隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,，門(mén)禁管理系統(tǒng)不斷向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展,。但對(duì)于分散的小型企業(yè)和住宅小區(qū)來(lái)說(shuō),，這些通用的門(mén)禁管理系統(tǒng)在布線(xiàn)和調(diào)試方面花費(fèi)了過(guò)多的物力、財(cái)力,。針對(duì)這種情況,，本文介紹一種基于GPRS和RFID技術(shù)的門(mén)禁控制系統(tǒng),。

    該系統(tǒng)綜合了GPRS和RFID技術(shù),利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)門(mén)禁上位機(jī)對(duì)終端機(jī)的遠(yuǎn)程控制和交互數(shù)據(jù)傳輸,同時(shí)系統(tǒng)采用射頻識(shí)別技術(shù)作為門(mén)禁身份識(shí)別方法，使門(mén)禁管理更安全方便,。
1 門(mén)禁系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
1.1 門(mén)禁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    該門(mén)禁系統(tǒng)由上位機(jī)和終端機(jī)兩部分組成,，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

    上位機(jī)由一臺(tái)裝有管理軟件的PC機(jī)和一臺(tái)管理機(jī)組成,。上位機(jī)負(fù)責(zé)IC卡的發(fā)放,、銷(xiāo)毀,數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、管理,、維護(hù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)下載,，負(fù)責(zé)收集、記錄各終端機(jī)上傳的信息,，并向各個(gè)終端機(jī)發(fā)送命令,。終端機(jī)是門(mén)禁系統(tǒng)的直接動(dòng)作執(zhí)行部分，包括開(kāi)/關(guān)門(mén)以及用戶(hù)的各種自助性服務(wù),。上位機(jī)和終端機(jī)之間通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,。
   該門(mén)禁系統(tǒng)有三種開(kāi)門(mén)方式：密碼開(kāi)門(mén)、刷卡開(kāi)門(mén),、手機(jī)/電話(huà)遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén),。密碼開(kāi)門(mén)指住戶(hù)通過(guò)終端機(jī)的鍵盤(pán)輸入自設(shè)定的密碼開(kāi)門(mén)；刷卡開(kāi)門(mén)指住戶(hù)通過(guò)系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)放的IC卡開(kāi)門(mén),；手機(jī)遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)指訪(fǎng)客通過(guò)系統(tǒng)終端機(jī)處的鍵盤(pán)撥打綁定的住戶(hù)手機(jī)/電話(huà),，住戶(hù)驗(yàn)證訪(fǎng)客身份后，通過(guò)手機(jī)/電話(huà)的“*”鍵控制門(mén)鎖打開(kāi),。
1.2 管理機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)組成
    管理機(jī)主要由：電源,、GPRS模塊、外部存儲(chǔ)器,、RS232串行通信接口,、IC讀卡模塊組成。管理機(jī)的主要功能：讀取IC卡信息,，協(xié)助上位機(jī)軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù),；在PC機(jī)和終端機(jī)之間建立GRPS網(wǎng)絡(luò)橋梁，以便于PC機(jī)與終端機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)交互,。
1.3 終端機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)
    對(duì)各用戶(hù)來(lái)說(shuō),，門(mén)禁控制系統(tǒng)最重要的就是終端機(jī)，本終端機(jī)主要包括以下幾個(gè)部分：電源為終端機(jī)電路提供不同等級(jí)的電壓,；微控制器負(fù)責(zé)終端機(jī)系統(tǒng)的信息采集,、數(shù)據(jù)處理以及對(duì)各功能模塊的控制；IC讀卡模塊負(fù)責(zé)對(duì)IC卡實(shí)時(shí)讀取并將卡片信息上傳給CPU；GPRS模塊負(fù)責(zé)終端機(jī)與上位機(jī),、用戶(hù)手機(jī)/電話(huà)之間的信息交互,；音調(diào)譯碼器根據(jù)接收到用戶(hù)手機(jī)/電話(huà)的按鍵音頻脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的遠(yuǎn)程控制；鍵盤(pán)顯示模塊為人機(jī)接口,，主要用于訪(fǎng)客輸入房間號(hào)和密碼等信息,；外部存儲(chǔ)器主要存儲(chǔ)用戶(hù)的相關(guān)信息；電磁鎖驅(qū)動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān),。終端機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

