基于單總線(xiàn)的感應式IC卡門(mén)禁系統設計
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：陳羲梅 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年07月04日
門(mén)禁系統是對重要區域或通道的出入口進(jìn)行管理與控制的系統，它是一種新型現代化安全管理系統，它集微機自動(dòng)識別技術(shù)和現代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、光學(xué)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、生物技術(shù)等諸多高新技術(shù)。
為了有效提高門(mén)禁系統的管理功能和實(shí)時(shí)性，所設計的基于VC 的門(mén)禁管理系統應具有對門(mén)戶(hù)出入控制、保安防盜、報警等多種功能，它主要方便內部員工或住戶(hù)出入，杜絕外來(lái)人員隨意進(jìn)出，既方便了內部管理，又增強了內部的安全保障。
最近幾年隨著(zhù)感應卡技術(shù)，生物識別技術(shù)的發(fā)展，門(mén)禁系統得到了飛躍式的發(fā)展，進(jìn)入了成熟期，出現了感應卡式門(mén)禁系統，指紋門(mén)禁系統，虹膜門(mén)禁系統，面部識別門(mén)禁系統，亂序鍵盤(pán)門(mén)禁系統等各種技術(shù)的系統，它們在安全性，方便性，易管理性等方面都各有特長(cháng)，門(mén)禁系統的應用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。
1 總體設計
1.1 課題研究的主要內容
本文對門(mén)禁系統進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述。門(mén)禁系管理統的組成包含以下幾個(gè)部分：
(1) 門(mén)禁控制器。門(mén)禁系統的核心部分，相當于計算機的CPU，它負責整個(gè)系統輸入、輸出信息的處理和儲存，控制等等。
(2) 讀卡器（識別儀）。讀取卡片中數據（生物特征信息）的設備。
(3) 電控鎖。門(mén)禁系統中鎖門(mén)的執行部件。用戶(hù)應根據門(mén)的材料、出門(mén)要求等需求選取不同的鎖具。
(4) 卡片。開(kāi)門(mén)的鑰匙。
(5) AS232。串口通信接口。
(6) 80C196KC。數據采集模塊。
(7) 電腦。運行門(mén)禁信息管理系統(DCIM)。
1.2 總體設計分析
為了提高門(mén)禁管理系統監控的實(shí)時(shí)性，采用 VB 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)門(mén)禁管理系統，完成了門(mén)禁管理系統操作界面、門(mén)禁控制器與上位機的通信以及門(mén)禁管理系統數據庫編程?，F場(chǎng)應用表明，所設計門(mén)禁管理系統具有良好的實(shí)時(shí)監控性，確保門(mén)禁系統穩定、高效地工作，該系統具有實(shí)際應用價(jià)值。系統結構圖如圖1-1 所示?？傮w設計需求：
（1）設計單總線(xiàn)接口電路驅動(dòng)程序
（2）設計智能電子鎖監控程序
（3）設計門(mén)禁信息管理程序
1.2.1 系統硬件技術(shù)
本設計的硬件部分大致可分為：DS1990A； AT90S2313 ； CAN 遠程通信； AS232+PC。DS1990A 序列號iButton 是一種堅固的數據載體，可作為自動(dòng)識別系統的電子注冊號。數據通過(guò)1-Wire 協(xié)議傳輸，只需要一條信號引線(xiàn)和一個(gè)地回路。每個(gè)DS1990A 內包含工廠(chǎng)刻入的唯一64 位注冊號[2]。
AT90S2313 是一款基于A(yíng)VR RISC 的低功耗CMOS的8 位單片機通過(guò)在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行一條指令AT90S2313 可以取得接近1MIPS/MHz 的性能從而使得設計人員可以在功耗和執行速度之間取得平衡AVR 核將32 個(gè)工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結在一起所有的工作寄存器都與ALU 算邏單元直接相連允許在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行的單條指令同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)獨立的寄存器這種結構提高了代碼效率使AVR 得到了比普通CISC 單片機高將近10 倍的性能。
