基于射频识别技术的联机型门禁系统设计

2.硬件组成

　　每个门禁读卡器都相当于一个智能的节点，它能独立完成门状态和锁状态的监控、判断卡类型、实时监控刷卡动作、控制电磁门锁和报警器、设置门禁号等一系列的操作。门禁读卡器的硬件部分主要包括监测和控制部分、声光报警电路、RS485接口电路、存储、时钟显示部分、门禁号设置部分、看门狗及复位电路、射频基站部分。电路的硬件框图如图2所示[4]。

图2门禁读卡器系统组成

　　采用意法半导体公司(STMicroelectronics)公司STC89C53RC单片机作MCU，即常用的MCS-51系列单片机，它具有良好的温度特性、稳定性和性价比。内置15K的Flash存储器和512字节RAM，具有3个16位计数器和一个标准的串行通信口，并具有P4口，支持ISP程序下载。

　　门禁号设置电路采用8位并入串出的移位寄存器芯片74HC165配合两个4位拨码开关构成8位的设置门禁号单元。系统上电后74HC165将并行数据以串行移位的方式发送给MCU将其作为在485网络中通讯的本机ID号。

　　射频基站部分采用了飞利浦公司的MFRC530芯片，MFRC530是与射频卡实现无线通信的核心模块。它根据寄存器的设定对发送缓冲区中的数据进行调制得到发送的信号，通过由TX1，TX2脚驱动的天线以电磁波的形式发出去，非接触式IC卡采用RF场的负载调制进行响应。天线拾取非接触式IC卡的响应信号经过天线匹配电路送到RX脚，MFRC530内部接收缓冲器对信号进行检测和解调并根据寄存器的设定进行处理。处理后的数据发送到数据总线上等待MCU读取。MCU与MFRC530采用SPI总线方式进行通讯，可实现与非接触式IC卡数据的无线传输。

　　有卡进入感应区刷卡时需要记录刷卡的时间，可用外接硬件实时时钟芯片的办法为系统提供一个准确可靠的时钟，用3V备用电池保证在系统掉电时也能正常计时。本设计选用体积小、接口简单的实时时钟芯片DS1302，是美国DALLAS公司推出的低功耗串行通信接口专用芯片，采用3线串行方式与单片机进行数据通信：SCLK作为时钟输入，SDA作为串行数据输入和输出，RST作为通讯允许信号。其内部寄存器地址中00H~06H分别对应存放秒、分、时、日、月、星期及年信息的寄存器，07H为写保护控制寄存器，08H为电池充电控制寄存器。时钟数据以BCD码格式存放在00H～06H这7个寄存器中。

　　系统存储部分采用了RAMTRONINTERNATIONAL公司生产的一种铁电存贮器(FRAM)FM24C256，是一个256kbit的FRAM,存储器内部被逻辑组织为32768×8字节存储方式，地址空间为0000～7FFFH。其总线频率可高达1MHz，具有10亿次以上的读写次数且功耗很低，与外部接口采用工业标准IIC总线。由于MCU不具有IIC总线接口，因此采用P2.3和P2.4口线来模拟IIC总线,FM24C256的SDA和SCL为开漏输出，故接10kΩ的上拉电阻。

　　监测部分实时监测门、锁状态和通讯的状态，并对长时间的异常状态作出报警；控制部分主要负责执行上位机的各种控制信息，如执行开锁、执行报警等；LCD显示部分选用以ST7920为控制器的128×6带汉字库的液晶模块，用以显示时间日期及各种服务信息，作为人机交互的界面。为了防止外界对系统的干扰，选用MAXIM公司的MAX813L作为系统的硬件看门狗。

　3.软件设计

　　门禁读卡器的程序包括：MFRC530对Mifare卡操作的程序、MCU与MFRC530通信中断处理程序、485通信中断处理程序、读写时钟及LCD显示程序、获得门禁号程序、检测门和锁状态程序及存储器读写程序等。主程序流程图如图3所示。

　　对卡操作的过程是一个很复杂的程序执行过程，要对MFRC530内部一系列的寄存器进行配置，而且这些操作对时序要求非常严格。对非接触式IC卡的典型操作为：寻卡（得到卡类型代码）、防冲突（得到卡号）、选卡、验证密码、读写操作、挂起并且这些操作必须按固定的顺序执行。因为门禁读卡器只需要得到卡片卡号，故只执行寻卡、防冲突、挂起就可达到要求，对卡类型判断后将卡号通过楼层PC发送到服务器，由服务器来判断卡是否合法。在没有卡进入射频天线有效范围时，在LCD显示当前时间及日期，当有卡进入到射频天线的有效范围时，LCD上显示卡号并显示“请稍候……”等服务信息。

图3门禁读卡器主程序流程

四．结束语

　　本文将射频识别理论应用到门禁控制领域，采用多层网络型系统结构 ，提出了一种以单片机为核心，配合射频基站MFRC530及单片机外围电路的非接触式IC卡门禁读卡器硬件和软件设计。该门禁系统已成功应用于某音乐学院的琴房管理系统。实践表明，系统运行稳定、实时性好。