磁卡門禁控制器的如何進(jìn)行設(shè)計(jì)

文章出處：http://m.coolbang.cn 作者：高澤涵，黃嵐 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2010年08月05日

隨著“金融電子化”的高速發(fā)展，尤其“金卡工程”的實(shí)施，使卡基應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越深入到各種管理控制系統(tǒng)。其中“卡基門禁管理控制系統(tǒng)”已成為銀行、商店、停車場(chǎng)、游樂(lè)場(chǎng)、圖書館、實(shí)驗(yàn)室、倉(cāng)庫(kù)等需要對(duì)出入進(jìn)行控制管理的部門和機(jī)構(gòu)、出入管理(即門禁)控制系統(tǒng)的重要方式。本文介紹的門禁控制器具有以下基本功能：

(1)可通過(guò)磁卡閱讀器(也可以是任何具有RS232接口的條碼閱讀器或Ic卡讀寫器)讀取磁卡第二、第三磁道前18位信息，當(dāng)磁卡信息與控制器準(zhǔn)人密碼符合時(shí)，自動(dòng)開啟門控系統(tǒng)。

(2)可自動(dòng)存儲(chǔ)最后900條開鎖記錄，記錄內(nèi)容為開鎖時(shí)間和表示進(jìn)入者身份的l8位磁卡信息。

(3)對(duì)每天24小時(shí)以1O分鐘為單位，可任意將門禁狀態(tài)劃分為“常開”、“常關(guān)”和 自動(dòng)”三個(gè)時(shí)區(qū)。

(4)可任意修改100條長(zhǎng)度為18位的準(zhǔn)人密碼，并可設(shè)置三條主人密碼(允許持主人卡者開鎖不受時(shí)區(qū)限制)。準(zhǔn)人密碼由0～9十個(gè)數(shù)字和通兌符“*”組成。

(5)允許以秒為單位對(duì)開鎖時(shí)間、關(guān)門到位延時(shí)時(shí)間、開門超時(shí)時(shí)間、門故障報(bào)警時(shí)間實(shí)現(xiàn)編程控制(控制范圍1～99秒)。

(6)能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，接受PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐鲗?duì)控制器進(jìn)行編程控制和管理信息提取。并可由PC機(jī)對(duì)多個(gè)控制器組成的網(wǎng)絡(luò)型門禁控制進(jìn)行系統(tǒng)管理。

圖1 硬件框圖

2 控制器硬件設(shè)計(jì)

門禁控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。由單片機(jī)、門鎖驅(qū)動(dòng)、門狀態(tài)接口、讀卡器接口、編程器接口、RS232擴(kuò)展、密碼存儲(chǔ)、開鎖記錄、地址譯碼等單元電路組成。門禁控制器電路原理如圖2所示。

門禁控制器主要有“讀卡”和“編程”兩個(gè)基本工作模式，當(dāng)模式選擇開關(guān)K2斷開時(shí)控制器為讀卡工作模式，讀卡模式下可編程門禁控制器與相應(yīng)的卡閱讀器(磁條閱讀器或條碼閱讀器)和電動(dòng)門鎖配合，可實(shí)現(xiàn)門禁控制管理。當(dāng)模式選擇開關(guān)K2閉合時(shí)控制器工作在編程模式下，此時(shí)控制器能接受PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐鲗?duì)其進(jìn)行編程控制和管理信息提取。單元電路基本工作原理如下：

圖2 門禁控制器電路原理圖

單片機(jī)選用低功耗的CMOS器件AT89C51，它具有4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、32條I／O接口(P0、Pl、P2、P3)、2個(gè)16位定時(shí)／汁數(shù)器、一個(gè)全雙工串行接口、一個(gè)包含5個(gè)中斷源的兩級(jí)中斷系統(tǒng)以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。

密碼存儲(chǔ)、開鎖記錄、地址譯碼部分，采用兩片可讀寫EzPROM存儲(chǔ)器28C64和一片數(shù)據(jù)鎖存器573在讀／寫線和地址譯碼電路控制下，通過(guò)數(shù)據(jù)口P0和擴(kuò)展的地址口P0、P2使控制器具有可任意編寫100條長(zhǎng)度l8位的許人密碼，可自動(dòng)存儲(chǔ)最后900條長(zhǎng)度22位的開鎖記錄的功能。密碼區(qū)起始地址為#2000H，開鎖信息記錄區(qū)起始地址為#2800H。