CAN 的結構是總線(xiàn)型。CAN 總線(xiàn)協(xié)議是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互連模型基礎上的，主要描述設備之間的信息傳遞。CAN 總線(xiàn)的模型結構只有3 層，選取了OSI 參考模型底層的物理層，數據鏈路層和應用層。數據鏈路層包括邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層。邏輯鏈路控制子層（LLC）包括：驗收濾波，過(guò)載通知和恢復管理。介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）包括：數據包裝/解包；幀編碼（填充，消除填充）；介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)管理；錯誤檢測；錯誤標定；應答；并行轉換成串行/串行轉換成并行。
CAN 總線(xiàn)不需要其它中間層，應用層數據直接取自數據鏈路層或直接向鏈路層寫(xiě)數據。CAN 智能節點(diǎn)電路圖如圖1-2 所示
進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿(mǎn)足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232 電平的，而單片機的串口是TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉換電路，計算機串口與CAN 總線(xiàn)通信通過(guò)電平轉換芯片MAX232 實(shí)現TTL 電平到ELA 電平的轉換，單片機實(shí)現計算機與CAN 節點(diǎn)之間的數據交換。
1.2.2 門(mén)禁管理系統設計
門(mén)禁管理系統是門(mén)禁系統中的重要組成部分。它主要完成門(mén)禁系統的監控、管理、查詢(xún)等工作。通過(guò)門(mén)禁管理系統軟件的設計，監控人員可對出／入口的狀態(tài)、門(mén)禁控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行監控管理，并可擴展完成巡更、考勤、人員定位等功能。管理系統結構圖如圖1-3所示。
2 軟件設計
2.1 單片機與信息按鈕通信
單片機通過(guò)單總線(xiàn)和信息按鈕通信，主機呼叫從機時(shí)，從機才能應答，因此主機訪(fǎng)問(wèn)單總線(xiàn)器件都必須嚴格遵循單總線(xiàn)命令序列，也就是初始化、ROM 命令、功能命令。如果出現序列混亂，單總線(xiàn)器件將不會(huì )響應主機(搜索ROM 命令、報警搜索命令除外) 。因此通信編寫(xiě)要嚴格遵守單總線(xiàn)協(xié)議，否則就會(huì )出現錯誤。
我們在電子鎖上設置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，其功能是：當開(kāi)關(guān)撥至 1 處時(shí)，將鑰匙插入門(mén)鎖，單片機自動(dòng)讀取iButton 的64 位ID 碼，并存人單片機的EEPROM 中，存入完畢時(shí)，系統會(huì )有綠燈閃爍。從而完成鎖對鑰匙的初始化。當開(kāi)關(guān)撥至0 處時(shí)，為正常使用狀態(tài)。
2.2 單片機控制軟件設計
CAN 總線(xiàn)控制器PCA82C200，其初始化程序如下：
DI
LDB AX , # 03H ;接收中斷開(kāi)放,復位請求位置“1”
STB AX ,CR
LDB AX , # 01H ;將節點(diǎn)1 標識符送ACR
STB AX ,ACR
LDB AX , # 00 ;置ACR 所對應的位都為相關(guān)位
STB AX ,AMR
LDB AX , # 01H ;傳輸波特率250Kbps (采用的是16M 晶振)
STB AX ,BTRO
LDB AX , # 1CH
STB AX ,BTR1
LDB AX , # 0AAH ;設置輸出方式
STB AX ,0CR
LDB AX , # 02H ;PCA82C200 開(kāi)始正常工作
STB AX ,CR
EI
采用中斷方式通信的流程圖如圖2-1 所示。
2.3 單片機與 PC 機通信
函數聲明，變量定義
#include <reg.51.h>
#define COUNT10 //定義接收緩沖區大小
Unsigned char buffer[COUNT]； //定義接收緩沖區
Unsigned char point; //定義接收數據個(gè)數指示變量
Void UART_init(); //串口初始化函數
Void COM_send(void); //串口接收函數
Unsigned char CLU_checkdata(void); //計算機校驗函數
•Void UART_init(); 串口初始化函數
