智能门禁控制器的设计与实现

摘要：门禁控制器是门禁控制系统的核心，开发周期长，通用性差。在此利用现有读卡设备实现门禁控制器的设计，用户只需选用不同的读卡设备就可以实现不同卡的读取，对软件做适当修改，以满足不同门禁系统的需求，缩短了开发周期，提高了门禁控制器的通用性。在此还提供了多种开锁方式，方便用户的进出。在小区门禁系统中的应用证明，该门禁控制器运行稳定，可靠性高。
关键词：RFIC卡；读卡器；门禁控制器；门锁驱动电路

    智能门禁系统是现代门禁管理的重要手段，可以节约管理成本，安全性能高，应用广泛。门禁控制器是门禁控制系统的核心，它根据权限直接控制门锁动作。智能门禁控制器的设计复杂，主要由读卡模块、主控器模块、通信模块和门锁驱动模块构成。其中读卡模块设计复杂，开发周期长。现有很多成熟的读写设备，本文利用现有的读写设备再加上主控器、通信接口电路和控制驱动电路及键盘等外围电路很容易地实现了门禁控制器的设计。本文设计的门禁控制器主要由RFIC卡读卡器MF RC500、主控芯片STC12C5A60S2、门锁驱动电路、显示电路和输入电路构成。设计简单，实用面广，功能升级便捷。

1 硬件设计
    该门禁控制器硬件框图如图1所示，主要由主控芯片STC12C5A60S2、读卡设备MF RC500、门锁驱动电路、显示器、键盘、通信接口电路MAX485和MAX232构成。

1．1 射频卡RFID与读卡设备MF RC500
    射频识别卡(简称射频卡、RFID卡)，也被称作非接触式IC卡，诞生于20世纪90年代初。RFID卡由IC卡芯片、感应天线组成，完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分。芯片具有存储、加密及数据处理等功能。RFID卡读写设备的基本任务就是启动RFID卡，与RFID卡建立通信，在应用系统和卡片间传递数据。RFID卡读写器将要发送的信息编码后加载到一固定频率的载波上，当RFID卡(卡片内有一个谐振电路，其频率与读写器发送的载波频率相同)进入读写器的有效工作区域后，RFID卡中谐振电路的振荡频率与该频率相同，谐振电路将产生共振并产生电荷积累，当电荷积累到一定数值时，就能为RFID卡内的电路提供工作电压，使IC卡内的芯片开始正常工作，射频卡将与读卡设备建立数据通信，并处理读写器发送的数据信息。
    本文利用MF RC500读卡器建立RFID卡与主控芯片的桥梁，实现主控芯片与射频卡间的通信，实现主控芯片对射频卡的读写操作。
1．2 主控芯片STC12C5A60S2
    单片机STC12C5A60S2是门禁控制器的主控芯片．具有ISP／IAP编程功能、2个全双工异步串行口(UART)，通用I／O口可设置成4种模式，高速／低功耗／超强抗干扰，指令代码完全兼容传统8051。
    主控芯片主要有以下3个作用：读取射频卡信息分析持卡人权限，发送控制信号驱动门锁动作，并显示门锁状态；根据键盘输入身份信息和密码，发送控制信号驱动门锁动作，并显示门锁状态；根据上位机PC发送的控制命令实现门锁的控制，并显示相应的控制命令。
1．3 门锁驱动电路
    门锁驱动电路由8路达林顿管集成芯片ULN2803和固态继电器构成，主控芯片通过驱动电路控制门锁动作。
1．4 通信接口电路
    MAX232电路是单片机与电脑串口的通信接口电路。单片机信号电平是TTL电平，其电平电压为0和+5 V，而电脑串口电平是RS 232电平，其电平电压为-10～10 V。MAX232电路实现TTL电平与电脑串口电平的转换，从而实现单片机与电脑串口通信的电路连接。MAX485电路是单片机与读卡设备的通信接口电路，读卡器电平是RS 485电平，远远高于单片机的TTL电平。MAX485电路实现了TTL电平与RS 485电平的转换，从而实现单片机与读卡器设备的硬件连接。同时MAX485总线可以连接128个RS 485设备，因此一个控制器，可以控制128个门控锁，基本满足一般小型小区的需求。

2 软件设计
2．1 射频IC卡开锁操作流程
    射频卡操作流程如图2所示。主控芯片STC12C5A60S2向读卡器发送寻卡命令。MF RC500在天线的有效工作范围内寻找卡片。如果有MIFA RE卡片，将分别与每一张卡片进行通信，读取卡片类型，并传递给主控芯片STC12C5A60S2识别处理。如果有多张卡片在读写器工作范围内，则执行防撞操作，返回一张卡片的序列号作为本次操作的对象，其他卡片处于等待状态。成功防冲撞后，选中一张卡建立通信，将读取卡片信息进行权限分析处理，并把信息发送主机PC存储，开启门锁，LCD显示门锁状态。

2．2 键盘开锁操作流程
    键盘开启门锁操作流程如图3所示。本门禁控制器设置了密码方式开启门锁。具体流程是，先按下键盘上“开锁”按键，主控芯片接受到该命令后，在LCD上显示要求输入射频卡号进行身份验证，当验证通过，输入门锁密码，然后按“确定”按键，主控芯片接受到密码后，进行验证，验证成功后开启门锁，LCD显示门锁状态。

2．3 主机PC开锁操作流程
    主机PC开锁方式是为特殊情况提供方便的。当丢失射频卡，又记不住卡号和密码时，可以向小区管理员提供身份证明，通过验证后，小区管理员通过主机PC向控制器发送开锁命令，在控制器接受开锁命令后开启相应门锁。当遇到火灾或地震等情况时，管理员通过主机发送开启小区所有门控锁命令，打开小区所有门控锁，以最快速度开启安全通道。

3 结语
    本文采用的门禁控制器设计方法简单可行。设计的门禁控制器有多种开门方式，使用方便灵活，每种开门方式都需要身份验证，安全性高。当在火灾地震情况下，可以不用身份验证直接开启门锁。该门禁控制器已经在小区门禁系统中使用，实践证明系统运行稳定，可靠性高。该控制器还可以用于停车场自动收费系统、学生宿舍管理系统等，应用面广。