0 引言

    門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分。門禁系統(tǒng)的各項(xiàng)功能都是由它直接完成的，如處理讀卡器傳來(lái)的數(shù)據(jù)流，并按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議把其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的卡片識(shí)別碼；接收主機(jī)的命令完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、卡權(quán)限下載、設(shè)置門禁管理延時(shí)、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、控制器復(fù)位等操作；緩存刷卡記錄及刷卡時(shí)間；按照卡的權(quán)限開(kāi)相應(yīng)的門等。因此，系統(tǒng)對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)有較高的要求，硬件與軟件要按系統(tǒng)全局最優(yōu)原則考慮設(shè)計(jì)。

    本文討論的控制器采用8位單片機(jī)設(shè)計(jì)，集數(shù)據(jù)處理、存貯、通訊功能于一塊印制電路板上，具有與讀卡器終端和通訊口快速拆除的特點(diǎn)。因而，它既可作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)同主機(jī)通訊形成主從式總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，也可以作為一個(gè)獨(dú)立的單片機(jī)控制系統(tǒng)，具有一定的靈活性。

1 總體技術(shù)要求 

    在門禁控制器的硬件電路設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)是如何通過(guò)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：讀卡器的讀卡和開(kāi)門功能；記錄和重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能；精確的時(shí)間管理；門狀態(tài)檢測(cè)以及在線聯(lián)網(wǎng)功能。通過(guò)需求分析得知，該系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)要求比較高，要求體積小、功耗低、易升級(jí)、大容量、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、低成本等特點(diǎn)，而且由于其外圍器件多，需要的I／0口較多。經(jīng)過(guò)對(duì)比SST89系列的單片機(jī)，特別適合該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，芯片管腳圖如圖1所示。 

圖1 SST89558RD管腳圖

    為了滿足控制器對(duì)時(shí)鐘高精確度的要求，它不僅要求控制器能根據(jù)時(shí)段屬性控制出入口，并能產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，而且還要準(zhǔn)確記錄事件發(fā)生的日期和時(shí)間。經(jīng)過(guò)精心比較，本系統(tǒng)選用了性價(jià)比極高的時(shí)鐘芯片DS1216D，同時(shí)配備電池保證時(shí)鐘芯片的準(zhǔn)確性。

    門禁控制器要求能存儲(chǔ)控制方式、卡片表、事件表、時(shí)段表、群組表、節(jié)假日表等各種信息，這就需要一定容量的存儲(chǔ)器。由于這些信息需要隨時(shí)讀寫(xiě)，掉電時(shí)又不能丟失，要求門禁系統(tǒng)能夠脫機(jī)運(yùn)行，而且控制器能夠在脫機(jī)的情況下保存一定的事件紀(jì)錄，當(dāng)該控制器在線后能夠自動(dòng)上傳到控制器。該系統(tǒng)設(shè)定控制器能夠保存2000件歷史事件記錄，根據(jù)容量計(jì)算選用了AT24C1024存儲(chǔ)芯片，同時(shí)配備電池保持事件的不丟失。系統(tǒng)總框圖如圖2所示。

圖2 門禁控制器系統(tǒng)總框圖

2 技術(shù)解決途徑

2．1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    最小系統(tǒng)是由保證微處理器可靠工作所必須的基本電路組成的。SSST89E58芯片加上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT24C1024(EEPROM)、鎖存器及電源電路、晶體振蕩器電路、復(fù)位電路就構(gòu)成了本系統(tǒng)的最小系統(tǒng)。另外，在系統(tǒng)掉電情況下為保存重要的數(shù)據(jù)采集帶有時(shí)鐘(SmartWatch)的鋰電池保護(hù)器件(DS1216D)作為后備電源，同時(shí)也為系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 

    因?yàn)闀r(shí)鐘頻率是決定門禁控制器的CPU運(yùn)行速度和時(shí)序的重要性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路。在SST89E58的管腳XTAL1和XTAL2之間接一 個(gè)11．0592 Hz的石英晶體，如圖3所示。

圖3 晶體電路

2．2 時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    在設(shè)計(jì)中采用DS1216D實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片，嵌入鋰電池來(lái)保護(hù)時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失。所提供的時(shí)間信息包括：年、月、日、周、時(shí)、分、秒，最小單位是0．01 S；計(jì)時(shí)工作方式有24 h制和12 h制(AM／PM)兩種。

    這部分由2個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能，其主要功能完成對(duì)DS1216D訪問(wèn)前進(jìn)行的模式識(shí)別過(guò)程。識(shí)別為正確的模式后就可以讀取時(shí)間信息。這里的時(shí)間信息也是64位串行數(shù)據(jù)，同樣要按照64個(gè)循環(huán)移位的方式進(jìn)行，讀取時(shí)間的順序依次是：0．01秒、秒、分、時(shí)、日、周、月、年。