RS232擴(kuò)展、讀卡器接口和編程器接口組成控制器的串行口驅(qū)動(dòng)電路，由于AT89C51只有一個(gè)串行接口，但門禁控制器要求與兩個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊，即在讀卡模式下控制器應(yīng)與磁條閱讀器通訊，而在編程模式下控制器應(yīng)與PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐魍ㄓ?。為此，電路采用模式選擇開關(guān)K2、RS232傳輸驅(qū)動(dòng)芯片ICL232和多路電子開關(guān)CD4066組成串行口擴(kuò)展電路．模式選擇開關(guān)K2決定P3、2口的電平。以軟件查詢P3．2口(P3．2=1為讀卡模式P3．2=0為編程模式)的方式，并通過(guò)控制P3．3口選通與讀卡器或編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。且設(shè)置AT89C51串行口在讀卡模式時(shí)為低級(jí)中斷方式，串行口工作方式1。波特率由定時(shí)計(jì)數(shù)器T1工作方式2和晶振頻率決定，取T1為八位自動(dòng)裝入常數(shù)#00E6H晶振6MI-IZ時(shí)，串口波特率為1200bit／s。每當(dāng)發(fā)生讀卡操作，程序即轉(zhuǎn)去執(zhí)行讀卡中斷程序。

門鎖驅(qū)動(dòng)和門狀態(tài)接口組成門禁控制器基本接口電路，門禁控制器有J1-J18共l8個(gè)對(duì)外接121。其中，J1、J2為DC12V輸入電源接121。J17、J18為D v輸出電源接口。J3、J4、J5為門鎖控制繼電器輸出接121，由P1．0輸出低電平有效控制門鎖開啟。J6允許進(jìn)入、J7出門有效、J8門故障報(bào)警是三個(gè)TrL電平輸出接口，高電平有效．分別由P1．1、P1．2、P1．3低有效控制。J9門鎖到位信號(hào)、J10出門開關(guān)是兩個(gè)光隔輸入接口，可輸入DCSV~12V開關(guān)信號(hào)，并分別使P1．5、P1．6低有效。Jll開門輔助輸出接口，TrL信號(hào)低有效，由P1．7輸出低電平有效門控制。J12、J13為劇卡器RS232接口。J14、J15為PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐鱎S232接口。J16為信號(hào)公用地線。

控制器其他電路：電路中采用4_8v后備電池對(duì)單片機(jī)89C51單獨(dú)供電，正常時(shí)后備電源開關(guān)K1接通，外接電源對(duì)系統(tǒng)供電且向后備電池充電，當(dāng)外接電源臨時(shí)掉電時(shí)電池僅對(duì)單片機(jī)供電，以保證實(shí)時(shí)時(shí)鐘正常運(yùn)行和保存用戶基本參數(shù)，使控制器在外接電源恢復(fù)正常時(shí)無(wú)需重新編程即可正常開始工作。

3 控制器軟件設(shè)計(jì)

控制器軟件的主要功能有兩部分，一是讀取磁卡器的信息與準(zhǔn)人密碼進(jìn)行比較，當(dāng)符合條件時(shí)開啟門鎖。二是與PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐魍ㄐ?，完成修改?zhǔn)人者信息、更改管理時(shí)區(qū)、更改門控狀態(tài)、確定當(dāng)前時(shí)間等編程工作。控制器軟件流程如圖3所示。

圖3 控制器軟件流程圈

(1)主程序：主程序包括系統(tǒng)初始化、工作模式選擇和時(shí)區(qū)劃分三個(gè)模塊。

初始化模塊完成對(duì)系統(tǒng)的各種參數(shù)設(shè)置。如實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式設(shè)置、串行ISl工作方式和波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)置和單片機(jī)各種工作參數(shù)的設(shè)置等。工作模式選擇模塊．根據(jù)有關(guān)輸人ISl信息確定控制器工作在“出門狀態(tài)”、“讀卡模式”或“編程模式”狀態(tài)。出門狀態(tài)由出門按鈕選定，此時(shí)控制器轉(zhuǎn)去執(zhí)行開門和關(guān)門子程序，發(fā)出開門信號(hào)并禁止讀卡和編程響應(yīng)，直至門恢復(fù)關(guān)閉為止。

