFID讀卡器通信，又要通過(guò)串口與485總線(xiàn)控制器MAX485通信，因此選擇具有2個(gè)串口的單片機是解決這一矛盾的最佳方案。而且在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執行速度比標準8051快2.5倍，這對于作為門(mén)禁控制器核心的單片機來(lái)說(shuō)也是大有優(yōu)勢的。

鍵盤(pán)具有12個(gè)按鍵，各按鍵的功能定義為：數字鍵0-9、確認鍵及取消鍵。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入密碼信息，也可以通過(guò)鍵盤(pán)呼叫開(kāi)門(mén)。EEPROM存儲器AT24C256用來(lái)存儲用戶(hù)密鑰信息及RFID卡的卡號和密碼信息，它具有IIC總線(xiàn)功能，可以在IIC總線(xiàn)的時(shí)序下對它進(jìn)行讀寫(xiě)操作；DS1302時(shí)鐘芯片用來(lái)向系統提供時(shí)鐘，為了方便，該時(shí)鐘應與上位機一致；另外，采用MAX813看門(mén)狗芯片監視程序的運行；采用EA_D20040AR液晶顯示器顯示用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入的密碼、實(shí)時(shí)操作信息及系統時(shí)間信息等；采用DS2Y—S繼電器控制電門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

3系統軟件設計

系統軟件由上位機管理平臺和下位機門(mén)禁控制程序組成。

上位機管理軟件是在WindowsXP操作平臺上，利用VisualC++6.0開(kāi)發(fā)的，功能包括RFID卡注冊注銷(xiāo)、住戶(hù)信息添加、刪除、查找、編輯、排序、顯示、實(shí)時(shí)監控、管理員登錄驗證等，具有友好的人機交互界面，顯示直觀(guān)，操作方便。系統運行時(shí)，各門(mén)禁控制器將采集到的卡信息、鍵盤(pán)信息及實(shí)時(shí)操作信息以TxT文件的形式存儲在上位機中；各小區的單元住戶(hù)信息以“樹(shù)”視圖的形式顯示在平臺界面的左側窗口中。點(diǎn)擊相應的節點(diǎn)，各單元的住戶(hù)信息以數據庫表的形式顯示在平臺界面的右側窗口中。平臺下面的“Tab”控件用來(lái)實(shí)時(shí)顯示各門(mén)禁控制器的實(shí)時(shí)操作信息。

下位機控制程序采用8OC51語(yǔ)言編程，Wave6000編譯仿真。該部分實(shí)現的主要功能包括：按鍵密碼及卡信息的讀取和驗證、液晶LCD及LED顯示、時(shí)間設置和讀取、經(jīng)由485總線(xiàn)接收及發(fā)送操作信息等。軟件主程序流程見(jiàn)圖4.

圖4下位機主程序流程

3.1 485通信

通信波特率設為9600bit.S-1.通信協(xié)議為起始字符+本機地址+功能字符+數據長(cháng)度+數據信息+結束字符其中，起始字符為‘@@@’，結束字符為‘$$$’，本機地址為：0～32（可以按照需要選擇）；廣告地址為：Oxffo功能字符為：‘0’～‘F’。

3.2串口中斷處理

串口的功能包括：其一，向上位機發(fā)送操作信息，例如刷卡或者密碼認證信息等；其二，接收上位機發(fā)送的密碼修改和卡注冊注銷(xiāo)信息，并依此修改EEPROM相應內容，達到實(shí)時(shí)更新。中斷流程見(jiàn)圖5.

圖5下位機串口中斷流程

3.3卡及密碼管理與認證機制

一般情況下每個(gè)門(mén)禁控制節點(diǎn)的密碼只有一個(gè)，該密碼既存儲在上位機的數據庫里，也存儲在EEPR0M里，當上位機修改此密碼時(shí)，將修改信息經(jīng)由總線(xiàn)發(fā)送給下位機，進(jìn)行同步修改。