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门禁控制器的设计与开发

资讯频道文章B

引言
    门禁控制器是门禁系统的核心部分。门禁系统的各项功能都是由它直接完成的,如处理读卡器传来的数据流,并按照标准协议把其转换为相应的卡片识别码;接收主机的命令完成实时监控、卡权限下载、设置门禁管理延时、报警联动、控制器复位等操作;缓存刷卡记录及刷卡时间;按照卡的权限开相应的门等。因此,系统对于控制器的设计有较高的要求,硬件与软件要按系统全局最优原则考虑设计。

    本文讨论的控制器采用8位单片机设计,集数据处理、存贮、通讯功能于一块印制电路板上,具有与读卡器终端和通讯口快速拆除的特点。因而,它既可作为一个节点同主机通讯形成主从式总线结构网络,也可以作为一个独立的单片机控制系统,具有一定的灵活性。

1 总体技术要求
    在门禁控制器的硬件电路设计方面,重点是如何通过单片机的开发实现以下几个功能:读卡器的读卡和开门功能;记录和重要数据的存储功能;精确的时间管理;门状态检测以及在线联网功能。通过需求分析得知,该系统对单片机要求比较高,要求体积小、功耗低、易升级、大容量、抗干扰能力强、使用寿命长、低成本等特点,而且由于其外围器件多,需要的I/0口较多。经过对比SST89系列的单片机,特别适合该系统的开发,芯片管脚图如图1所示。

图1 SST89558RD管脚图

    为了满足控制器对时钟高精确度的要求,它不仅要求控制器能根据时段属性控制出入口,并能产生相应的动作,而且还要准确记录事件发生的日期和时间。经过精心比较,本系统选用了性价比极高的时钟芯片DS1216D,同时配备电池保证时钟芯片的准确性。

    门禁控制器要求能存储控制方式、卡片表、事件表、时段表、群组表、节假日表等各种信息,这就需要一定容量的存储器。由于这些信息需要随时读写,掉电时又不能丢失,要求门禁系统能够脱机运行,而且控制器能够在脱机的情况下保存一定的事件纪录,当该控制器在线后能够自动上传到控制器。该系统设定控制器能够保存2000件历史事件记录,根据容量计算选用了AT24C1024存储芯片,同时配备电池保持事件的不丢失。系统总框图如图2所示。

2.4 DC-DC双开关电源模块设计
    LM2576直流电源变换器宽电压(12V3A)输入方式,输出2路5VDC分别给CPU提供电源及驱动继电器输出,为无源输入、RS一485通信信号线供电。电源输入输出双向短路、过流、抗雷击保护,防静电、抗干扰性能很强。

2.5 非接触式IC卡读卡器接口设计
    读卡器经WG (wiegand)扩展接口以WG格式向门禁控制器发送卡号,其中通过DO和D1两条数据线和控制器的P1.0和P1.1口相连。发送规则为DO和D1在无信号时同保持高电平,若下一位数据为0,则DO数据线上出现一个50 µs的低电平,D1数据线上信号保持不变。若下一位数据为1,则D1数据线上出现一个50 µs的低电平,D0数据线上信号保持不变。在50 µs低电平之外,D0和D1始终保持高电平。每一位数据的发送周期为1 ms。

    读卡器的电源也是由门禁控制器提供的,门禁控制器与读卡器之间的连线除电源外还有地线GND,指示灯LED信号,WG信号DO和D1.

2.6 开关量输入输出隔离模块设计
    4路开关量无源触点输入、2路继电器输出和2路开关量输出采用光电隔离方式 。开关量输入主要包括:2个门的开门按钮输入、2门的门磁传感器输入;继电器常开常闭输出本门禁控制器即可接电子阴锁也可接电子阳锁,根据情况灵活配置;2路开关量输出控制读卡器的蜂鸣器和LED灯的显示。

2.7 RS.232和RS485串行通信隔离接口设计
    当门禁控制器非联网工作时,控制器可以作为一个独立的系统使用,控制1至2个门,其卡权限数据是在初始化时计算机通过RS-232串口下载的;联网工作时,控制器通过RS-485接口与控制中心主机实时通信。随时接收主机发来的控制命令如实时监控、卡权限下载、设置门控延时、报警联动、控制器复位(系统自检时用)等。

     RS-232和RS485通讯分别使用MAX487CSA和MAX232AESE,利用跳线方式控制P3.2口的电平来选择使用哪种通讯方式。


3 结 语
    门禁控制器设计的完成,为其门禁管理系统设计奠定了一个基础。但是控制器的设计开发主要还是为门禁系统搭建一个核心平台,真正完成门禁系统的开发还有很长的路要走。另外,随着芯片技术的发展。现在已经开始推广32位的控制系统,以及新的出人口管理理念和外围感应设备。本文研究的基于8位单片机的控制器,仅为以后的开发做好技术储备和
基础。

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