讀卡模式由模式選擇開關(guān)K2斷開選定，讀卡模式下控制器RS232接ISl與讀卡器連接，軟件允許系統(tǒng)響應(yīng)讀卡中斷，并執(zhí)行讀卡中斷程序。編程模式由模式選擇開關(guān)K2接通選定，編程模式下控制器RS232接VI與PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐鬟B接，軟件轉(zhuǎn)去運(yùn)行編程子程序，并禁止讀卡和不響應(yīng)出門信號(hào)，直至按照PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐髦噶钔顺鼍幊虪顟B(tài)為止。

時(shí)區(qū)劃分模塊，將每周分為星期一～星期五、星期六和星期日三個(gè)工作時(shí)間段，并且通過(guò)編程將每天24小時(shí)以10分鐘為單位，可任意設(shè)置為“常開”、“常關(guān)”和“自動(dòng)”三個(gè)工作時(shí)區(qū)。在常開時(shí)區(qū)內(nèi)門鎖始終開啟，在常關(guān)時(shí)區(qū)內(nèi)只允許符合三條主人密碼的磁卡開啟門鎖．在自動(dòng)時(shí)區(qū)內(nèi)允許符合準(zhǔn)人密碼的磁卡開啟門鎖。

(2)實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷程序：設(shè)置AT'89C51的定時(shí)計(jì)數(shù)器TO．工作方式1為高級(jí)中斷，當(dāng)晶振頻率為6MHZ，定時(shí)常數(shù)為#3CBOH，將產(chǎn)生0．1秒定時(shí)中斷。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷程序中對(duì)0、1秒、秒、分、時(shí)、星期和月份進(jìn)行計(jì)時(shí)并存人相應(yīng)單元。

(3)讀卡中斷程序：讀卡中斷程序包括讀卡、數(shù)據(jù)處理和糾錯(cuò)處理三個(gè)模塊。讀卡模塊的功能是當(dāng)程序響應(yīng)讀卡器中斷后，即將讀卡器發(fā)來(lái)的磁卡中第二磁道和第三磁道前l(fā)8位主賬號(hào)數(shù)據(jù)信息分別讀人相應(yīng)的緩沖區(qū)。

數(shù)據(jù)處理模塊中，分別將 、三磁道數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)逐個(gè)取出，并與密碼區(qū)中各條準(zhǔn)^密碼信息逐位進(jìn)行比較，全部相符時(shí)即將當(dāng)前時(shí)間和進(jìn)^者18位主帳號(hào)寫^開鎖信息區(qū)，同時(shí)轉(zhuǎn)向門狀態(tài)控制子程序。

糾錯(cuò)模塊的功能是，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無(wú)論是硬件或軟件故障造成通訊信號(hào)丟失時(shí)，都將退出讀卡中斷程序，返回主程序以免程序陷^死循環(huán)。

(4)門狀態(tài)控制程序：包括自動(dòng)開門、關(guān)門兩個(gè)子程序。在開門子程序中給出開門驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并按照編程給定的開門時(shí)間，維持開門驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在關(guān)門子程序中首先檢測(cè)門鎖到位信號(hào)，確認(rèn)門鎖到位后發(fā)出關(guān)閉開門驅(qū)動(dòng)信號(hào)，否則將保持開門驅(qū)動(dòng)信號(hào)。當(dāng)開門時(shí)間超過(guò)編程給定的開門超時(shí)時(shí)間時(shí)，控制器將按編程給定的報(bào)警時(shí)間長(zhǎng)短發(fā)出門故障報(bào)警信號(hào)，直至門鎖到位信號(hào)得到確認(rèn)。

(5)編程通訊程序：當(dāng)模式選擇開關(guān)K2接通，主程序查詢到P3．2=0時(shí)，控制器進(jìn)人編程工作模式。在編程模式下控制器與PC機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐魍ㄟ^(guò)RS232接VI通訊可完成設(shè)置準(zhǔn)人密碼，設(shè)置當(dāng)前時(shí)間，設(shè)置門狀態(tài)參數(shù)，設(shè)置編程密碼，設(shè)置工作時(shí)區(qū)，讀取開鎖記錄等工作?？刂破餍栌蒔C機(jī)或?qū)Ｓ镁幊唐鞯闹噶钔顺鼍幊棠Ｊ健?/P>