引言
門禁系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化公共安全管理系統(tǒng)，它集微機自動識別技術和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、光學、計算機技術、通信技術和生物技術等諸多新技術，是重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效保障[1]。隨著無線射頻識別技術的發(fā)展，非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)由于其技術成熟、價格低廉、使用方便等優(yōu)異的性能，已成為住宅、樓宇、銀行等系統(tǒng)的重要組成部分。現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)多為有線傳輸方式，各控制器同PC機的通信一般是通過RS-232，RS-485或CAN總線進行的，設備之間的物理連接復雜，網(wǎng)絡改造施工困難，對于新增用戶來說新增布線更是繁瑣。本文針對目前所使用的有線門禁系統(tǒng)的缺點，提出一套基于無線傳輸模塊構建的門禁網(wǎng)絡的設計方案，滿足人們對于系統(tǒng)靈活性的需求。
1 RFID技術
射頻識別技術是利用無線電波來進行通信的一種非接觸式的自動識別技術，被廣泛應用于身份識別、物流、自動化生產(chǎn)過程、交通系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)等。典型的RFID 系統(tǒng)包括電子標簽，讀寫器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三個部分。在實際應用中，電子標簽附著在待識別物體的表面，其中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。讀寫器通過天線發(fā)送一定頻率(13.56MHZ)的射頻信號，當電子標簽進入該磁場時產(chǎn)生感應電流，同時利用此能量發(fā)送出自身編碼等信息，當標簽讀寫器讀取信息并解碼后傳送至主機并進行相關處理，從而達到自動識別物體的目的。
非接觸IC卡[2]使用方便，感應速度快，感應距離可以選擇5～lO cm；它采用無線通信方式，無需外露金屬觸點，整個卡片完全密封，無機械磨損，使用壽命長，能在各種惡劣的工作條件下使用。感應卡的芯片內(nèi)都有一個只讀的識別碼，不能復制，而且授權系統(tǒng)密碼管理嚴格，絕無仿冒的可能。系統(tǒng)可擴展性強，可以隨時擴展使用單元或者其它一卡通功能模塊。
2 系統(tǒng)整體構成和功能
系統(tǒng)整體結構圖如圖1所示。本系統(tǒng)主要由讀寫器、門禁控制器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示模塊、語音電路、傳感器、電磁門鎖和管理PC機等組成。門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，通過無線傳輸模塊與計算機通信，負責本節(jié)點內(nèi)RFID卡的管理、用戶權限的判定及門狀態(tài)的控制并上傳讀卡信息、時間信息等。此外為了避免出現(xiàn)被授權用戶因為忘記帶卡而無法進入的現(xiàn)象，系統(tǒng)外接—個鍵盤，以便于在無卡的情況下輸入密碼同樣可以呼叫開門。鍵盤按鍵設為數(shù)字鍵0-9、確認鍵及取消鍵。采用OCMJ5XIOB液晶顯示器顯示操作信息及系統(tǒng)時間等。門禁管理PC機是系統(tǒng)的中央管理機構，主要負責住戶信息的數(shù)據(jù)庫管理、各節(jié)點用戶實時操作的監(jiān)控與信息記錄等。
系統(tǒng)工作過程為：當用戶通過門時，觸發(fā)紅外線傳感器，液晶模塊和語音便會提示“請刷卡”，用戶將卡接近讀寫器或通過鍵盤輸入密碼，門禁控制器將卡信息或鍵盤信息與外部EEPR0M 中存儲的信息比較，驗證用戶權限，進而控制門狀態(tài)并給出相應的語音和文字提示。同時通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將卡信息、各時刻操作信息、鍵盤信息等傳送到管理PC機以對這些信息進行文件和數(shù)據(jù)庫的存儲。門禁控制器可以判斷出網(wǎng)絡是否連接出問題，當網(wǎng)絡出問題、不暢通時可獨立控制門的開關。
3 門禁控制器各模塊硬件設計
3.1 讀卡模塊
非接觸式IC卡門禁讀卡器以射頻識別技術為核心，采用PHILIPS公司的MFRC530芯片，它是一個小型的、最大操作距離達10厘米的Mifare卡射頻基站，其功能包括調(diào)制、解調(diào)、產(chǎn)生射頻信號、安全管理和防沖撞機制。它根據(jù)寄存器的設定對發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進行調(diào)制得到發(fā)送的信號，通過由TX1，TX2腳驅(qū)動的天線以電磁波的形式發(fā)出去，非接觸式IC卡采用RF場的負載調(diào)制進行響應。天線拾取非接觸式IC卡的響應信號經(jīng)過天線匹配電路送到RX腳，MFRC530內(nèi)部接收緩沖器對信號進行檢測和解調(diào)并根據(jù)寄存器的設定進行處理。處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上等待MCU讀取。處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到并行接口由單片機讀取[3]。
3.2 門禁控制器
