基于RS485总线和RFID的智能门禁系统实现

      随着网络技术、数字技术，特别是射频通信识别技术的进步，门禁系统在安全性、方便性、易管理性等方面也得到了长足的发展，成为确保小区及其它重要部门出入口安全的有效措施，已广泛应用于交通、物流管理等多个领域[1-3]。

       RS485总线主机调度网以其组网容易、造价低、软硬件丰富、添加节点方便快捷、数据传输可靠稳定、误码率较低及传输距离适中等优点，仍是目前中小型网络管理系统的主流形式。本工作研究了一种基于RS 485总线和RFID技术的智能门禁系统的硬件和软件实现方案。

       1 系统整体构成 

       系统总体框图见图1，其结构采用集散式控制形式，各下位机分别监控各自节点内的操作状况，又统一受上位机的监控。该系统采用PC机作为上位机，主要负责住户信息的数据库管理、各节点住户实时操作的监控与信息记录等，具体信息包括：RFID卡信息、住户个人信息、密码信息、实时操作信息和历史记录及系统时间等。各下位机采用WINBOND公司生产的W77E58单片机作为微处理器，负责本节点内RFID卡的管理、用户权限的判定及门状态的控制等。各节点内的485收发器MAX485负责接收来自485总线的PC机控制数据或者通过总线向上位机发送实时操作信息见图2。各门禁控制器通过一个串口读取RFID卡信息，并通过另一个串口与485总线通信。上位机通过串口并经232—485电平转换后连接至485总线，统一管理各门禁控制器。

图1 智能门禁系统总体框图

        系统工作过程为：用户将持有的RFID卡接近读卡器时，读卡器识别卡信息并通过串口将卡信息传送给单片机控制器。用户也可以通过键盘输入密码，单片机控制器将卡信息或键盘信息与外部EEPR0M 中存储的信息比较，验证用户权限，进而控制门状态。单片机通过另一个串口经由485收发器通过总线与上位机通信，将卡信息、各时刻操作信息、键盘信息等传送到总线上，上位机通过总线对这些信息进行文件和数据库的存储；同时，上位机对各住户的卡、密码及个人信息以注册或者注销等形式进行数据库管理，以便于查询。

图2 485收发器电路

     2 系统硬件设计 

    2．1硬件组成 

    上位机硬件是PC机和232—485转接卡。下位机硬件主要包括RFID读卡器、485收发器和门禁控制器。下位机节点结构见图3。

图3 下位机门禁控制器总体框图

       下位机的核心部分是W77E58单片机微控制器，其主要特点是具有两个独立的串行通讯口。 

        RFID读卡器采用周立功公司的ZLG500CMifare卡读写模块嘲，利用单片机控制器的P1．4引脚作为其复位信号。读卡器与控制器的接口引线还包括电源线、地线及RXD、TXD 串口数据线，二者为串行通信方式。 [page]

        485总线收发器采用MAXIM 公司的MAX485，其电路原理见图2。其中加入光隔离以实现抗干扰及保护功能。利用单片机的P2．3引脚对其内部的发送和接收驱动器进行控制，通过单片机的一个串口与之通信。

         2．2 工作原理 

        W77E58具有2个串口，这一点在该系统是至关重要的。单片机控制器既要通过串口与RFID读卡器通信，又要通过串口与485总线控制器MAX485通信，因此选择具有2个串口的单片机是解决这一矛盾的最佳方案。而且在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051快2．5倍，这对于作为门禁控制器核心的单片机来说也是大有优势的。 

        键盘具有12个按键，各按键的功能定义为：数字键0-9、确认键及取消键。用户可以通过键盘输入密码信息，也可以通过键盘呼叫开门。EEPROM 存储器AT24C256用来存储用户密钥信息及RFID卡的卡号和密码信息，它具有IIC总线功能，可以在IIC总线的时序下对它进行读写操作；DS1302时钟芯片用来向系统提供时钟，为了方便，该时钟应与上位机一致；另外，采用MAX813看门狗芯片监视程序的运行；采用EA_D20040AR液晶显示器显示用户通过键盘输入的密码、实时操作信息及系统时间信息等；采用DS2Y—S继电器控制电门的开关状态。

