一卡通解决方案——门禁控制器的设计和实践.doc

一卡通解决方案门禁控制器的设计和实践 关键字：门禁门禁控制器控制器磁卡摘要：本文介绍一种基于磁卡的门禁控制嚣，其电路以89C51单片机为核心设计，充分利用单片机的功能完成读卡、检索、控制、记录、通讯、编程等工作。1 概述 随着“金融电子化”的高速发展，尤其“金卡工程”的实施，使卡基应用系统越来越深入到各种管理控制系统。其中“卡基门禁管理控制系统”已成为银行、商店、停车场、游乐场、图书馆、实验室、仓库等需要对出入进行控制管理的部门和机构、出入管理(即门禁)控制系统的重要方式。本文介绍的门禁控制器具有以下基本功能：(1)可通过磁卡阅读器(也可以是任何具有RS232接口的条码阅读器或Ic卡读写器)读取磁卡第二、第三磁道前18位信息，当磁卡信息与控制器准人密码符合时，自动开启门控系统。 (2)可自动存储最后900条开锁记录，记录内容为开锁时间和表示进入者身份的l8位磁卡信息。 (3)对每天24小时以1O分钟为单位，可任意将门禁状态划分为“常开”、“常关”和 自动”三个时区。 (4)可任意修改100条长度为18位的准人密码，并可设置三条主人密码(允许持主人卡者开锁不受时区限制)。准人密码由09十个数字和通兑符“*”组成。 (5)允许以秒为单位对开锁时间、关门到位延时时间、开门超时时间、门故障报警时间实现编程控制(控制范围199秒)。 (6)能通过标准RS232接口，接受PC机或专用编程器对控制器进行编程控制和管理信息提取。并可由PC机对多个控制器组成的网络型门禁控制进行系统管理。图1 硬件框图 2 控制器硬件设计 门禁控制器硬件结构框图如图l所示。由单片机、门锁驱动、门状态接口、读卡器接口、编程器接口、RS232扩展、密码存储、开锁记录、地址译码等单元电路组成。门禁控制器电路原理如图2所示。 门禁控制器主要有“读卡”和“编程”两个基本工作模式，当模式选择开关K2断开时控制器为读卡工作模式，读卡模式下可编程门禁控制器与相应的卡阅读器(磁条阅读器或条码阅读器)和电动门锁配合，可实现门禁控制管理。当模式选择开关K2闭合时控制器工作在编程模式下，此时控制器能接受PC机或专用编程器对其进行编程控制和管理信息提取。单元电路基本工作原理如下：图2 门禁控制器电路原理图 单片机选用低功耗的CMOS器件AT89C51，它具有4K字节ROM、128字节RAM、32条IO接口(P0、Pl、P2、P3)、2个16位定时汁数器、一个全双工串行接口、一个包含5个中断源的两级中断系统以及片内振荡器和时钟电路。 密码存储、开锁记录、地址译码部分，采用两片可读写EzPROM存储器28C64和一片数据锁存器573在读写线和地址译码电路控制下，通过数据口P0和扩展的地址口P0、P2使控制器具有可任意编写100条长度l8位的许人密码，可自动存储最后900条长度22位的开锁记录的功能。密码区起始地址为#2000H，开锁信息记录区起始地址为#2800H。 RS232扩展、读卡器接口和编程器接口组成控制器的串行口驱动电路，由于AT89C51只有一个串行接口，但门禁控制器要求与两个设备实现通讯，即在读卡模式下控制器应与磁条阅读器通讯，而在编程模式下控制器应与PC机或专用编程器通讯。为此，电路采用模式选择开关K2、RS232传输驱动芯片ICL232和多路电子开关CD4066组成串行口扩展电路模式选择开关K2决定P3、2口的电平。以软件查询P32口(P32=1为读卡模式P32=0为编程模式)的方式，并通过控制P33口选通与读卡器或编程器进行数据通讯。且设置AT89C51串行口在读卡模式时为低级中断方式，串行口工作方式1。波特率由定时计数器T1工作方式2和晶振频率决定，取T1为八位自动装入常数#00E6H晶振6MI-IZ时，串口波特率为1200bits。每当发生读卡操作，程序即转去执行读卡中断程序。 