门禁系统是新型现代化公共安全管理系统,它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体,涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术和生物技术等诸多新技术,是重要部门出人口实现安全防范管理的有效保障。随着无线射频识别(RadioFrequencyIdentification)技术和IC卡技术的发展,非接触式IC卡凭借其卓越的应用特性和优越的市场前景,已成为住宅、楼宇弱电系统的重要组成部分,并成为智能小区现代化管理的重要标志。现有的门禁系统中,各控制器同PC机的通信一般是通过RS一232,RS-485总线或CAN总线进行的,设备之间的物理连接复杂,网络改造施工困难,对于新增用户来说新增布线更是繁琐。应用无线传输模块构建门禁传输网络,克服了上述困难,实现了计算机对智能小区出人口的管理。
1系统结构
系统框图见图1。本系统主要由主控设备、无线数据传输模块(简称无线模块)、读卡模块、卡片、电控锁和管理PC机等组成嘲。主控设备是门禁系统的核心部分,通过无线传输模块与计算机通信,下载用户卡号、序列号及小区广播等信息,并上传读卡信息、时间信息和报警信息。用无线传输方式代替有线传输方式,实现PC机和主控设备之间的通信;读卡模块负责渎取非接触式ID卡中的数据,并以曼彻斯特码的形式发送给主控设备,主控设备接收曼彻斯特码并根据卡的特性解码得到卡号;门禁管理PC机是系统的中央管理机构,它负责数据库的建立、管理、维护和系统数据库下载,负责收集、记录各主控设备上传的信息,并以广播方式向各个主控设备发送信息。
2硬件电路设计
2.1读卡模块
读卡模块采用了RF001模块,它从工作频率为125kHz的EM4100卡中读取数据。外接线圈由线径为0.21mm的漆包线绕制而成,其形状为正方形,面积为81cm,共65匝。系统上电后,当EM4100卡进人读卡工作区域后,卡内LC振荡电路产生串联谐振,内部电容充电并最终获得1.5~7.5V的工作电压,这时EM4100卡内数据被连续发送出去。读卡模块接收、解调信息,通过引脚输出TTL电平的曼彻斯特码给主控设备。
2.2无线数据传输模块
无线数据传输模块选用了PTR2000,该模块满足无线管制的要求且无需使用许可证,采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式。设计中,通信频率设定为434.33MHz(PIN2置为高电平)。系统运行中,模块始终处于工作状态(PIN6置为高电平)嘲,PTR2000与管理PC机串口的接口电路见图2。[nextpage]
2.3液晶显示模块
显示部分采用点阵式液晶块TM12864ABA,其行列控制器分别为HD61202和HD61203,驱动电路见图3。软件管理平台向各主控设备发送广播时,主控设备接收显示命令和数据,查询字库,并在液晶屏上显示相应的广播信息。为减少传输字节数,自制了以大容量串行e—FlashMM36SB020为载体的16×16点阵字库,MM36SB020采用两线串行总线方式与单片机相连。设计中用VB6.0编写提取字模的程序,将GB2312—8O中的HZK16第1、第2级常用字及偏旁部首共计6763个字模,经过纵向取模、字节倒序处理后存储到了e-Flash上。
2.4随机密码键盘模块
系统设计中采用管理键盘专用智能控制芯片HD7279A[,管理12个按键。通过调用C函数库中的srand()函数和rand()函数产生随机数。方法如下:取上限为9,下限为0,利用srand(r)产生种子值,其中,r是用于产生种子的变量(该变量的初始值设置为主控设备的地址值),种子值随变量r改变。筛选函数choose()用来筛选rand()函数产生的随机数,得到O~9的随机序列,将这个序列显示在LCD上,用户根据键盘与LCD的对应关系进行按键输入操作。密码输入完成后,下一次产生的O~9的随机序列会发生变化。这样在一定程度上防止了密码被人偷窥。
2.5电锁驱动电路
图4为电锁驱动电路。主控设备接收卡号后,判断卡号的合法性,若卡号合法,执行开门动作,即将单片机的P2.7置为低电平,光电隔离器工作,测试点A变为高电平,三极管导通,继电器线圈被驱动,开关闭合,电锁打开;当P2.7置为高电平时,继电器掉电,电锁闭合。[nextpage]
3软件设计
3.1通信协议
PC机与主控设备间的通信包括:下载合法的卡号和序列号、下载注销卡号、上传读卡信息和读卡时间、发布小区广播。其中下载合法序列号和卡号的数据格式是:
开始符(0xF1)+序列号(2字节)+卡号(10字节)+结束符(0xE1)+LCR校验(1字节),数据长度为15字节。
主控设备向PC机发送请求应答指令后,等待PC机的应答,得到应答后进行相应的操作;若在设定的T时间内没有接收到应答信号,表明网络忙(这种情况容易在多个主控设备同时向PC机发送请求应答指令时出现)。解决方案是采用随机延时方法,即主控设备再次发送请求指令,并根据其地址值产生一个初始种子值,产生0-255的随机数,这个随机数与(设为5ms)相乘得到随机的延时时间。延时等待T。后若仍未得到PC机应答,则再次发送请求指令,以此类推,直到得到应答信号。
3.2门禁管理软件
该系统采用VisualBasic6.0为前台开发工具,主要由通信处理模块、卡片管理模块、控制器管理模块、权限管理模块等组成。各模块均以SQLSERVER为后台运行数据库,利于实现各模块之间的数据操作和共享。通信处理模块,主要完成控制指令的发送和实时数据的接收;卡片管理模块,发放或注销序列号、卡号;人员管理模块,用于建立持卡人员的信息库;权限管理模块,可分层设定操作者的各项权限;报表处理模块,具有强大的报表处理功能。
4结论
采用无线方式进行数据传输,实现主控设备与PC机的信息交互,减少了施工难度,利于日后管理者对门禁网络的改造。因此,基于无线传输的智能小区门禁系统定会有广阔的应用前景。