        3 系统软件设计 

         系统软件由上位机管理平台和下位机门禁控制程序组成。 

        上位机管理软件是在Windows XP操作平台上，利用Visual C++6．0开发的，功能包括RFID卡注册注销、住户信息添加、删除、查找、编辑、排序、显示、实时监控、管理员登录验证等，具有友好的人机交互界面，显示直观，操作方便。系统运行时，各门禁控制器将采集到的卡信息、键盘信息及实时操作信息以TxT文件的形式存储在上位机中；各小区的单元住户信息以“树”视图的形式显示在平台界面的左侧窗口中。点击相应的节点，各单元的住户信息以数据库表的形式显示在平台界面的右侧窗口中。平台下面的“Tab”控件用来实时显示各门禁控制器的实时操作信息。 

       下位机控制程序采用8OC51语言编程，Wave6000编译仿真。该部分实现的主要功能包括：按键密码及卡信息的读取和验证、液晶LCD及LED显示、时间设置和读取、经由485总线接收及发送操作信息等。软件主程序流程见图4。 

        3．1 485通信 

        通信波特率设为9600bit·S-1 。通信协议为起始字符+本机地址+功能字符+数据长度+数据信息+结束字符其中，起始字符为’@ @@ ’，结束字符为’$$$’，本机地址为：0～32(可以按照需要选择)；广告地址为：Oxffo功能字符为：’0’～’F’。

        3．2 串口中断处理

       串口的功能包括：其一，向上位机发送操作信息，例如刷卡或者密码认证信息等；其二，接收上位机发送的密码修改和卡注册注销信息，并依此修改EEPROM 相应内容，达到实时更新。中断流程见图5。

        3．3 卡及密码管理与认证机制 

       一般情况下每个门禁控制节点的密码只有一个，该密码既存储在上位机的数据库里，也存储在EEPR0M里，当上位机修改此密码时，将修改信息经由总线发送给下位机，进行同步修改。

       用户的卡信息存储方式与密码相同，不同的是每个节点下的卡号信息不止一个，可以几十个。当用户通过上位机注册或者注销卡时，需要将改动信息经由总线发送给下位机，实现同步修改。认证过程如下：当住户通过键盘输入密码时，控制器将该信息与EEPROM 中的密码信息进行校对。如果正确，则通过继电器将门打开，并经由总线按照协议向上位机发送密码开门正确信息；反之，则操作相反。刷卡操作与密码大致相同。 

      3．4 数据库与实时信息管理 

       对用户信息(卡、密码)的管理采用数据库的形式。利用Access2000创建数据库，包括所有门禁控制节点的密码表和各门禁控制节点住户信息表。通过数据库类的成员变量In—pSet对数据库进行读写操作，可以通过管理平台添加或者删除用户信息。上位机以文件的形式记录各门禁节点的实时操作信息，文件格式为TxT格式，共创建4个文件，分别用来存储：实时操作信息、注册和注销信息、卡认证信息和键盘操作信息。

        4 结语 

      本系统实现了射频RFID卡识别，门禁系统密码认证，实时信息显示，上位机数据库管理与存储等功能。该系统具有很大的扩展空间，根据需要不仅可以进行门禁控制器节点的扩展，而且在功能上可以加入摄像头等监控工具。经实验证明，系统设计合理、工作可靠、开发成本低、性价比高，具有很强的应用价值和广阔的市场前景。 

       基金项目：国家自然科学基金资助项目(59978018) 
       作者简介：杨莉(1983～)，女，吉林大学电子科学与工程学院 硕士研究生．

       参考文献 
   

        [1]彭月平，战仁军，刘军，等．基于通信器S1503的门禁系统的设计[J]．电子技术应用，2003，29(07)：77～80． 
       [2]李元忠，马勇，杨旭东．不停车车辆门禁管理系统[J]．信息与电子工程，2003，1(4)：308—311． 
       [3]杜玉梅．射频识别技术(RFID)及其在物流系统中的应用[J]．企业技术开发，2004，23(10)：12-15． 
       [4]邹丽新，朱桂荣，陆家昌，等．基于RS-485总线的多点式空气洁净度监测系统I-J]．电子技术应用，2006，32(8)：135—136． 
       [5]陈斗雪，黎毅明，陈一天，等．无线射频识别及其在制造业中的应用[J]．计算机工程与设计，2006，27(8)：1359—136