基于單片機無線門禁系統的設計

何薇

隨著電子信息技術的發展，生產工藝的簡化，使得很多信息技術應用在我們的生活中。而無線門禁技術就是其中的一種，現在人們的生活水平越來越高，許多的隱私、財產都涉及到安全問題，所以無線門禁系統就應運而生，它給我們的生活帶了許多便利，自動識別技術識別進出人員身份是它的主要功能。

1.設計整體說明

門禁系統主要由門禁控制器、讀卡器、電控鎖、門磁傳感器、識別卡、通信管理器、管理主機、管理軟件等組成。典型門禁系統構成見圖1.1-1。讀卡器來識別身份，將電控鎖來控制門的開關，門禁控制器是系統的總指揮，它來決定是否為本系統已授予權限的卡，該卡是否符合所設定的擁有合理的權限，從而判斷它是否可以在合理的時間開門。

門禁控制器是整個系統的總指揮部分，對門鎖的開關和判斷卡片的合理等都由它來控制完成，整體的控制命令和傳輸的信息記錄都經過控制器來傳輸，它還涉及到門鎖的狀態，和記錄存儲進出用戶信息和時間等等。

1.2 門禁系統的內部設計

本設計的傳輸方式是采用無線傳輸的方式。由主控芯片LM3S8962通過無線模塊nRF905發送與接收來自多個門禁提供的信息。除此之外，本設計還帶有鍵盤輸入密碼解鎖功能，用于新進人員或訪客。系統框圖如圖1.2-1。

當我們把一張IC卡經發射端把8個十六進制的卡號發來后，然后接收端就提取發送來的卡號與門禁控制器中存儲的卡號進行校對。當需要密碼輸入時，輸入密碼與系統中的校對，進行驗證，方法根據卡號判斷的方法相當。

2.硬件系統設計

2.1門禁控制器的簡介

2.1.1門禁控制器的功能簡介

此為門禁系統的最重要的核心部分。這里主要采用LM3S8962芯片為主控芯片。此門禁系統采用了兩種管理辦法，一是刷卡識別，另一種是密碼識別。以下是對這兩種的簡介。

密碼門禁系統：通過矩陣鍵盤輸入密碼，判斷密碼正確就驅動電鎖，解鎖放行。優點：簡潔方便，成本低。缺點：等待麻煩。

刷卡門禁系統：依照卡的種類又分為兩種，一種是接觸卡門禁系統（磁條卡條碼卡），另一種是非接觸卡門禁系統。

2.1.2主控芯片LM3S8962簡介

這個芯片的微控制器基于ARM CortexTM-M3的控制器，這個是采用高性能的32位運算能力。這款的傳統芯片所有型號都是以小占位面積的封裝的形式，大大節省的使用空間。以價位的器件來享受享受高達32位的性能。

2.2電控鎖驅動電路

讀卡器接收卡號后。判斷該卡號的是否有授權合理，如果卡號有合理授權，則執行開門信號。即將單片機主控設備的P2.7置為低電平0。以下的測試點A轉變變為高電平1后，與此同時光電隔離器工作，那么接下來三極管選擇導通，繼而電器線圈驅動電路，開關執行閉合，電鎖就可以打開。

2.3 4×4矩陣鍵盤硬件電路

它主要采用中斷方式來判斷按鍵輸入，若其中有一個按鍵被按下，那么兩個端口就會發生變化，于是內部原先設定的程序，在這里系統可以判斷哪個鍵被按下。功能鍵包含六種：即左移或右移鍵，用來選擇性控制；取消鍵，用于當輸入錯誤數字。

2.4 驅動電路

電路功能是當輸入密碼，由系統驗證后符合管理權限，就按開門鍵或關門鍵來控制門禁系統，這里控制門控系統開關設備。環境就要確保額定工作電壓為+5 V，額定工作電流最大為70mA，因為CC430F5135的I/O輸出電壓為+3V，故不能直接驅動繼電器工作，那么就需要加一個三極管作為開關來控制繼電器的總開關，繼電器繼而接收CC430F5135的主流控制信息來完成相應的控制程序的操作。

2.5 無線模塊

本設計使用的無線模塊為nRF905，圖 2.5.1-1所示就表示集成了nRF905的外圍所需的器件， 包含一個鞭狀天線， 傳送距離可到300m以上，其引腳可以工作在433/868/915MHz的ISM主控頻段。模塊微控制器通信與SPI接口，這里系統滿足了簡單、快速、高效。

3.軟件設計

3.1 通信協議

這里的PC機與主控設備間的設置包括：給予下載制定權限的卡號、給予上傳讀卡人信息的上傳與讀卡的瞬時時刻等等。

3.2 門禁管理軟件

該系統采用Visual FoxPro為前臺開發工具，主要由權限模塊為管理模塊，主要是用于管理系統的定義；卡片管理模塊，制定或刪除序列號、卡號；控制器管理模塊。3.3 軟件設計流程圖

這里的主程序設計主要采用密碼控制和非接觸式卡片控制的管理模式，其任選一種都可執行。主控程序由PC機控制，方式由自定義選擇。

此程序采用串口執行的主要程序，用調用發生函數來判斷。其執行過程要通過兩種類型的判斷，傳輸如遇到可執行函數判斷，則開始執行，經采集傳輸數據后，最終進行總線據傳輸到門禁核心器中判斷

3.4 對稱密鑰密碼體制

這里體制中加密密鑰和解密密鑰一樣。在所有的范圍內，通信雙方享用一個共同密鑰k，一方用密鑰k加密明文，產生密文；另一方用密鑰k解密密文，解析出恢復說明文。

我們這里把加密與解密詳細過程統一標柱為：（m∈M明文空間，Ek表示加密算法，Dk表示解密算法）

加密算法就和解密算法一樣，系統的判斷分組的明文信息是根據密鑰執行一系列可逆的擴散與混亂總體算法。

3.5非對稱密鑰密碼

其實在對稱密鑰密碼系統中，人們發現它有兩種主要缺陷：

密鑰管理系統具有一定的復雜性，比如，在一個具有多個用戶的相互通訊系統中，那么需要有Cn2個密鑰，n表示多個用戶，n很大時，就會變得維護密鑰的安全變得復雜。

對稱密鑰系統只有在小的范圍內能保證獲取的信息，如用戶身份的真實性的可靠；而在大的范圍內，這樣的對稱性確不能保障。

4.結束語

本次設計所提出的基于單片機的門禁系統應用于住宅辦公區域、小區以及一些重要區域。無線門禁系統更加方便和更加節約成本，能有效的防止不速之客的進入，為了創造更加安全的信息環境，為了更加健康安全的和諧社會。這種門禁系統所使用的IC不易污損，能夠重復使用，極大地保障了門禁系統的高效、便捷、智能。隨著未來電子通信技術的進步，我相信在以后無線門禁系統應用就會越來越廣泛。

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