基于射頻識別技術(shù)的聯(lián)機型門(mén)禁系統設計

　　2.硬件組成

　　每個(gè)門(mén)禁讀卡器都相當于一個(gè)智能的節點(diǎn)，它能獨立完成門(mén)狀態(tài)和鎖狀態(tài)的監控、判斷卡類(lèi)型、實(shí)時(shí)監控刷卡動(dòng)作、控制電磁門(mén)鎖和報警器、設置門(mén)禁號等一系列的操作。門(mén)禁讀卡器的硬件部分主要包括監測和控制部分、聲光報警電路、RS485接口電路、存儲、時(shí)鐘顯示部分、門(mén)禁號設置部分、看門(mén)狗及復位電路、射頻基站部分。電路的硬件框圖如圖2所示[4]。

圖2門(mén)禁讀卡器系統組成

　　采用意法半導體公司(STMicroelectronics)公司STC89C53RC單片機作MCU，即常用的MCS-51系列單片機，它具有良好的溫度特性、穩定性和性?xún)r(jià)比。內置15K的Flash存儲器和512字節RAM，具有3個(gè)16位計數器和一個(gè)標準的串行通信口，并具有P4口，支持ISP程序下載。

　　門(mén)禁號設置電路采用8位并入串出的移位寄存器芯片74HC165配合兩個(gè)4位撥碼開(kāi)關(guān)構成8位的設置門(mén)禁號單元。系統上電后74HC165將并行數據以串行移位的方式發(fā)送給MCU將其作為在485網(wǎng)絡(luò )中通訊的本機ID號。

　　射頻基站部分采用了飛利浦公司的MFRC530芯片，MFRC530是與射頻卡實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信的核心模塊。它根據寄存器的設定對發(fā)送緩沖區中的數據進(jìn)行調制得到發(fā)送的信號，通過(guò)由TX1，TX2腳驅動(dòng)的天線(xiàn)以電磁波的形式發(fā)出去，非接觸式IC卡采用RF場(chǎng)的負載調制進(jìn)行響應。天線(xiàn)拾取非接觸式IC卡的響應信號經(jīng)過(guò)天線(xiàn)匹配電路送到RX腳，MFRC530內部接收緩沖器對信號進(jìn)行檢測和解調并根據寄存器的設定進(jìn)行處理。處理后的數據發(fā)送到數據總線(xiàn)上等待MCU讀取。MCU與MFRC530采用SPI總線(xiàn)方式進(jìn)行通訊，可實(shí)現與非接觸式IC卡數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。

　　有卡進(jìn)入感應區刷卡時(shí)需要記錄刷卡的時(shí)間，可用外接硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的辦法為系統提供一個(gè)準確可靠的時(shí)鐘，用3V備用電池保證在系統掉電時(shí)也能正常計時(shí)。本設計選用體積小、接口簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，是美國DALLAS公司推出的低功耗串行通信接口專(zhuān)用芯片，采用3線(xiàn)串行方式與單片機進(jìn)行數據通信：SCLK作為時(shí)鐘輸入，SDA作為串行數據輸入和輸出，RST作為通訊允許信號。其內部寄存器地址中00H~06H分別對應存放秒、分、時(shí)、日、月、星期及年信息的寄存器，07H為寫(xiě)保護控制寄存器，08H為電池充電控制寄存器。時(shí)鐘數據以BCD碼格式存放在00H～06H這7個(gè)寄存器中。

　　系統存儲部分采用了RAMTRONINTERNATIONAL公司生產(chǎn)的一種鐵電存貯器(FRAM)FM24C256，是一個(gè)256kbit的FRAM,存儲器內部被邏輯組織為32768×8字節存儲方式，地址空間為0000～7FFFH。其總線(xiàn)頻率可高達1MHz，具有10億次以上的讀寫(xiě)次數且功耗很低，與外部接口采用工業(yè)標準IIC總線(xiàn)。由于MCU不具有IIC總線(xiàn)接口，因此采用P2.3和P2.4口線(xiàn)來(lái)模擬IIC總線(xiàn),FM24C256的SDA和SCL為開(kāi)漏輸出，故接10kΩ的上拉電阻。

　　監測部分實(shí)時(shí)監測門(mén)、鎖狀態(tài)和通訊的狀態(tài)，并對長(cháng)時(shí)間的異常狀態(tài)作出報警；控制部分主要負責執行上位機的各種控制信息，如執行開(kāi)鎖、執行報警等；LCD顯示部分選用以ST7920為控制器的128×6帶漢字庫的液晶模塊，用以顯示時(shí)間日期及各種服務(wù)信息，作為人機交互的界面。為了防止外界對系統的干擾，選用MAXIM公司的MAX813L作為系統的硬件看門(mén)狗。

　　3.軟件設計

　　門(mén)禁讀卡器的程序包括：MFRC530對Mifare卡操作的程序、MCU與MFRC530通信中斷處理程序、485通信中斷處理程序、讀寫(xiě)時(shí)鐘及LCD顯示程序、獲得門(mén)禁號程序、檢測門(mén)和鎖狀態(tài)程序及存儲器讀寫(xiě)程序等。主程序流程圖如圖3所示。

　　對卡操作的過(guò)程是一個(gè)很復雜的程序執行過(guò)程，要對MFRC530內部一系列的寄存器進(jìn)行配置，而且這些操作對時(shí)序要求非常嚴格。對非接觸式IC卡的典型操作為：尋卡（得到卡類(lèi)型代碼）、防沖突（得到卡號）、選卡、驗證密碼、讀寫(xiě)操作、掛起并且這些操作必須按固定的順序執行。因為門(mén)禁讀卡器只需要得到卡片卡號，故只執行尋卡、防沖突、掛起就可達到要求，對卡類(lèi)型判斷后將卡號通過(guò)樓層PC發(fā)送到服務(wù)器，由服務(wù)器來(lái)判斷卡是否合法。在沒(méi)有卡進(jìn)入射頻天線(xiàn)有效范圍時(shí)，在LCD顯示當前時(shí)間及日期，當有卡進(jìn)入到射頻天線(xiàn)的有效范圍時(shí)，LCD上顯示卡號并顯示“請稍候……”等服務(wù)信息。

圖3門(mén)禁讀卡器主程序流程

　　四．結束語(yǔ)

　　本文將射頻識別理論應用到門(mén)禁控制領(lǐng)域，采用多層網(wǎng)絡(luò )型系統結構 ，提出了一種以單片機為核心，配合射頻基站MFRC530及單片機外圍電路的非接觸式IC卡門(mén)禁讀卡器硬件和軟件設計。該門(mén)禁系統已成功應用于某音樂(lè )學(xué)院的琴房管理系統。實(shí)踐表明，系統運行穩定、實(shí)時(shí)性好。