基于无线传输的智能小区门禁系统设计

门禁系统是新型现代化公共安全管理系统，它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术和生物技术等诸多新技术，是重要部门出人口实现安全防范管理的有效保障。随着无线射频识别(Radio Frequency Identification)技术和IC卡技术的发展，非接触式IC卡凭借其卓越的应用特性和优越的市场前景，已成为住宅、楼宇弱电系统的重要组成部分，并成为智能小区现代化管理的重要标志。现有的门禁系统中，各控制器同PC机的通信一般是通过RS一232，RS-485总线或CAN总线进行的，设备之间的物理连接复杂，网络改造施工困难，对于新增用户来说新增布线更是繁琐。应用无线传输模块构建门禁传输网络，克服了上述困难，实现了计算机对智能小区出人口的管理。

     1 系统结构

     系统框图见图1。本系统主要由主控设备、无线数据传输模块(简称无线模块)、读卡模块、卡片、电控锁和管理PC机等组成嘲。主控设备是门禁系统的部分，通过无线传输模块与计算机通信，用户卡号、序列号及小区广播等信息，并上传读卡信息、时间信息和报警信息。用无线传输方式代替有线传输方式，实现PC机和主控设备之间的通信；读卡模块负责渎取非接触式ID卡中的数据 ，并以曼彻斯特码的形式发送给主控设备，主控设备接收曼彻斯特码并根据卡的特性解码得到卡号；门禁管理PC机是系统的中央管理机构，它负责数据库的建立、管理、维护和系统数据库，负责收集、记录各主控设备上传的信息，并以广播方式向各个主控设备发送信息。

      2 硬件电路设计

       2．1 读卡模块

      读卡模块采用了RF001模块，它从工作频率为125 kHz的EM4100卡中读取数据。外接线圈由线径为0．21 mm 的漆包线绕制而成，其形状为正方形，面积为81 cm ，共65匝。系统上电后，当EM4100卡进人读卡工作区域后，卡内LC振荡电路产生串联谐振，内部电容充电并终获得1．5～7．5 V 的工作电压，这时EM4100卡内数据被连续发送出去。读卡模块接收、解调信息，通过引脚输出TTL电平的曼彻斯特码给主控设备。

       2．2 无线数据传输模块

      无线数据传输模块选用了PTR2000，该模块满足无线管制的要求且无需使用许可证，采用抗干扰能力较强的FSK调制／解调方式。设计中，通信频率设定为434．33 MHz(PIN2置为高电平)。系统运行中，模块始终处于工作状态(PIN6置为高电平)嘲，PTR2000与管理PC机串口的接口电路见图2。

 

      2．3 液晶显示模块

      显示部分采用点阵式液晶块TM12864ABA，其行列控制器分别为HD61202和HD61203，驱动电路见图3。软件管理平台向各主控设备发送广播时，主控设备接收显示命令和数据，查询字库，并在液晶屏上显示相应的广播信息。为减少传输字节数，自制了以大容量串行e—Flash MM36SB020为载体的16× 16点阵字库，MM36SB020采用两线串行总线方式与单片机相连。设计中用VB6．0编写提取字模的程序，将GB2312—8O中的HZK16第1、第2级常用字及偏旁部首共计6 763个字模，经过纵向取模、字节倒序处理后存储到了e-Flash上。

       2．4 随机密码键盘模块

     系统设计中采用管理键盘专用智能控制芯片HD7279A[ ，管理12个按键。通过调用C函数库中的srand()函数和rand()函数产生随机数。方法如下：取上限为9，下限为0，利用srand(r)产生种子值，其中，r是用于产生种子的变量(该变量的初始值设置为主控设备的地址值)，种子值随变量r改变。筛选函数choose()用来筛选rand()函数产生的随机数，得到O～9的随机序列，将这个序列显示在LCD上，用户根据键盘与LCD的对应关系进行按键输入操作。密码输入完成后，下产生的O～9的随机序列会发生变化。这样在一定程度上防止了密码被人偷窥。

       2．5 电锁驱动电路

      图4为电锁驱动电路。主控设备接收卡号后，判断卡号的合法性，若卡号合法，执行开门动作，即将单片机的P2．7置为低电平，光电隔离器工作，测试点A 变为高电平，三极管导通，继电器线圈被驱动，开关闭合，电锁打开；当P2．7置为高电平时，继电器掉电，电锁闭合。

      3 软件设计

      3. 1 通信协议

      PC机与主控设备间的通信包括：合法的卡号和序列号、注销卡号、上传读卡信息和读卡时间、发布小区广播。其中合法序列号和卡号的数据格式是：

     开始符(0xF1)+序列号(2字节)+卡号(10字节)+结束符(0xE1)+LCR校验(1字节)，数据长度为15字节。

     主控设备向PC机发送请求应答指令后，等待PC机的应答，得到应答后进行相应的操作；若在设定的T 时间内没有接收到应答信号，表明网络忙(这种情况容易在多个主控设备同时向PC机发送请求应答指令时出现)。解决方案是采用随机延时方法，即主控设备再次发送请求指令，并根据其地址值产生一个初始种子值，产生0-255的随机数，这个随机数与 (设为5 ms)相乘得到随机的延时时间 。延时等待T。后若仍未得到PC机应答，则再次发送请求指令，以此类推，直到得到应答信号。

      3．2 门禁管理软件

      该系统采用Visual Basic 6．0为前台开发工具，主要由通信处理模块、卡片管理模块、控制器管理模块、权限管理模块等组成。各模块均以SQL SERVER为后台运行数据库，利于实现各模块之间的数据操作和共享。通信处理模块，主要完成控制指令的发送和实时数据的接收；卡片管理模块，发放或注销序列号、卡号；人员管理模块，用于建立持卡人员的信息库；权限管理模块，可分层设定操作者的各项权限；报表处理模块，具有强大的报表处理功能。

      4 结 论

     采用无线方式进行数据传输，实现主控设备与PC机的信息交互，减少了施工难度，利于日后管理者对门禁网络的改造。因此，基于无线传输的智能小区门禁系统定会有广阔的应用前景。(fengminxing) 

  

参考文献:

[1]. RS-485 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS-485_584821.html.
[2]. EM4100 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/EM4100_1136212.html.
[3]. TTL datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TTL_1174409.html.
[4]. PTR2000 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PTR2000_558296.html.
[5]. HD61202 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/HD61202_1078805.html.
[6]. HD61203 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/HD61203_1078817.html.
[7]. HZK16 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/HZK16_391805.html.
[8]. HD7279A datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/HD7279A_1131804.html.