基于RS485總線的智能門禁系統的實現方案

隨著網絡技術、數字技術，特別是射頻通信識別技術的進步，門禁系統在安全性、方便性、易管理性等方面也得到了長足的發展，成為確保小區及其它重要部門出入口安全的有效措施，已廣泛應用于交通、物流管理等多個領域。RS485總線主機調度網以其組網容易、造價低、軟硬件豐富、添加節點方便快截、數據傳輸可靠穩定、誤碼率較低及傳輸距離適中等優點，仍是目前中小型網絡管理系統的主流形式。本工作研究了一種基于RS485總線和RFID技術的智能門禁系統的硬件和軟件實現方案。

1系統整體構成

系統總體框圖見圖1，其結構采用集散式控制形式，各下位機分別監控各自節點內的操作狀況，又統一受上位機的監控。該系統采用PC機作為上位機，主要負責住戶信息的數據庫管理、各節點住戶實時操作的監控與信息記錄等，具體信息包括：RFID卡信息、住戶個人信息、密碼信息、實時操作信息和歷史記錄及系統時間等。各下位機采用WINBOND公司生產的W77E58單片機作為微處理器，負責本節點內RFID卡的管理、用戶權限的判定及門狀態的控制等。各節點內的485收發器MAX485負責接收來自485總線的PC機控制數據或者通過總線向上位機發送實時操作信息見圖2.各門禁控制器通過一個串口讀取RFID卡信息，并通過另一個串口與485總線通信。上位機通過串口并經232—485電平轉換后連接至485總線，統一管理各門禁控制器。

圖1智能門禁系統總體框圖

系統工作過程為：用戶將持有的RFID卡接近讀卡器時，讀卡器識別卡信息并通過串口將卡信息傳送給單片機控制器。用戶也可以通過鍵盤輸入密碼，單片機控制器將卡信息或鍵盤信息與外部EEPR0M中存儲的信息比較，驗證用戶權限，進而控制門狀態。單片機通過另一個串口經由485收發器通過總線與上位機通信，將卡信息、各時刻操作信息、鍵盤信息等傳送到總線上，上位機通過總線對這些信息進行文件和數據庫的存儲；同時，上位機對各住戶的卡、密碼及個人信息以注冊或者注銷等形式進行數據庫管理，以便于查詢。

圖2 485收發器電路

2系統硬件設計

2.1硬件組成

上位機硬件是PC機和232—485轉接卡。下位機硬件主要包括RFID讀卡器、485收發器和門禁控制器。下位機節點結構見圖3.

圖3下位機門禁控制器總體框圖

下位機的核心部分是W77E58單片機微控制器，其主要特點是具有兩個獨立的串行通訊口。

RFID讀卡器采用周立功公司的ZLG500CMifare卡讀寫模塊嘲，利用單片機控制器的P1.4引腳作為其復位信號。讀卡器與控制器的接口引線還包括電源線、地線及RXD、TXD串口數據線，二者為串行通信方式。

485總線收發器采用MAXIM公司的MAX485，其電路原理見圖2.其中加入光隔離以實現抗干擾及保護功能。利用單片機的P2.3引腳對其內部的發送和接收驅動器進行控制，通過單片機的一個串口與之通信。

2.2工作原理

W77E58具有2個串口，這一點在該系統是至關重要的。

單片機控制器既要通過串口與RFID讀卡器通信，又要通過串口與485總線控制器MAX485通信，因此選擇具有2個串口的單片機是解決這一矛盾的最佳方案。而且在相同的時鐘頻率下，它的指令執行速度比標準8051快2.5倍，這對于作為門禁控制器核心的單片機來說也是大有優勢的。

鍵盤具有12個按鍵，各按鍵的功能定義為：數字鍵0-9、確認鍵及取消鍵。用戶可以通過鍵盤輸入密碼信息，也可以通過鍵盤呼叫開門。EEPROM存儲器AT24C256用來存儲用戶密鑰信息及RFID卡的卡號和密碼信息，它具有IIC總線功能，可以在IIC總線的時序下對它進行讀寫操作；DS1302時鐘芯片用來向系統提供時鐘，為了方便，該時鐘應與上位機一致；另外，采用MAX813看門狗芯片監視程序的運行；采用EA_D20040AR液晶顯示器顯示用戶通過鍵盤輸入的密碼、實時操作信息及系統時間信息等；采用DS2Y—S繼電器控制電門的開關狀態。

3系統軟件設計

系統軟件由上位機管理平臺和下位機門禁控制程序組成。

上位機管理軟件是在WindowsXP操作平臺上，利用VisualC++6.0開發的，功能包括RFID卡注冊注銷、住戶信息添加、刪除、查找、編輯、排序、顯示、實時監控、管理員登錄驗證等，具有友好的人機交互界面，顯示直觀，操作方便。系統運行時，各門禁控制器將采集到的卡信息、鍵盤信息及實時操作信息以TxT文件的形式存儲在上位機中；各小區的單元住戶信息以“樹”視圖的形式顯示在平臺界面的左側窗口中。點擊相應的節點，各單元的住戶信息以數據庫表的形式顯示在平臺界面的右側窗口中。平臺下面的“Tab”控件用來實時顯示各門禁控制器的實時操作信息。

下位機控制程序采用8OC51語言編程，Wave6000編譯仿真。該部分實現的主要功能包括：按鍵密碼及卡信息的讀取和驗證、液晶LCD及LED顯示、時間設置和讀取、經由485總線接收及發送操作信息等。軟件主程序流程見圖4.

圖4下位機主程序流程

3.1 485通信

通信波特率設為9600bit.S-1.通信協議為起始字符+本機地址+功能字符+數據長度+數據信息+結束字符其中，起始字符為‘@@@’，結束字符為‘$$$’，本機地址為：0～32（可以按照需要選擇）；廣告地址為：Oxffo功能字符為：‘0’～‘F’。

3.2串口中斷處理

串口的功能包括：其一，向上位機發送操作信息，例如刷卡或者密碼認證信息等；其二，接收上位機發送的密碼修改和卡注冊注銷信息，并依此修改EEPROM相應內容，達到實時更新。中斷流程見圖5.

圖5下位機串口中斷流程

3.3卡及密碼管理與認證機制

一般情況下每個門禁控制節點的密碼只有一個，該密碼既存儲在上位機的數據庫里，也存儲在EEPR0M里，當上位機修改此密碼時，將修改信息經由總線發送給下位機，進行同步修改。