基于韋根協議的門禁系統多路控制器設計

吳力普,孫啟帥

（北方工業大學 機電工程學院，北京100144）

近幾年，一些重要機關、科研實驗室、檔案館以及其他一些重要部門對于智能建筑的安全性要求越來越高，門禁系統是在現代智能建筑中應用比較廣泛的一種安全設施,它能管理人群的進出，限制未授權人士隨意出入某些區域。目前，市場上存在的門禁控制器大部分是單門控制，而兩門或者多門的控制器成本較高，因此，本文設計了一款價格成本比較低的、可同時支持多路刷卡的門禁控制器應用于門禁系統中。該控制器除了可以控制多路門的進出之外，還可以實現火災報警，記錄刷卡、讀取門狀態、火災報警等操作的時間，以及傳送通信協議等功能。

1 結構和功能介紹

圖1 門禁控制器的系統框圖

圖1為門禁控制器[1]的系統框圖，整個門禁控制器可分為電源模塊、單片機最小系統、時鐘電路、火災報警輸入電路、按鍵與門磁輸入電路、韋根接口與光耦電路、鎖電路與報警聯動輸出電路等單元。其中，電源模塊用來給整個系統供電，時鐘電路用于記錄刷卡以及相關操作的時間，火災報警輸入電路用于火災發生時的報警信號輸入，按鍵與門磁輸入電路用來檢測門的開關信號，韋根接口與光耦電路用來接收韋根數據，鎖電路與報警聯動輸出電路用來輸出火災發生時的報警信號并決定鎖的開關。單片機通過韋根接口輸入的數據來判斷哪個門有人刷卡，并記錄刷卡的時間以及控制門的開關。同時當有火災發生時，火災報警輸入電路會給單片機輸入一個報警信號，單片機通過判斷此信號決定鎖電路的開關并使報警聯動輸出電路輸出一個信號給報警裝置來決定報警與否。單片機通過判斷按鍵產生的信號來判斷內側門的開關[2]。

1.1 電源模塊

電源模塊如圖2所示，1205是一個隔離電壓轉換模塊，輸出的5 V電壓為系統中的單片機最小系統以及時鐘模塊供電；LM7805是一個三端穩壓模塊，輸出的5 V數字電壓給系統中起隔離作用的光耦電路供電。

圖2 電源模塊原理圖

1.2 時鐘電路

時鐘電路主要用于記錄門的開關時間、刷卡時間、火災報警時間等需要記錄時間信息的情況。本系統采用市場上常用的時鐘芯片DS1302，因其工作時功耗很低，用一節紐扣電池做備用電源就可以工作很長一段時間，其與單片機的連接如圖3所示。

圖3 時鐘電路

1.3 韋根接口與光耦電路

圖4所示為單路韋根接口與光耦電路的原理圖，韋根信號通過光耦隔離電路進入單片機的中斷管腳上，用中斷的方式接收數據可以防止數據的丟失。本系統可以支持4路信號，如果擴展IO口芯片，會支持更多路。

圖4 韋根接口與光耦電路

1.4 鎖電路與報警聯動輸出電路

圖5為鎖電路與報警聯動輸出電路原理圖，通過單片機的一個管腳對此進行控制。當此管腳為高電平時，繼電器的線圈得電，鎖電路閉合，同時給報警電路輸出一個報警信號；當此管腳為低電平時，繼電器的線圈失電，鎖電路與報警聯動輸出電路無動作。

圖5 鎖電路與報警聯動輸出電路

1.5 火災報警輸入電路

火災報警輸入電路如圖6所示。輸入部分類似于一個開關量控制，圖中用S代替火災報警輸入，與單片機一個管腳相連接（圖中為PB3），單片機通過判斷此管腳電平的高低來判斷是否有火災發生。若有火災發生S閉合，相當于輸入0管腳電平拉低，報警器報警，否則不報警。門磁輸入、按鍵輸入與火災報警輸入原理相同。

圖6 火災報警輸入電路

2 程序設計與流程圖

2.1 韋根接口協議簡介

韋根協議[3-4]是由摩托羅拉公司制定的一種通信協議，它適用于涉及門禁控制系統[5]的讀卡器和卡片的許多特性。其協議并沒有定義通信的波特率，也沒有定義數據長度，主要定義的是數據傳輸方式。韋根碼在數據的傳輸中只需兩條數據線，一條為DATA0，另一條為DATA1。協議規定，兩條數據線在無數據時均為高電平，如果DATA0為低電平代表數據 0，DATA1為低電平代表數據1。韋根協議有很多格式，標準的26 bit是最常用的格式，此外，還有34 bit、36 bit等格式。本文所設計的控制器是基于常用的26 bit標準格式進行數據通信的。

2.2 多路門禁通信協議設計

本設計定義了一種多路門禁通信協議，此協議共分為6部分，如表1所示。協議傳送的內容如表2所示。

2.3 軟件程序設計

整個程序實現了控制器對多路門的控制。其功能主要為：單片機通過串口中斷方式接收上位機指令，根據上位機指令進行相關動作。當接收到修改時間指令時，單片機會修改系統時間；當接收到讀門狀態指令時，單片機會將所有門狀態讀出，并封裝成數據幀回傳給上位機；當有人刷卡時，單片機通過外部中斷方式接收韋根數據，并記錄卡號及刷卡時間，使門打開。單片機實時檢測按鍵與門磁輸入、火災報警輸入，一旦檢測到相應的管腳電平有變化就會做出開關門或火災報警的動作。

表1 多路門禁通信協議

表2 協議傳送內容

圖7 程序整體結構流程圖

圖7為程序整體結構圖，裝置上電后，單片機完成各管腳狀態、寄存器以及串口中斷和外部中斷的初始化，然后開中斷，單片機進入主循環程序。單片機進入主循環時運行的程序流程如圖8所示，其工作過程就是控制多路門的過程，通過接收上位機指令完成修改時間、讀取門狀態、判斷火災、記錄刷卡等操作。

本文在韋根協議的基礎上開發出一種多路門禁通信協議,以完成對多路門的控制。其原理簡單易懂，功能豐富，能通過一個控制器采集多路門的信息，實現對多路門的控制，而且可以允許多個門同時刷卡進出，實用性及擴展性強，具有很強的推廣價值。

圖8 主程序流程圖

[1]于長波.非接觸式IC卡門禁控制器的設計[D].蘇州:蘇州大學,2009.

[2]沈建良，趙文宏，賈玉坤.ATmega128單片機入門與提高[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009.

[3]索靜，田生喜，劉杰.韋根信號接收處理的實現[J].福建電腦,2010,26(4):101-102.

[4]柴卉，萬振凱.韋根協議在門禁系統中的應用[J].儀器儀表用戶，2007,14(5):111-112.

[5]薛琳，魏蘭磊,朱述川,等.基于 GPRS和RFID技術的門禁控制系統[J].電子技術應用,2012，38(6):145-148.