基于RS485總線和RFID的智能門禁系統(tǒng)實現(xiàn)

　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)，特別是射頻通信識別技術(shù)的進步，門禁系統(tǒng)在安全性、方便性、易管理性等方面也得到了長足的發(fā)展，成為確保小區(qū)及其它重要部門出入口安全的有效措施，已廣泛應(yīng)用于交通、物流管理等多個領(lǐng)域[1-3]。

RS485總線主機調(diào)度網(wǎng)以其組網(wǎng)容易、造價低、軟硬件豐富、添加節(jié)點方便快捷、數(shù)據(jù)傳輸可靠穩(wěn)定、誤碼率較低及傳輸距離適中等優(yōu)點，仍是目前中小型網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的主流形式。本工作研究了一種基于RS 485總線和RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)方案。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)總體框圖見圖1，其結(jié)構(gòu)采用集散式控制形式，各下位機分別監(jiān)控各自節(jié)點內(nèi)的操作狀況，又統(tǒng)一受上位機的監(jiān)控。該系統(tǒng)采用PC機作為上位機，主要負責(zé)住戶信息的數(shù)據(jù)庫管理、各節(jié)點住戶實時操作的監(jiān)控與信息記錄等，具體信息包括：RFID卡信息、住戶個人信息、密碼信息、實時操作信息和歷史記錄及系統(tǒng)時間等。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(zé)本節(jié)點內(nèi)RFID卡的管理、用戶權(quán)限的判定及門狀態(tài)的控制等。各節(jié)點內(nèi)的485收發(fā)器MAX485負責(zé)接收來自485總線的PC機控制數(shù)據(jù)或者通過總線向上位機發(fā)送實時操作信息見圖2。各門禁控制器通過一個串口讀取RFID卡信息，并通過另一個串口與485總線通信。上位機通過串口并經(jīng)232—485電平轉(zhuǎn)換后連接至485總線，統(tǒng)一管理各門禁控制器。

　　　　　　　　　　　　圖1 智能門禁系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)工作過程為：用戶將持有的RFID卡接近讀卡器時，讀卡器識別卡信息并通過串口將卡信息傳送給單片機控制器。用戶也可以通過鍵盤輸入密碼，單片機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(quán)限，進而控制門狀態(tài)。單片機通過另一個串口經(jīng)由485收發(fā)器通過總線與上位機通信，將卡信息、各時刻操作信息、鍵盤信息等傳送到總線上，上位機通過總線對這些信息進行文件和數(shù)據(jù)庫的存儲；同時，上位機對各住戶的卡、密碼及個人信息以注冊或者注銷等形式進行數(shù)據(jù)庫管理，以便于查詢。

　　　　　　　　　　　　　圖2 485收發(fā)器電路

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2．1硬件組成

上位機硬件是PC機和232—485轉(zhuǎn)接卡。下位機硬件主要包括RFID讀卡器、485收發(fā)器和門禁控制器。下位機節(jié)點結(jié)構(gòu)見圖3。

　　　　　　　　　　圖3 下位機門禁控制器總體框圖

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

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

485總線收發(fā)器采用MAXIM 公司的MAX485，其電路原理見圖2。其中加入光隔離以實現(xiàn)抗干擾及保護功能。利用單片機的P2．3引腳對其內(nèi)部的發(fā)送和接收驅(qū)動器進行控制，通過單片機的一個串口與之通信。

2．2 工作原理

W77E58具有2個串口，這一點在該系統(tǒng)是至關(guān)重要的。單片機控制器既要通過串口與RFID讀卡器通信，又要通過串口與485總線控制器MAX485通信，因此選擇具有2個串口的單片機是解決這一矛盾的最佳方案。而且在相同的時鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051快2．5倍，這對于作為門禁控制器核心的單片機來說也是大有優(yōu)勢的。

