基于非接觸IC卡的門禁控制系統設計

【摘要】本設計是一套基于非接觸式IC射頻卡和單片機的門禁控制系統，上位機通過CAN總線向下位機（單片機）下傳各微控制器參數及卡號信息，同時可從下位機上傳其記錄的流水記錄完成進出入的智能化管理。

【關鍵詞】門禁系統;射頻卡

1.引言

現代化的企業管理模式和高度科學化的企業管理已成為企業生存的有力保障。企業的公共安全，人員管理和企業保密工作任何一個環節的不慎或失誤，都將有可能對企業造成損失。在企業經濟效益，科技成果，管理內部事務等一系列問題上，門禁管理系統為企業提供了強有力的保障。

出入口門禁系統顧名思義就是對出入口通道進行管制的系統，它是在傳統的門鎖基礎上發展而來的。傳統的機械門鎖僅僅是單純的機械裝置，無論結構設計多么合理，材料多么堅固，人們總能通過各種手段把它打開。在出入人很多的通道（像辦公室，酒店客房）鑰匙的管理很麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。為了解決這些問題，就出現了電子磁卡鎖，電子密碼鎖，這兩種鎖的出現從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度，使通道管理進入了電子時代，但隨著這兩種電子鎖的不斷應用，它們本身的缺陷就逐漸暴露，磁卡鎖的問題是信息容易復制，卡片與讀卡機具之間磨損大，故障率高，安全系數低;密碼鎖的問題是密碼容易泄露，又無從查起，安全系數很低。同時這個時期的產品由于大多采用讀卡部分（密碼輸入）與控制部分合在一起安裝在門外，很容易被人在室外打開鎖。這個時期的門禁系統還停留在早期不成熟階段，因此當時的門禁系統通常被人稱為電子鎖，應用也不廣泛。

最近幾年隨著感應卡技術，生物識別技術的發展，門禁系統得到了飛躍式的發展，進入了成熟期，出現了感應卡式門禁系統，指紋門禁系統，虹膜門禁系統，面部識別門禁系統，亂序鍵盤門禁系統等各種技術的系統，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長，門禁系統的應用領域也越來越廣。

本設計就是一套基于非接觸式IC射頻卡和單片機的門禁控制系統，完成對某些重要場所的進出入智能化自動化管理。

2.系統硬件結構

系統設計使用主從CPU結構，這種結構可以減少單個CPU的工作量，提高系統的實時性。系統結構如圖1所示。

圖1 系統整體

主控CPU負責系統門禁整體調度，采用大容量的RAM和大容量的FlashROM進行擴展，以記錄門控信息，同時系統擴展了CAN總線接口與PC機通信，實現了門禁系統的分布式管理。

從CPU用于讀取非接觸式IC卡的卡號及一些開關量（如超級開門權限），并控制繼電器的輸出（門鎖控制）。

系統主電路使用開關電源供電，為了使通信電路有較強的抗干擾能力，該部分電路電源與系統其它處電源隔離，所以采用DC-DC轉換電路給其供電。

為了增強系統的穩定性與安全性，還在系統中加了CPU抗干擾單元電路。具體采用了微處理器監控電路MAX1232，其主要功能包括：

（1）電源監控：電壓監測器監控Vcc，每當Vcc低于所選的容限時，就輸出并保存復位信號;

（2）按鈕復位輸入：在PBRST端靠手動強制復位輸出;

（3）監控定時器：當系統因干擾或其他原因導致程序“跑飛”，他會給出復位信號并自動恢復運行。

系統時間記錄選擇了實時時鐘芯片DS12887（RealTime Clock）。它可以替代IBM-AT計算機日歷、時鐘;在無外接電源的情況下，可以穩定工作在十年以上;芯片帶有128字節的內部RAM，其中部分RAM可作為用戶RAM使用。

系統使用CAN總線與上位PC機進行數據交換，進行門禁控制管理與門禁控制的歷史記錄。CAN是英文Controller Area Net的縮寫，即控制器局域網絡，它是主要用于各種過程（設備）監測及控制的一種網絡。是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，CAN總線上任一個節點均可在任一時刻主動向網絡上的其他節點發送數據，而不分主從，通信靈活。CAN總線節點在嚴重錯誤的情況下，可自動切斷與總線的聯系，以使總線上的其他操作不受影響，具有高可靠性。CAN總線每幀數據都含有CRC（循環冗余）校驗及其他校驗措施，采用非破壞性總線仲裁，數據出錯率低，糾錯能力強。由于以上優點，CAN總線已成為一種總線標準。CAN總線驅動器可以連接至少110個節點，對于樓層或小型建筑用一臺PC機（使用CAN接口卡）就可以完成對整個系統的監控管理。

