磁卡門禁控制器的如何進行設計
文章出處：http://www.jrzgy.com 作者：高澤涵，黃嵐 人氣： 發表時間：2010年08月05日
隨著“金融電子化”的高速發展，尤其“金卡工程”的實施，使卡基應用系統越來越深入到各種管理控制系統。其中“卡基門禁管理控制系統”已成為銀行、商店、停車場、游樂場、圖書館、實驗室、倉庫等需要對出入進行控制管理的部門和機構、出入管理(即門禁)控制系統的重要方式。本文介紹的門禁控制器具有以下基本功能：
(1)可通過磁卡閱讀器(也可以是任何具有RS232接口的條碼閱讀器或Ic卡讀寫器)讀取磁卡第二、第三磁道前18位信息，當磁卡信息與控制器準人密碼符合時，自動開啟門控系統。
(2)可自動存儲最后900條開鎖記錄，記錄內容為開鎖時間和表示進入者身份的l8位磁卡信息。
(3)對每天24小時以1O分鐘為單位，可任意將門禁狀態劃分為“常開”、“常關”和 自動”三個時區。
(4)可任意修改100條長度為18位的準人密碼，并可設置三條主人密碼(允許持主人卡者開鎖不受時區限制)。準人密碼由0～9十個數字和通兌符“*”組成。
(5)允許以秒為單位對開鎖時間、關門到位延時時間、開門超時時間、門故障報警時間實現編程控制(控制范圍1～99秒)。
(6)能通過標準RS232接口，接受PC機或專用編程器對控制器進行編程控制和管理信息提取。并可由PC機對多個控制器組成的網絡型門禁控制進行系統管理。
圖1 硬件框圖
2 控制器硬件設計
門禁控制器硬件結構框圖如圖l所示。由單片機、門鎖驅動、門狀態接口、讀卡器接口、編程器接口、RS232擴展、密碼存儲、開鎖記錄、地址譯碼等單元電路組成。門禁控制器電路原理如圖2所示。
門禁控制器主要有“讀卡”和“編程”兩個基本工作模式，當模式選擇開關K2斷開時控制器為讀卡工作模式，讀卡模式下可編程門禁控制器與相應的卡閱讀器(磁條閱讀器或條碼閱讀器)和電動門鎖配合，可實現門禁控制管理。當模式選擇開關K2閉合時控制器工作在編程模式下，此時控制器能接受PC機或專用編程器對其進行編程控制和管理信息提取。單元電路基本工作原理如下：
圖2 門禁控制器電路原理圖
單片機選用低功耗的CMOS器件AT89C51，它具有4K字節ROM、128字節RAM、32條I／O接口(P0、Pl、P2、P3)、2個16位定時／汁數器、一個全雙工串行接口、一個包含5個中斷源的兩級中斷系統以及片內振蕩器和時鐘電路。
密碼存儲、開鎖記錄、地址譯碼部分，采用兩片可讀寫EzPROM存儲器28C64和一片數據鎖存器573在讀／寫線和地址譯碼電路控制下，通過數據口P0和擴展的地址口P0、P2使控制器具有可任意編寫100條長度l8位的許人密碼，可自動存儲最后900條長度22位的開鎖記錄的功能。密碼區起始地址為#2000H，開鎖信息記錄區起始地址為#2800H。
RS232擴展、讀卡器接口和編程器接口組成控制器的串行口驅動電路，由于AT89C51只有一個串行接口，但門禁控制器要求與兩個設備實現通訊，即在讀卡模式下控制器應與磁條閱讀器通訊，而在編程模式下控制器應與PC機或專用編程器通訊。為此，電路采用模式選擇開關K2、RS232傳輸驅動芯片ICL232和多路電子開關CD4066組成串行口擴展電路．模式選擇開關K2決定P3、2口的電平。以軟件查詢P3．2口(P3．2=1為讀卡模式P3．2=0為編程模式)的方式，并通過控制P3．3口選通與讀卡器或編程器進行數據通訊。且設置AT89C51串行口在讀卡模式時為低級中斷方式，串行口工作方式1。波特率由定時計數器T1工作方式2和晶振頻率決定，取T1為八位自動裝入常數#00E6H晶振6MI-IZ時，串口波特率為1200bit／s。每當發生讀卡操作，程序即轉去執行讀卡中斷程序。
