0 引言

    門禁控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分。門禁系統(tǒng)的各項功能都是由它直接完成的，如處理讀卡器傳來的數(shù)據(jù)流，并按照標準協(xié)議把其轉換為相應的卡片識別碼；接收主機的命令完成實時監(jiān)控、卡權限下載、設置門禁管理延時、報警聯(lián)動、控制器復位等操作；緩存刷卡記錄及刷卡時間；按照卡的權限開相應的門等。因此，系統(tǒng)對于控制器的設計有較高的要求，硬件與軟件要按系統(tǒng)全局最優(yōu)原則考慮設計。

    本文討論的控制器采用8位單片機設計，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。因而，它既可作為一個節(jié)點同主機通訊形成主從式總線結構網(wǎng)絡，也可以作為一個獨立的單片機控制系統(tǒng)，具有一定的靈活性。

1 總體技術要求 

    在門禁控制器的硬件電路設計方面，重點是如何通過單片機的開發(fā)實現(xiàn)以下幾個功能：讀卡器的讀卡和開門功能；記錄和重要數(shù)據(jù)的存儲功能；精確的時間管理；門狀態(tài)檢測以及在線聯(lián)網(wǎng)功能。通過需求分析得知，該系統(tǒng)對單片機要求比較高，要求體積小、功耗低、易升級、大容量、抗干擾能力強、使用壽命長、低成本等特點，而且由于其外圍器件多，需要的I／0口較多。經(jīng)過對比SST89系列的單片機，特別適合該系統(tǒng)的開發(fā)，芯片管腳圖如圖1所示。 

圖1 SST89558RD管腳圖

    為了滿足控制器對時鐘高精確度的要求，它不僅要求控制器能根據(jù)時段屬性控制出入口，并能產(chǎn)生相應的動作，而且還要準確記錄事件發(fā)生的日期和時間。經(jīng)過精心比較，本系統(tǒng)選用了性價比極高的時鐘芯片DS1216D，同時配備電池保證時鐘芯片的準確性。

    門禁控制器要求能存儲控制方式、卡片表、事件表、時段表、群組表、節(jié)假日表等各種信息，這就需要一定容量的存儲器。由于這些信息需要隨時讀寫，掉電時又不能丟失，要求門禁系統(tǒng)能夠脫機運行，而且控制器能夠在脫機的情況下保存一定的事件紀錄，當該控制器在線后能夠自動上傳到控制器。該系統(tǒng)設定控制器能夠保存2000件歷史事件記錄，根據(jù)容量計算選用了AT24C1024存儲芯片，同時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 技術解決途徑

2．1 單片機最小系統(tǒng)設計

    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)存儲器AT24C1024(EEPROM)、鎖存器及電源電路、晶體振蕩器電路、復位電路就構成了本系統(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)采集帶有時鐘(SmartWatch)的鋰電池保護器件(DS1216D)作為后備電源，同時也為系統(tǒng)提供了實時時鐘。 

    因為時鐘頻率是決定門禁控制器的CPU運行速度和時序的重要性能指標。本設計采用外部時鐘電路。在SST89E58的管腳XTAL1和XTAL2之間接一 個11．0592 Hz的石英晶體，如圖3所示。

圖3 晶體電路

2．2 時鐘系統(tǒng)設計

    在設計中采用DS1216D實時時鐘／日歷芯片，嵌入鋰電池來保護時鐘芯片的數(shù)據(jù)信息不會丟失。所提供的時間信息包括：年、月、日、周、時、分、秒，最小單位是0．01 S；計時工作方式有24 h制和12 h制(AM／PM)兩種。

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

2．3 波特率的設置

給出串口初始化程序如下：

    INIT：MOV TMOD，#20H；選擇定時器T1模式2，計時方式
    MOV TH1，#0F3H；預置時間常數(shù)
    M0V TL10F3H
    SETB TR1；啟動定時器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，然后進行波特率的計算，

其中： 為定時器 1的計數(shù)初值。

2．4 DC-DC雙開關電源模塊設計

    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)動繼電器輸出，為無源輸入、RS一485通信信號線供電。電源輸入輸出雙向短路、過流、抗雷擊保護，防靜電、抗干擾性能很強。

2．5 非接觸式IC卡讀卡器接口設計

    讀卡器經(jīng)WG (wiegand)擴展接口以WG格式向門禁控制器發(fā)送卡號，其中通過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在無信號時同保持高電平，若下一位數(shù)據(jù)為0，則DO數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)一個50 µs的低電平，D1數(shù)
據(jù)線上信號保持不變。若下一位數(shù)據(jù)為1，則D1數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)一個50 µs的低電平，D0數(shù)據(jù)線上信號保持不變。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，WG信號DO和D1.

2．6 開關量輸入輸出隔離模塊設計

    4路開關量無源觸點輸入、2路繼電器輸出和2路開關量輸出采用光電隔離方式 。開關量輸入主要包括：2個門的開門按鈕輸入、2門的門磁傳感器輸入；繼電器常開常閉輸出本門禁控制器即可接電子陰鎖也可接電子陽鎖，根據(jù)情況靈活配置；2路開關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計

    當門禁控制器非聯(lián)網(wǎng)工作時，控制器可以作為一個獨立的系統(tǒng)使用，控制1至2個門，其卡權限數(shù)據(jù)是在初始化時計算機通過RS-232串口下載的；聯(lián)網(wǎng)工作時，控制器通過RS-485接口與控制中心主機實時通信。隨時接收主機發(fā)來的控制命令如實時監(jiān)控、卡權限下載、設置門控延時、報警聯(lián)動、控制器復位(系統(tǒng)自檢時用)等。

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

3 結 語

    門禁控制器設計的完成，為其門禁管理系統(tǒng)設計奠定了一個基礎。但是控制器的設計開發(fā)主要還是為門禁系統(tǒng)搭建一個核心平臺，真正完成門禁系統(tǒng)的開發(fā)還有很長的路要走。另外，隨著芯片技術的發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)開始推廣32位的控制系統(tǒng)，以及新的出人口管理理念和外圍感應設備。本文研究的基于8位單片機的控制器，僅為以后的開發(fā)做好技術儲備和
基礎。

參考文獻：
[1] 王汝琳．智能門禁控制系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．
[2] 馬鴻雁．門禁控制器的研究[J]．北京：北京建設工程學院學報，2002(2)．
[3] KLAVS F Z，陳大才，王卓人．射頻識別(RFID)技術— — 無線電感應的應答器和非接觸Ic卡的原理與應用(第2版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2001．
[4] 謝悅平，王新川．計算機系統(tǒng)可靠性問題的研究[J]．河北科技大學學報，2001，22(3)：10—13．
[5] 孫玉杰，李雪麗，馬獻果．提高電路可靠性的幾項技術[J]．河北科技大學學報，2002，23(1)：41—44．