门锁驱动和门状态接口组成门禁控制器基本接口电路，门禁控制器有J1-J18共l8个对外接121。其中，J1、J2为DC12V输入电源接121。J17、J18为D v输出电源接口。J3、J4、J5为门锁控制继电器输出接121，由P10输出低电平有效控制门锁开启。J6允许进入、J7出门有效、J8门故障报警是三个TrL电平输出接口，高电平有效分别由P11、P12、P13低有效控制。J9门锁到位信号、J10出门开关是两个光隔输入接口，可输入DCSV12V开关信号，并分别使P15、P16低有效。Jll开门辅助输出接口，TrL信号低有效，由P17输出低电平有效门控制。J12、J13为剧卡器RS232接口。J14、J15为PC机或专用编程器RS232接口。J16为信号公用地线。 控制器其他电路：电路中采用4_8v后备电池对单片机89C51单独供电，正常时后备电源开关K1接通，外接电源对系统供电且向后备电池充电，当外接电源临时掉电时电池仅对单片机供电，以保证实时时钟正常运行和保存用户基本参数，使控制器在外接电源恢复正常时无需重新编程即可正常开始工作。 3 控制器软件设计 控制器软件的主要功能有两部分，一是读取磁卡器的信息与准人密码进行比较，当符合条件时开启门锁。二是与PC机或专用编程器通信，完成修改准人者信息、更改管理时区、更改门控状态、确定当前时间等编程工作。控制器软件流程如图3所示。图3 控制器软件流程圈 (1)主程序：主程序包括系统初始化、工作模式选择和时区划分三个模块。初始化模块完成对系统的各种参数设置。如实时时钟定时计数器工作方式设置、串行ISl工作方式和波特率设置、数据缓冲区设置和单片机各种工作参数的设置等。工作模式选择模块根据有关输人ISl信息确定控制器工作在“出门状态”、“读卡模式”或“编程模式”状态。出门状态由出门按钮选定，此时控制器转去执行开门和关门子程序，发出开门信号并禁止读卡和编程响应，直至门恢复关闭为止。读卡模式由模式选择开关K2断开选定，读卡模式下控制器RS232接ISl与读卡器连接，软件允许系统响应读卡中断，并执行读卡中断程序。编程模式由模式选择开关K2接通选定，编程模式下控制器RS232接VI与PC机或专用编程器连接，软件转去运行编程子程序，并禁止读卡和不响应出门信号，直至按照PC机或专用编程器指令退出编程状态为止。 时区划分模块，将每周分为星期一星期五、星期六和星期日三个工作时间段，并且通过编程将每天24小时以10分钟为单位，可任意设置为“常开”、“常关”和“自动”三个工作时区。在常开时区内门锁始终开启，在常关时区内只允许符合三条主人密码的磁卡开启门锁在自动时区内允许符合准人密码的磁卡开启门锁。 (2)实时时钟中断程序：设置AT89C51的定时计数器TO工作方式1为高级中断，当晶振频率为6MHZ，定时常数为#3CBOH，将产生01秒定时中断。在实时时钟中断程序中对0、1秒、秒、分、时、星期和月份进行计时并存人相应单元。 (3)读卡中断程序：读卡中断程序包括读卡、数据处理和纠错处理三个模块。读卡模块的功能是当程序响应读卡器中断后，即将读卡器发来的磁卡中第二磁道和第三磁道前l8位主账号数据信息分别读人相应的缓冲区。 数据处理模块中，分别将 、三磁道数据缓冲区的数据逐个取出，并与密码区中各条准密码信息逐位进行比较，全部相符时即将当前时间和进者18位主帐号写开锁信息区，同时转向门状态控制子程序。 纠错模块的功能是，当发现无论是硬件或软件故障造成通讯信号丢失时，都将退出读卡中断程序，返回主程序以免程序陷死循环。 (4)门状态控制程序：包括自动开门、关门两个子程序。在开门子程序中给出开门驱动信号，并按照编程给定的开门时间，维持开门驱动信号。 在关门子程序中首先检测门锁到位信号，确认门锁到位后发出关闭开门驱动信号，否则将保持开门驱动信号。当开门时间超过编程给定的开门超时时间时，控制器将按编程给定的报警时间长短发出门故障