2 終端機(jī)的硬件設(shè)計(jì)
    針對(duì)各個(gè)模塊的功能及性能要求，設(shè)計(jì)了各主要模塊的電路,。
2.1 微控制器選擇
　 本設(shè)計(jì)選用新華龍公司的C8051F340為CPU[1],。該單片機(jī)有64 KB 的Flash程序存儲(chǔ)空間，4 532 B的RAM,，40個(gè)I/O口,，4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，雙串口,。另外,，單片機(jī)還具有體積小（9 mm×9 mm）,、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),。
2.2 GPRS模塊
    為減少管理機(jī)和終端機(jī)之間的布線(xiàn)，充分利用現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),，管理機(jī)和終端機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互采用GPRS通信技術(shù),。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)用戶(hù)能夠用手機(jī)/電話(huà)遠(yuǎn)程控制樓宇門(mén)的開(kāi)關(guān)，利用了GPRS模塊的短信及語(yǔ)音等功能,。
　GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì),，具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)、按量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn),，能夠更加有效地利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信道資源,，特別適用于間歇,、非周期數(shù)據(jù)傳輸,、少量的數(shù)據(jù)傳輸，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛的應(yīng)用,。
    GPRS模塊選用SIMCOM公司的SIM900B模塊,，該模塊具有體積小、性能穩(wěn)定,、自帶天線(xiàn)扣,、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS,、數(shù)據(jù)的低功耗傳輸,。SIM900B的電路連接如圖3所示。

　U3為SIM卡,，SIM900B通過(guò)自有的SIM卡接口為SIM卡提供電源并向其發(fā)送指令,，實(shí)現(xiàn)SMS、呼叫等功能,。D4～D7是為了防止靜電損害,，在SIM卡座附近放置的瞬變電壓抑制二極管。
    PWKEY管腳為SIM900B的使能端,，軟件使該管腳拉低至少100 ms后,，SIM900B進(jìn)入使能狀態(tài)，此時(shí)CPU可通過(guò)串口向SIM900B發(fā)送指令,。
2.3 IC讀卡模塊
    射頻識(shí)別RFID[2](Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),，利用射頻信號(hào)及其空間耦合和傳輸特性實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止或移動(dòng)物體的自動(dòng)識(shí)別及數(shù)據(jù)交換。
    RFID的實(shí)現(xiàn)包括RFID卡及讀卡器兩部分,。
    (1)射頻識(shí)別卡
    對(duì)于本系統(tǒng)而言,，考慮到安全性及功能的可擴(kuò)展性，選用了工作頻率為13.56 MHz的IC卡,，Mifare One S50,、S70、FM1208及其兼容卡片均可,。
    (2)讀卡器的設(shè)計(jì)
    針對(duì)本系統(tǒng)所選的IC卡,以MF RC530作為讀卡芯片,。MF RC530利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)技術(shù),完全集成了在13.56 MHz 下所有類(lèi)型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)（可達(dá)100 mm）,。
    為節(jié)省I/O口資源,，RC530與單片機(jī)采用SPI方式連接，RC530應(yīng)用電路如圖4所示,。TX引腳上的電感和電容組成低通濾波器,，能夠很好地抑制13.56 MHz石英晶體振蕩器中的高次諧波。接收電路部分的VMID與RX引腳之間連接一個(gè)分壓器[3],。