2．3 波特率的設(shè)置

給出串口初始化程序如下：

    INIT：MOV TMOD，#20H；選擇定時(shí)器T1模式2，計(jì)時(shí)方式
    MOV TH1，#0F3H；預(yù)置時(shí)間常數(shù)
    M0V TL10F3H
    SETB TR1；啟動(dòng)定時(shí)器T1
    MOV PCON，#80H ；SMOD =1
    MOV SCON，#50H；串行口方式1工作
    根據(jù)初始化程序，然后進(jìn)行波特率的計(jì)算，

其中： 為定時(shí)器 1的計(jì)數(shù)初值。

2．4 DC-DC雙開(kāi)關(guān)電源模塊設(shè)計(jì)

    LM2576直流電源變換器寬電壓(12V3A)輸入方式，輸出2路5VDC分別給CPU提供電源及驅(qū)動(dòng)繼電器輸出，為無(wú)源輸入、RS一485通信信號(hào)線供電。電源輸入輸出雙向短路、過(guò)流、抗雷擊保護(hù)，防靜電、抗干擾性能很強(qiáng)。

2．5 非接觸式IC卡讀卡器接口設(shè)計(jì)

    讀卡器經(jīng)WG (wiegand)擴(kuò)展接口以WG格式向門禁控制器發(fā)送卡號(hào)，其中通過(guò)DO和D1兩條數(shù)據(jù)線和控制器的P1．0和P1．1口相連。發(fā)送規(guī)則為DO和D1在無(wú)信號(hào)時(shí)同保持高電平，若下一位數(shù)據(jù)為0，則DO數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)一個(gè)50 µs的低電平，D1數(shù)
據(jù)線上信號(hào)保持不變。若下一位數(shù)據(jù)為1，則D1數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)一個(gè)50 µs的低電平，D0數(shù)據(jù)線上信號(hào)保持不變。在50 µs低電平之外，D0和D1始終保持高電平。每一位數(shù)據(jù)的發(fā)送周期為1 ms。

    讀卡器的電源也是由門禁控制器提供的，門禁控制器與讀卡器之間的連線除電源外還有地線GND，指示燈LED信號(hào)，WG信號(hào)DO和D1.

2．6 開(kāi)關(guān)量輸入輸出隔離模塊設(shè)計(jì)

    4路開(kāi)關(guān)量無(wú)源觸點(diǎn)輸入、2路繼電器輸出和2路開(kāi)關(guān)量輸出采用光電隔離方式 。開(kāi)關(guān)量輸入主要包括：2個(gè)門的開(kāi)門按鈕輸入、2門的門磁傳感器輸入；繼電器常開(kāi)常閉輸出本門禁控制器即可接電子陰鎖也可接電子陽(yáng)鎖，根據(jù)情況靈活配置；2路開(kāi)關(guān)量輸出控制讀卡器的蜂鳴器和LED燈的顯示。

2．7 RS．232和RS485串行通信隔離接口設(shè)計(jì)

    當(dāng)門禁控制器非聯(lián)網(wǎng)工作時(shí)，控制器可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)使用，控制1至2個(gè)門，其卡權(quán)限數(shù)據(jù)是在初始化時(shí)計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232串口下載的；聯(lián)網(wǎng)工作時(shí)，控制器通過(guò)RS-485接口與控制中心主機(jī)實(shí)時(shí)通信。隨時(shí)接收主機(jī)發(fā)來(lái)的控制命令如實(shí)時(shí)監(jiān)控、卡權(quán)限下載、設(shè)置門控延時(shí)、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、控制器復(fù)位(系統(tǒng)自檢時(shí)用)等。

    RS-232和RS485通訊分別使用MAX487CSA和MAX232AESE，利用跳線方式控制P3．2口的電平來(lái)選擇使用哪種通訊方式，

3 結(jié) 語(yǔ)

    門禁控制器設(shè)計(jì)的完成，為其門禁管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了一個(gè)基礎(chǔ)。但是控制器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)主要還是為門禁系統(tǒng)搭建一個(gè)核心平臺(tái)，真正完成門禁系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)還有很長(zhǎng)的路要走。另外，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始推廣32位的控制系統(tǒng)，以及新的出人口管理理念和外圍感應(yīng)設(shè)備。本文研究的基于8位單片機(jī)的控制器，僅為以后的開(kāi)發(fā)做好技術(shù)儲(chǔ)備和
基礎(chǔ)。

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