磁卡门禁控制器的如何进行设计

文章出处：http://www.singbon.com 作者：高泽涵，黄岚 人气： 发表时间：2010年08月05日

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0～9十个数字和通兑符“*”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1～99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I／O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P3．2口(P3．2=1为读卡模式P3．2=0为编程模式)的方式，并通过控制P3．3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1200bit／s。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P1．0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P1．1、P1．2、P1．3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DCSV~12V开关信号，并分别使P1．5、P1．6低有效。Jll开门辅助输出接口，TrL信号低有效，由P1．7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AT'89C51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0．1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报警信号，直至门锁到位信号得到确认。

(5)编程通讯程序：当模式选择开关K2接通，主程序查询到P3．2=0时，控制器进人编程工作模式。在编程模式下控制器与PC机或专用编程器通过RS232接VI通讯可完成设置准人密码，设置当前时间，设置门状态参数，设置编程密码，设置工作时区，读取开锁记录等工作。控制器需由PC机或专用编程器的指令退出编程模式。