鍵盤具有12個按鍵，各按鍵的功能定義為：數(shù)字鍵0-9、確認鍵及取消鍵。用戶可以通過鍵盤輸入密碼信息，也可以通過鍵盤呼叫開門。EEPROM 存儲器AT24C256用來存儲用戶密鑰信息及RFID卡的卡號和密碼信息，它具有IIC總線功能，可以在IIC總線的時序下對它進行讀寫操作；DS1302時鐘芯片用來向系統(tǒng)提供時鐘，為了方便，該時鐘應(yīng)與上位機一致；另外，采用MAX813看門狗芯片監(jiān)視程序的運行；采用EA_D20040AR液晶顯示器顯示用戶通過鍵盤輸入的密碼、實時操作信息及系統(tǒng)時間信息等；采用DS2Y—S繼電器控制電門的開關(guān)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由上位機管理平臺和下位機門禁控制程序組成。

上位機管理軟件是在Windows XP操作平臺上，利用Visual C++6．0開發(fā)的，功能包括RFID卡注冊注銷、住戶信息添加、刪除、查找、編輯、排序、顯示、實時監(jiān)控、管理員登錄驗證等，具有友好的人機交互界面，顯示直觀，操作方便。系統(tǒng)運行時，各門禁控制器將采集到的卡信息、鍵盤信息及實時操作信息以TxT文件的形式存儲在上位機中；各小區(qū)的單元住戶信息以“樹”視圖的形式顯示在平臺界面的左側(cè)窗口中。點擊相應(yīng)的節(jié)點，各單元的住戶信息以數(shù)據(jù)庫表的形式顯示在平臺界面的右側(cè)窗口中。平臺下面的“Tab”控件用來實時顯示各門禁控制器的實時操作信息。

下位機控制程序采用8OC51語言編程，Wave6000編譯仿真。該部分實現(xiàn)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、時間設(shè)置和讀取、經(jīng)由485總線接收及發(fā)送操作信息等。軟件主程序流程見圖4。

3．1 485通信

通信波特率設(shè)為9600bit·S-1 。通信協(xié)議為起始字符+本機地址+功能字符+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)信息+結(jié)束字符其中，起始字符為’@ @@ ’，結(jié)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信息，并依此修改EEPROM 相應(yīng)內(nèi)容，達到實時更新。中斷流程見圖5。

3．3 卡及密碼管理與認證機制

一般情況下每個門禁控制節(jié)點的密碼只有一個，該密碼既存儲在上位機的數(shù)據(jù)庫里，也存儲在EEPR0M里，當(dāng)上位機修改此密碼時，將修改信息經(jīng)由總線發(fā)送給下位機，進行同步修改。

用戶的卡信息存儲方式與密碼相同，不同的是每個節(jié)點下的卡號信息不止一個，可以幾十個。當(dāng)用戶通過上位機注冊或者注銷卡時，需要將改動信息經(jīng)由總線發(fā)送給下位機，實現(xiàn)同步修改。認證過程如下：當(dāng)住戶通過鍵盤輸入密碼時，控制器將該信息與EEPROM 中的密碼信息進行校對。如果正確，則通過繼電器將門打開，并經(jīng)由總線按照協(xié)議向上位機發(fā)送密碼開門正確信息；反之，則操作相反。刷卡操作與密碼大致相同。

3．4 數(shù)據(jù)庫與實時信息管理

對用戶信息(卡、密碼)的管理采用數(shù)據(jù)庫的形式。利用Access2000創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，包括所有門禁控制節(jié)點的密碼表和各門禁控制節(jié)點住戶信息表。通過數(shù)據(jù)庫類的成員變量In—pSet對數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作，可以通過管理平臺添加或者刪除用戶信息。上位機以文件的形式記錄各門禁節(jié)點的實時操作信息，文件格式為TxT格式，共創(chuàng)建4個文件，分別用來存儲：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。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了射頻RFID卡識別，門禁系統(tǒng)密碼認證，實時信息顯示，上位機數(shù)據(jù)庫管理與存儲等功能。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，而且在功能上可以加入攝像頭等監(jiān)控工具。經(jīng)實驗證明，系統(tǒng)設(shè)計合理、工作可靠、開發(fā)成本低、性價比高，具有很強的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景。

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(59978018)
作者簡介：楊莉(1983～)，女，吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院 碩士研究生．

參考文獻

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