基于單片機(jī)的門禁控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

羅 坤，趙新穎

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

密碼門禁系統(tǒng)、IC卡門禁系統(tǒng)和指紋識別門禁系統(tǒng)是常見的幾種門禁控制系統(tǒng)。其中IC卡由于其較高的安全性、便捷性和性價比成為門禁系統(tǒng)的主流，在需要控制人員出入的場所使用IC卡開門，不但能使管理工作實現(xiàn)自動化、智能化，方便地管理和控制應(yīng)用場所的人員進(jìn)出情況，驗明出入人員的身份和出入權(quán)限，而且還能保留相應(yīng)的記錄，進(jìn)行遠(yuǎn)程異地操作。本文以AT89C52單片機(jī)為核心，通過其對各個模塊進(jìn)行控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的信息儲存和信息識別等各項功能，設(shè)計和實現(xiàn)了IC卡門禁系統(tǒng)。

1 IC卡門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計要求及設(shè)計方案

門禁機(jī)模塊主要完成對讀頭部分的設(shè)計及門禁機(jī)主控模塊的設(shè)計。本系統(tǒng)采用非接觸智能卡讀寫模塊，讀入并保存數(shù)據(jù)，且有加密和數(shù)據(jù)分區(qū)存儲功能。系統(tǒng)管理模塊主要完成對系統(tǒng)管理主控模塊和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫軟件的設(shè)計。數(shù)據(jù)傳輸模塊主要完成中央控制電腦與門禁讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計，能實現(xiàn)主、從機(jī)的雙向數(shù)據(jù)傳輸及一對一、一對多的數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)設(shè)計要求，整個系統(tǒng)分為三大部分:讀寫器部分、中央控制電腦的軟件管理系統(tǒng)模塊和中央控制電腦與讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸模塊。其總體方案如圖1所示。

圖1 非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)框圖

2 電路設(shè)計

2.1 門禁機(jī)模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)采用的是Philips公司的非接觸智能IC卡Mifare1卡。以M1卡作為用戶卡，以用戶卡的序列號SN(全球唯一)為依據(jù)控制門的開啟。首先，在發(fā)卡系統(tǒng)(中央控制PC機(jī))里把用戶的卡號及個人信息輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并將該卡號作為合法卡號下載給所有門禁機(jī)。讀寫模塊采用Philips公司最新推出的 Mifare讀寫芯片 MF RC500為核心開發(fā)的ZLG500A讀寫模塊，它可以方便地與任何MCU進(jìn)行接口，其接口電路圖如圖2所示。

通過AT89C52對ZLG500A的控制達(dá)到對卡的讀寫，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低且具有信息量大和安全保密性好等特點。外圍配有RS232轉(zhuǎn)RS485接口，能與PC機(jī)互連成網(wǎng)絡(luò)，可以完成讀卡、顯示卡號和出入時間、身份識別、開鎖以及保存和上傳出入記錄、下載黑名單、設(shè)置開門權(quán)限等功能。

圖2 ZLG500與MCS－51單片機(jī)接口圖

門禁機(jī)模塊的主控軟件主要完成門禁機(jī)模塊的初始化、卡的識別、開啟門鎖及保存有關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)任宕蠊δ?。其總體工作流程如圖3所示。

圖3 非接觸式IC卡門禁機(jī)總體工作流程

2.2 門禁機(jī)主控模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)中的MCU除了完成對ZLG500A讀寫模塊的控制外，還要承擔(dān)其它功能的控制，主要包括四大部分:鍵盤和顯示部分、實時時鐘和掉電保護(hù)部分、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸部分、驅(qū)動控制部分。門禁機(jī)控制框圖如圖4所示。

2.3 門禁管理模塊的設(shè)計

門禁管理模塊是智能門禁系統(tǒng)的管理中心，它主要包括系統(tǒng)管理的主控模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。主控模塊主要的功能有卡管理，即發(fā)卡，包括最高權(quán)限卡對管理員和一般用戶發(fā)卡，管理員對一般用戶發(fā)卡;卡的掛失與解掛;卡查詢等功能。而數(shù)據(jù)庫模塊主要功能是門禁數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)更新、查詢統(tǒng)計和報表的打印等。

圖4 門禁機(jī)控制框圖

(1)門禁管理系統(tǒng)主控模塊設(shè)計

本系統(tǒng)的主控模塊由三大部分組成?？ㄆ芾聿糠?完成系統(tǒng)管理和卡授權(quán)、原始數(shù)據(jù)庫操作和管理等任務(wù);新刷卡記錄部分:完成當(dāng)天門禁記錄的存儲和管理，其主要作用是記錄當(dāng)天的人員進(jìn)出情況;舊刷卡記錄部分:對前一段時間內(nèi)刷卡的情況進(jìn)行保存操作，其主要作用是對以前的人員進(jìn)出情況作記錄以便以后進(jìn)行查找。

(2)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理的軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)庫管理軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的建立、數(shù)據(jù)的錄入和管理，具有采集新刷卡記錄，對刷卡記錄進(jìn)行排序、查找、卡號統(tǒng)計，保存當(dāng)天的刷卡記錄等功能;同時要求能完成對刷卡記錄進(jìn)行班級統(tǒng)計、專業(yè)統(tǒng)計、卡號統(tǒng)計、報表打印，對作廢的卡進(jìn)行刪除等輸出、統(tǒng)計功能。本系統(tǒng)選用Visual Basic作為軟件開發(fā)工具，Access作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理工具。

(3)數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計

數(shù)據(jù)傳輸可以有多種方式，既可以用有線方式，如總線傳輸、串行傳輸、局域網(wǎng)絡(luò)傳輸和廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?也可以采用無線方式，如短距離無線直線傳輸、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?，本系統(tǒng)中兩種傳輸方式并存，可適應(yīng)不同用戶的需求。

本系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸采用FC201B/E的無線模塊作為網(wǎng)絡(luò)通信接口，以E協(xié)議作為透明模式通信協(xié)議，最大可尋址4096個用戶。

智能門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸分為上位機(jī)和下位機(jī)，上位機(jī)是由系統(tǒng)管理員操作的PC機(jī)，下位機(jī)是MCU控制的各門禁讀寫器。上位機(jī)與無線發(fā)射模塊連接時，通常采用URAT(TTL電平)連接方式，如圖5所示。下位機(jī)是以MCU為核心的智能卡讀寫器，其任務(wù)是將讀到的卡數(shù)據(jù)，通過無線方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，其具體的通訊接口如圖6所示。

圖5 URAT(TTL電平)連接方式

上位機(jī)通過無線傳輸模塊接收來自下位機(jī)的數(shù)據(jù)，主要是智能讀卡器讀取的卡號和時間，然后核查該卡號是否被授權(quán)，并將核查的結(jié)果通過無線傳輸模塊傳給下位機(jī)，同時將接收到的數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。

圖6 下位機(jī)通信接口圖

下位機(jī)的MCU采用51系列單片機(jī)，單片機(jī)與無線傳輸模塊之間的串行通訊采用匯編語言編程。

當(dāng)智能卡讀寫器讀到卡時，即刻將讀到的卡號和此刻的時間數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)判斷該卡號是否有效，并將判斷結(jié)果回傳給下位機(jī)，下位機(jī)在收到回復(fù)結(jié)果后，根據(jù)卡號是否有效采取相應(yīng)的動作。

3 結(jié)論

本文提出了一個基于單片機(jī)實現(xiàn)對IC卡門禁系統(tǒng)控制的方案，并給出了系統(tǒng)的具體設(shè)計思路。該系統(tǒng)經(jīng)過實際設(shè)計后，運行狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

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