2.4 電源模塊
    分析系統(tǒng)的功耗及各功能模塊的電壓需求,，整個(gè)系統(tǒng)需要5 V、4.2 V,、3.3 V 3個(gè)電壓等級(jí),。可采用不同的降壓型電壓轉(zhuǎn)換芯片逐級(jí)降低系統(tǒng)的輸入電壓,。整個(gè)系統(tǒng)的輸入電壓由220 V市電經(jīng)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為12 V供給系統(tǒng)使用,。
　第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換采用了LM2576單片集成穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)12 V→5 V的電壓轉(zhuǎn)換,。該5 V電源為鍵盤(pán)顯示、蜂鳴器控制電路,、電磁鎖控制電路以及作為后續(xù)4.2 V,、3.3 V的電源輸入。
　第二級(jí)電壓轉(zhuǎn)換采用MIC29302實(shí)現(xiàn)5 V→4.2 V的轉(zhuǎn)換,，主要是為SIM900B模塊供電,。
　第三級(jí)電壓轉(zhuǎn)換采用AMS1117實(shí)現(xiàn)5 V→3.3 V的轉(zhuǎn)換，主要供給微控制器C8051F340,、語(yǔ)音芯片AP89170等使用,。
2.5 其他部分
    系統(tǒng)鍵盤(pán)顯示部分采用專(zhuān)用的智能控制芯片HD7279A，以MT8870作為雙音多頻解碼芯片,，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)手機(jī)/電話(huà)按鍵音的解碼,，遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)的功能。
　由于系統(tǒng)要存儲(chǔ)的信息量比較大,，考慮體積,、I/O口數(shù)量等因素，設(shè)計(jì)選用串行的AT45DB041D為外部存儲(chǔ)器,。對(duì)本系統(tǒng)而言,，該芯片可存儲(chǔ)3 000個(gè)用戶(hù)信息。
　系統(tǒng)需要根據(jù)終端機(jī)的不同操作,，發(fā)出相應(yīng)的提示語(yǔ)音,。例如：“沒(méi)有此住戶(hù)”、“密碼錯(cuò)誤”等,。提示語(yǔ)音時(shí)間短,，對(duì)音質(zhì)要求不高，不需要重復(fù)錄制和擦除,，系統(tǒng)選用OTP型的AP89170作為語(yǔ)音芯片,。
　電磁鎖的驅(qū)動(dòng)電路采用光耦PC817和功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF9530實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路對(duì)電磁鎖的隔離、驅(qū)動(dòng),。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件主要包括管理機(jī),、終端機(jī)及上位機(jī)軟件三部分。由于管理機(jī)的大部分功能的實(shí)現(xiàn)方法與終端機(jī)是相同(例如射頻卡讀卡子程序,、SIM900B建立GPRS連接的子程序),，且子程序是通用的，從而采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,，以減少軟件設(shè)計(jì)的工作量,，縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期,。
    (1)終端機(jī)軟件流程
　終端機(jī)軟件的總體設(shè)計(jì)思路：系統(tǒng)上電/復(fù)位開(kāi)始運(yùn)行,，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化及自檢,。自檢成功后，蜂鳴器響一聲,。讀存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)參數(shù),，判斷存儲(chǔ)器是否為空。為空,，則初始化系統(tǒng)參數(shù),；非空，則計(jì)算出通話(huà)時(shí)長(zhǎng),、住戶(hù)數(shù)目,、卡數(shù)目等。之后,，程序進(jìn)入主循環(huán),。主循環(huán)中主要有四大部分：終端機(jī)對(duì)一些外部輸入信號(hào)的處理(如按鍵、IC卡等),，以及對(duì)接收到的管理指令（如增加住戶(hù),、刪除住戶(hù)等）的處理；終端機(jī)和管理機(jī)建立GPRS鏈接,、進(jìn)行GPRS通信,；管理機(jī)對(duì)終端機(jī)進(jìn)行串口管理。終端機(jī)軟件流程如圖5所示,。

    (2)上位機(jī)軟件
　 PC機(jī)的上位機(jī)軟件是系統(tǒng)重要的組成部分,，是物業(yè)管理人員對(duì)門(mén)禁系統(tǒng)管理的最直接方式，人性化,、操作簡(jiǎn)單是上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)最基本的要求,。
　基于各種軟件開(kāi)發(fā)工具的優(yōu)缺點(diǎn)比較，及本系統(tǒng)在軟件功能上的具體要求分析,，設(shè)計(jì)中采用Delphi 7.0作為上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)工具[4],。
　界面主要由管理員命令（Admin）、操作員命令（Manager）,、服務(wù)員命令（user）,、串口設(shè)置、密碼管理以及退出菜單組成,。為了提高門(mén)禁系統(tǒng)上位機(jī)軟件的安全性,，軟件設(shè)置了3種不同操作權(quán)限的用戶(hù)類(lèi)型：Admin、Manager及User,。
    (1)Admin用戶(hù)擁有最高的管理權(quán)限,。admin用戶(hù)可以進(jìn)行用戶(hù)管理、終端機(jī)管理以及數(shù)據(jù)庫(kù)備份操作,。Admin用戶(hù)可以增加用戶(hù)及修改用戶(hù)的類(lèi)型,，添加門(mén)禁終端機(jī)且對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,、恢復(fù)。
　(2)Manager用戶(hù)可以進(jìn)行住戶(hù)信息管理,、IC卡發(fā)放管理等操作,。
　(3)User用戶(hù)僅擁有查詢(xún)數(shù)據(jù)以及報(bào)表打印等操作權(quán)限，不能進(jìn)行IC卡發(fā)放以住戶(hù)信息修改等操作,。
　該門(mén)禁系統(tǒng)上位機(jī)軟件具有較好的操作界面,，符合Windows操作習(xí)慣，使用方便,。
   本文以新華龍公司的C8051F340為主控芯片,，以SIM900B為GPRS模塊，以IC卡為身份識(shí)別卡,，設(shè)計(jì)了一個(gè)多種管理及操作方式的門(mén)禁控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)集無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、短信管理及串口管理于一體,，提供了密碼開(kāi)門(mén),、刷卡開(kāi)門(mén)、手機(jī)/電話(huà)遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén)等多種開(kāi)門(mén)方式,。該系統(tǒng)成本低,，安裝、使用方便,，安全可靠,，易于推廣。
參考文獻(xiàn)
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[4] 王春紅.Delphi 7程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京交通大學(xué)出版社, 2004.