每個門禁讀卡器都相當于一個智能的節(jié)點，它能獨立完成門狀態(tài)和鎖狀態(tài)的監(jiān)控、判斷卡類型、實時監(jiān)控刷卡動作、控制電磁門鎖等一系列的操作。系統(tǒng)采用了臺灣凌陽公司產(chǎn)的SPCE061A單片機，SPCE061A集成度高、易于擴展；具有較強的中斷處理能力，支持異常中斷，事件中斷和軟中斷3種類型的中斷；具有高效的指令系統(tǒng)，具有保密能力和WatchDog功能。
3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊
無線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用PTR2000，該模塊滿足無線管制的要求且無需使用許可證，采用抗干擾能力較強的FSK調(diào)制／解調(diào)方式。設計中，通信頻率設定為434．33 MHz(CS置為高電平)。系統(tǒng)運行中，模塊始終處于工作狀態(tài)(PWR置為高電平)，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應將模塊先置于發(fā)射模式，即TXEN=1。然后在等待至少5ms后（接收到發(fā)射的轉(zhuǎn)換時間）才可以發(fā)送任意長度的數(shù)據(jù)。發(fā)送結束后應將模塊置于接收狀態(tài)，即TXEN=0。發(fā)射到接收的轉(zhuǎn)換時間為5ms。接收時應將PTR2000置于接收狀態(tài)，即TXEN=0。然后將將接收到的數(shù)據(jù)直接送到單片機串口。PTR2000與管理PC機串口的接口電路見圖2。
3.4 液晶顯示模塊
系統(tǒng)采用金鵬科技有限公司的OCMJ5XIOB中文模塊液晶顯示器[4]，內(nèi)含GB2312、16*16點陣國標一級簡體漢字和ASCII8*8(半高)及8*16(全高)點陣英文字庫，用戶輸入?yún)^(qū)位碼或ASCII碼即可實現(xiàn)文本顯示，提示“請刷卡”、“請進”等信息。接口協(xié)議為REQ／BUSY握手方式。應答B(yǎng)USY=1表示液晶忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；BUSY=0表示液晶空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到液晶可在BUSY=0后的任意時刻開始，先把用戶命令的當前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平REQ信號(REQ=1)通知液晶請求處理當前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。液晶模塊在收到外部的REQ高電平信號后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時將應答線BUSY變?yōu)楦唠娖剑砻髂K已收到數(shù)據(jù)并正在忙于對此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理，此時，用戶對模塊的寫操作已經(jīng)完成，可不斷地查詢應答線BUSY=0？，如果BUSY=0，表明模塊對用戶的寫操作已經(jīng)執(zhí)行完畢。可以再送下一個數(shù)據(jù)。向模塊發(fā)出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標及漢字代碼在內(nèi)共需5個字節(jié)，模塊在接收到最后一個字節(jié)后才開始執(zhí)行整個命令的內(nèi)部操作，因此，最后一個字節(jié)的應答B(yǎng)USY=1持續(xù)時間較長。
3.5 語音模塊
將用語音合成的相應WAVE 語音文件壓縮為凌陽SACM_S480格式，SACM_S480采用混合編碼，綜合了參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點，保持波形編碼的高質(zhì)量和參數(shù)編碼的低速率，壓縮比為80：3。SACM_S480語音文件在程序中經(jīng)解碼處理，送往D／A播放語音提示。SPCE061A具有7通道lO位電壓A／D轉(zhuǎn)換器和單通道聲音A／D轉(zhuǎn)換器；聲音A／D轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能，可編程音頻處理；使用凌陽音頻編碼SACM_S480方式；提示“請刷卡”、“請進”等信息。
4 系統(tǒng)軟件設計
4.1 門禁控制器工作流程
門禁控制器主要實現(xiàn)卡信息的讀取和按鍵密碼驗證、液晶顯示及語音提示、無線模塊接收及發(fā)送操作信息等，軟件主程序流程見圖3。
4.2 PC機管理軟件
PC機管理軟件是在Windows XP操作平臺上利用Visual C++6.0開發(fā)的，具有友好的人機交互界面，顯示直觀，操作方便。主要由通信處理模塊、卡片管理模塊、控制器管理模塊、權限管理模塊等組成[5]。各模塊均以SQL SERVER為后臺運行數(shù)據(jù)庫，利于實現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)操作和共享。數(shù)據(jù)庫包括實時操作信息、注冊和注銷信息、卡認證信息和鍵盤操作信息。
圖3 門禁控制器主程序流程
5 結語
采用無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)門禁控制與PC機的信息交互，減少了施工難度，利于日后管理者對門禁網(wǎng)絡的改造。該系統(tǒng)具有很大的擴展空間，根據(jù)需要不僅可以進行門禁控制器節(jié)點的擴展，而且在功能上可以同視頻監(jiān)控、防盜報警等系統(tǒng)集成聯(lián)動，也可在以后根據(jù)需要采用指紋識別、人臉識別等技術升級替換RFID讀卡模塊。
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