函數功能：在系統時(shí)鐘為 11.0592MHZ 時(shí)，設定串口數據傳輸率為9600bit/sVoid UART_init();
{ //初始化串口和數據傳輸率發(fā)生器
SCON=0x58; //選擇串口工作方式，打開(kāi)接收允許
TMOD=0x21; //定時(shí)器1 工作在方式2，定時(shí)器0 工作在方式1
TH1=0xfd; //實(shí)現數據傳輸率9600bit/s（系統時(shí)鐘11.0592MHZ）
TR1=0; //啟動(dòng)定時(shí)器1
ET1=0;
ES=1; //允許串行口中斷
PS=1; //設計允許串行口中斷優(yōu)先級
EA=1; //單片機中斷允許
｝
•Com_interrup()串口接收中斷處理函數
函數功能：接收包括起始位’S’在內的10bit 數據到緩沖區
Com_interrupt(void)interrupt 4 using 3{
Unsigned char RECEIVR_buffer;
If(RI) //處理接收中斷
｛
RI=0; //清楚中斷標志位
RECEIVR_buffer=SBUF; //接收串口數據
If（point==0） //如果還沒(méi)有接收到起始位
｛
If(RECEIVR_buffer==’S’) //判斷是否起始標志位
Point++; //是，準備接收下一位
Else
Point=0; //不是，繼續等待起始位
｝
Else if(point>0&&point<10) //判斷是否接收夠10bit 數據
Buffer[point++]=RECEIVR_buffer; //不夠，把接收到的數據放入接收緩存區
Else point=0; //緩沖區已滿(mǎn)，清除緩存區內數據重新接收
｝
If（TI）; //處理發(fā)送中斷
｛
TI=0;
}
}
•COM_send()串口發(fā)送函數
函數功能：把數據緩沖區的 10bit 數據發(fā)送出去
Void COM_send(){
For（point=0;point<=10,TI=1;point++） //連續發(fā)送10bit 數據
//把緩存區的數據都發(fā)送到串口
{
SUBF=buffer[point];
TI=0;
}
}
•CLU_checkdata()計算機校驗位函數
輸入變量：無(wú)
輸出變量：checkdata，包括起始位在內的前九位數據的校驗和
函數功能：計算校驗和
Unsigned char CLU_checkdata(void){ //計算校驗位
Unsigned char checkdata=0;
For(point=0;point<9,TI=1;point++)
{
Checkdata=checkdata︱buffer[point]
}
Return(checkdata);
}
•主函數
函數功能：調度子函數，完成通信過(guò)程
Void main(void){
Unsigned char checkdata；
Do
{
UART_init(); //初始化串口
If(point==10) //判斷數據是否接收完成
Checkdata=CLU_checkdata; //調用求校驗和函數
If(checkdata==buffer[9]) //判斷校驗和是否正確
COM_send(); //正確則調用發(fā)送程序
Point=0;
}
While(1);
}
2.4 計算機管理界面設計
登陸之后，進(jìn)入管理軟件的界面。
員工主要信息包括員工的聯(lián)系電話(huà)、年齡、所在部門(mén)、員工住址等。對員工信息的查詢(xún)如圖所示，在操作界面中可以根據不同的查詢(xún)條件進(jìn)行查找。
在門(mén)禁管理中，包括對電子鎖的管理。其中ID 號取的是門(mén)鎖對應的鑰匙的ID 號（每把鑰匙有自己固定的ID 號），一把鎖可以配對多把鑰匙。
在實(shí)時(shí)監控中，可以對房間的一些狀態(tài)進(jìn)行監控，諸如門(mén)鎖打開(kāi)的狀態(tài)、濕度、溫度、有無(wú)煙霧等。第一張圖是對某一個(gè)房間狀態(tài)進(jìn)行監控，第二張圖則顯示的是對所有房間進(jìn)行的監控。
在門(mén)禁管理選項中，管理員還可以對門(mén)進(jìn)行強制關(guān)門(mén)開(kāi)門(mén)操作。在系統維護中，可以對串口進(jìn)行設置，對管理員密碼進(jìn)行修改，對實(shí)時(shí)數據備份等等。這里不再進(jìn)行贅述。
3 結論
門(mén)禁管理系統設計涉及的主要技術(shù)有單總線(xiàn)技術(shù)、串口通信技術(shù)、CAN 總線(xiàn)等，整個(gè)系實(shí)現了門(mén)禁管理操作界面、完成門(mén)禁系統的監控、管理、查詢(xún)等工作。通過(guò)門(mén)禁管理系統軟件的設計，監控人員可對出／入口的狀態(tài)、門(mén)禁控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行監控管理。
