智能门禁系统设计要点探讨智能门禁系统设计要点探讨
2015-08-27朱矩龙
朱矩龙
摘 要:门禁系统是建筑使用安全性的基础和保障,使用先进技术对智能门禁系统进行设计有利于提高建筑的安全性能。探讨了一种基于TM卡技术的智能门禁系统设计,阐述了传统门禁系统存在的主要问题,综合说明了智能门禁系统的硬件设计和软件设计,并对系统进行了仿真测试。
关键词:MCU;门禁系统;主控模块;仿真测试
中图分类号:TN409 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.121
随着我国经济和科学技术的不断发展,建筑安全性能的重要性越来越突出,相关的理念也深入人心。但是传统的门禁系统存在着许多问题,直接影响了建筑的安全性。因此,如何通过设计智能门禁系统来提高建筑的安全性,成为设计人员需要解决的问题,下面就对此进行讨论分析。
1 传统门禁系统存在的主要问题
密码门禁系统是通过输入正确密码来驱动电锁。它的优点是只需记住密码,成本低。缺点是读取速度慢、输入密码浪费时间,如果进出人流量较大,就会很耗时;安全系数低,一旦密码泄露,就可能会带来严重后果。
生物识别门禁系统根据人体的生物特征差异来识别身份。正由于生物特征不能仿冒,具有独特性和唯一性,所以该系统安全系数最高,成为高机密场所和信息中心的第一选择。常见的有指纹识别、脸谱识别、虹膜识别等。但是,生物识别门禁系统的成本太高,因此应用的范围很窄。
感应式IC卡门禁系统又分为接触式和非接触式。接触式卡容易磨损,使用次数有限;而非接触式卡凭其耐用性好、读取的速度快、安全系数高等优势,迅速成为主流。但是传统的感应式IC卡式门禁系统存在功能单一、携带不方便、成本高、信息存储介质易损坏、使用温度范围窄、不能适应恶劣环境等缺点。针对这些不足,本文设计了一种新型的具有时间显示、身份识别、开锁、储存信息等功能的智能门禁系统。
2 系统的硬件设计
本文设计的门禁系统硬件主要由身份识别电路、主控单元、存储电路、LED显示电路、时钟电路和继电器控制电路六大模块构成。
2.1 主控单元模块
本设计采用AT89C51作为系统的主控模块,实现出入控制、
时间显示、报警控制、出入人员信息记录等功能,并在系统中预留有相应的IO接口,便于系统根据不同场合的需要扩展功能,例如扩展摄像功能、危险品检测功能等。
2.2 继电器控制模块
在设计中,继电器的驱动是由三极管来控制的。三极管的基级一端通过一个电阻与单片机引脚相连接。当该引脚输出高电平时,三极管导通,继电器线圈通电使常开触点闭合,提示灯亮,此时表明电子锁打开,可以通行。
2.3 身份识别模块
本设计选用第三类IC卡,即触碰卡(touchmemory,简称“TM卡”),又称为ibutton,它是美国DALLAS公司的产品,采用单线协议通讯,只有单根信号线。TM卡既传输时钟信号,又传输数据内容,而且数据的传输是双向的,其线路简单,便于总线扩展,具有抗撞击、耐腐蚀、抗电磁干扰、防折叠、防爆、防潮、防煤尘、具有唯一的64位光刻标识号、使用温度范围宽且便于携带等特点,所以存储于其中的数据信息具有相当高的安全可靠性,大幅提高了门禁考勤系统的性能,成本低且便于维护使用。
TM卡在读写数据的时候是通过一个切换开关K来切换5.0×106 Ω和50 Ω两个阻抗,从而借助信号被拉低的时间长短表示逻辑电平“0”和“1”。TM卡与单片机的硬件连接如图1所示。
工作原理:ibutton的探头与单片机引脚间加上了一个10 kΩ大小的上拉电阻,当ibutton与该引脚所连接探头接触后,命令信号和双向数据经过该引脚输入或输出。身份识别时,严格按照先ROM命令再存储器命令的顺序,只有当TM卡成功完成ROM命令后,才能执行存储器命令,保障读取数据的正确性。使用时,将ibutton与探头瞬间接触,单片机就可以在短时间内与ibutton进行通信,并发送ibutton能够识别的命令字读出ibutton内64 bits数据,然后再与设定的64位码进行比较,完成身份的验证。当两个码比较一致后,单片机继电器控制引脚输出高电平,三极管导通,使得继电器常开触点闭合,启动门禁控制,提示灯亮,允许通行。
2.4 显示模块
本设计中,为了节省IO资源,单片机与LED的连接采用串行方式,并采用MAX7221芯片驱动LED共阴极数码管,通过动态扫描的方式实时显示出入时间。
2.5 存储模块
设计中采用AT24C02芯片来存储出入人员的信息及时间、报警记录等,并可在功能扩展的情况下记录出入人员图片信息、危险品和非法携带品情况等。AT24C02信息存取采用了I2C总线。I2C总线是一种串行数据总线,只有两根信号线,一根是双向的数据线SDA,另一根是时钟线SCL。在本设计中,单片机用两根I/O口线来模拟I2C总线接口,两根信号线经过上拉电阻接电源。硬件连接如图2所示。
3 系统的软件设计
软件采用C51进行设计,并利用Keil和Proteus软件进行了仿真。系统的程序流程图如图3所示。
程序初始化时,要先对DS1302及内部定时器T0进行初始化。启动程序后,单片机读取识别卡内部的64位ROM,并与
已设定的64位码进行比较。如果64位码比较结果一致,系统将闭合继电器的常开触点,同时启动定时器T0,此时,数码管将会显示“---”。当用户取下识别卡后,会重新恢复为显示时间的状态。如果继电器常开触点闭合10 s,系统将自动断开常开触点。如果两个码不同,系统直接调用显示时间的程序。
图1 DS1990A硬件连接图 图2 存储电路图
4 系统的仿真测试
本设计在没有人通行时,系统只有时钟电路工作,LED显示时间;当有人通行,身份识别通过之后记录来访者信息,同时继电器线圈通电,提示灯亮,表示此时允许通行;定时器开始计时,定时结束之后,继电器恢复断开状态,提示灯灭,LED继续显示时间。
系统的仿真和测试结果表明当出入人员通过ibutton正常通行时,继电器闭合,提示灯亮,定时10 s,同时记录来访者的通行时间。定时时间到后,继电器断开,提示灯灭。仿真和测试结果表明本设计实现了预期的功能。
图3 总程序流程图
5 结束语
综上所述,上文所提及的门禁系统的设计具有许多功能,能满足大部分建筑的使用要求,并通过预留扩展功能的接口,使系统具备了刷卡和输入密码这两项功能,有效地提高了保密性能,有着设计简单、功能完善、性价比高、有效提高建筑安全性能等优点,值得我们推广使用。
参考文献
[1]夏月平.基于单片机门禁系统的电路设计[J].电脑知识与技术,2010(30).
[2]雷国荣.基于单片机的出入管理控制系统的设计[J].电子世界,2012(10).
〔编辑:王霞〕
Discussion on the Design of Intelligent Access Control System
Zhu Julong
Abstract: Access control system is the basis and security of the use of building security, the use of advanced technology to design intelligent access control system is conducive to improve the safety of the building. Discusses a based on TM card intelligent access control system design, expounds the main problems existing in traditional access control system, comprehensive description of the hardware design and software design of the intelligent access control system, and the system is simulated and tested.
Key words: MCU; access control system; master module; simulation test
文章编号:2095-6835(2015)14-0123-02