門鎖驅動和門狀態接口組成門禁控制器基本接口電路，門禁控制器有J1-J18共l8個對外接121。其中，J1、J2為DC12V輸入電源接121。J17、J18為D v輸出電源接口。J3、J4、J5為門鎖控制繼電器輸出接121，由P1．0輸出低電平有效控制門鎖開啟。J6允許進入、J7出門有效、J8門故障報警是三個TrL電平輸出接口，高電平有效．分別由P1．1、P1．2、P1．3低有效控制。J9門鎖到位信號、J10出門開關是兩個光隔輸入接口，可輸入DCSV~12V開關信號，并分別使P1．5、P1．6低有效。Jll開門輔助輸出接口，TrL信號低有效，由P1．7輸出低電平有效門控制。J12、J13為劇卡器RS232接口。J14、J15為PC機或專用編程器RS232接口。J16為信號公用地線。
控制器其他電路：電路中采用4_8v后備電池對單片機89C51單獨供電，正常時后備電源開關K1接通，外接電源對系統供電且向后備電池充電，當外接電源臨時掉電時電池僅對單片機供電，以保證實時時鐘正常運行和保存用戶基本參數，使控制器在外接電源恢復正常時無需重新編程即可正常開始工作。
3 控制器軟件設計
控制器軟件的主要功能有兩部分，一是讀取磁卡器的信息與準人密碼進行比較，當符合條件時開啟門鎖。二是與PC機或專用編程器通信，完成修改準人者信息、更改管理時區、更改門控狀態、確定當前時間等編程工作。控制器軟件流程如圖3所示。
圖3 控制器軟件流程圈
(1)主程序：主程序包括系統初始化、工作模式選擇和時區劃分三個模塊。
初始化模塊完成對系統的各種參數設置。如實時時鐘定時計數器工作方式設置、串行ISl工作方式和波特率設置、數據緩沖區設置和單片機各種工作參數的設置等。工作模式選擇模塊．根據有關輸人ISl信息確定控制器工作在“出門狀態”、“讀卡模式”或“編程模式”狀態。出門狀態由出門按鈕選定，此時控制器轉去執行開門和關門子程序，發出開門信號并禁止讀卡和編程響應，直至門恢復關閉為止。
讀卡模式由模式選擇開關K2斷開選定，讀卡模式下控制器RS232接ISl與讀卡器連接，軟件允許系統響應讀卡中斷，并執行讀卡中斷程序。編程模式由模式選擇開關K2接通選定，編程模式下控制器RS232接VI與PC機或專用編程器連接，軟件轉去運行編程子程序，并禁止讀卡和不響應出門信號，直至按照PC機或專用編程器指令退出編程狀態為止。
時區劃分模塊，將每周分為星期一～星期五、星期六和星期日三個工作時間段，并且通過編程將每天24小時以10分鐘為單位，可任意設置為“常開”、“常關”和“自動”三個工作時區。在常開時區內門鎖始終開啟，在常關時區內只允許符合三條主人密碼的磁卡開啟門鎖．在自動時區內允許符合準人密碼的磁卡開啟門鎖。
(2)實時時鐘中斷程序：設置AT'89C51的定時計數器TO．工作方式1為高級中斷，當晶振頻率為6MHZ，定時常數為#3CBOH，將產生0．1秒定時中斷。在實時時鐘中斷程序中對0、1秒、秒、分、時、星期和月份進行計時并存人相應單元。
(3)讀卡中斷程序：讀卡中斷程序包括讀卡、數據處理和糾錯處理三個模塊。讀卡模塊的功能是當程序響應讀卡器中斷后，即將讀卡器發來的磁卡中第二磁道和第三磁道前l8位主賬號數據信息分別讀人相應的緩沖區。
數據處理模塊中，分別將 、三磁道數據緩沖區的數據逐個取出，并與密碼區中各條準^密碼信息逐位進行比較，全部相符時即將當前時間和進^者18位主帳號寫^開鎖信息區，同時轉向門狀態控制子程序。
糾錯模塊的功能是，當發現無論是硬件或軟件故障造成通訊信號丟失時，都將退出讀卡中斷程序，返回主程序以免程序陷^死循環。
(4)門狀態控制程序：包括自動開門、關門兩個子程序。在開門子程序中給出開門驅動信號，并按照編程給定的開門時間，維持開門驅動信號。
在關門子程序中首先檢測門鎖到位信號，確認門鎖到位后發出關閉開門驅動信號，否則將保持開門驅動信號。當開門時間超過編程給定的開門超時時間時，控制器將按編程給定的報警時間長短發出門故障報警信號，直至門鎖到位信號得到確認。
(5)編程通訊程序：當模式選擇開關K2接通，主程序查詢到P3．2=0時，控制器進人編程工作模式。在編程模式下控制器與PC機或專用編程器通過RS232接VI通訊可完成設置準人密碼，設置當前時間，設置門狀態參數，設置編程密碼，設置工作時區，讀取開鎖記錄等工作。控制器需由PC機或專用編程器的指令退出編程模式。