另外，電路設計采用獨立的CAN控制器，并使用了CAN控制器接口芯片以增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力、保護總線，降低射頻干擾（RFI），實現熱防護等。為了進一步提高抗干擾措施，在CAN控制器和CAN控制器接口芯片間使用了由高速隔離器件6N137構成的隔離電路。

從CPU與主CPU之間采用串行口進行多機通信，主CPU可以帶多個從CPU，方便控制的擴展。

系統讀卡器采用WEIGAND26串行數據協議，卡號信息共26位，其中首位與末位為奇偶校驗位，剩下24位正好是3個字節的卡號。串行數據最大的優點是距離遠，走線少，抗干擾能力強。

為了防止人為破壞，系統中增加了防撬監控電路，采用普通的IO監控，防撬開關或暗導線。

3.系統軟件設計

門禁控制系統僅允許注冊的用戶IC卡，而且賦予不同的權限（如使用時段，使用時間），通過PC機CAN總線下傳到主控器的FlashROM中以備校驗使用。對于丟失的用戶卡給予特殊處理，如列入黑名單，當再次使用時給予報警。對于每次開門打卡都做成流水記錄，存放于主控器的擴展RAM中，以備上傳到PC機，通過PC機管理記錄。

門禁控制系統中PC機是通過CAN卡跟主控器進行數據交換，該部分使用Delphi編寫程序，通過調用CAN卡開發商提供的API函數進行，并使用了數據庫管理技術。

門禁主控器分主CPU和從CPU兩部分，其分別負責不同工作。

主CPU負責整體卡號采集、權限判斷、控制調度和與上位PC機進行數據交換。該部分工作過程如圖2所示。

圖2 主CPU工作過程

（1）系統上電后主CPU便讀取硬件所設定主控器的地址（一個CAN驅動器可以驅動110個節點，設定不同的地址），存放于地址緩沖器，以備與上位機通信時主控器身份的識別。

（2）輸入輸出初始化：該初始化包括RAM存儲器初始化、定時器、串行口、CAN控制器等的初始化和對從CPU的初始化。

（3）在以上過程完成后，系統進入主循環：實時監視主控器是否被撬，一旦被撬，馬上將系統鎖死并報警處理;如果系統正常，將讀取卡號并根據權限給從CPU開關鎖命令，同時進行流水記錄，記錄包括卡號、時間等信息。

（4）在系統主循環中，可以隨時接收上位PC機的信息并根據要求進行數據交換，通信使用CAN2.0B協議。

圖3 從CPU工作流程

從CPU用于讀取非接觸式IC卡的卡號及一些開關量，通過串行口傳到主CPU，并根據主CPU所給的控制要求控制門鎖的開關。該部分程序流程如圖3所示。

（1）系統上電后從CPU便讀取硬件所設定讀卡器的地址（一個從CPU可帶多個讀卡器，設定不同的地址），存放于地址緩沖器，以備與主CPU通信時讀卡器身份的識別

（2）輸入輸出初始化：該初始化包括RAM存儲器初始化、定時器、串行口等。

（3）以上過程完成后，系統進入主循環：實時輸出主CPU傳來的控制信息。

（4）在從CPU主循環中，通過中斷讀取射頻IC卡的卡號，并通過串行口隨時傳給主CPU，同時通過串行口接收主CPU傳來的控制命令。

4.結束語

出入口門禁安全管理系統是新型現代化安全管理系統，它集微機自動識別技術和現代安全管理措施為一體，它涉及電子，機械，光學，計算機技術，通訊技術，生物技術等諸多新技術。它是解決重要部門出入口實現安全防范管理的有效措施。適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區、工廠等。在數字技術、網絡技術飛速發展的今天，門禁技術得到了迅猛的發展。門禁系統早已超越了單純的門道及鑰匙管理，它已經逐漸發展成為一套完整的出入管理系統。它在工作環境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發揮著巨大的作用。

參考文獻

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作者簡介：竇文淼（1984—），女，學士，助教，現供職于桂林電子科技大學信息科技學院，主要研究方向：測控技術與儀器。