基于RC500的智能门禁控制系统研究

基于RC500的智能门禁控制系统研究来源：一卡通世界作者：袁万锦张革2010-10-911:16:52评论0条摘要：介绍了基于RC500的智能门禁控制系统的设计与开发，门禁控制器主要由射频天线、读卡模块、单片机控制系统及RS485通信接口组成，由RS500接口与PC机组成通信网络系统，并给出了AT89C52与MFRC500的接口原理图，对读卡程序进行了说明，最后给出了主要程序设计的流程图。关键词：射频识别；Mifare智能IC卡；门禁；MFRC500；RS485网络智能门禁系统是指采用现代电子与信息技术，在建筑物内外的出人口对人(或物)的进、出实施放行、拒绝、记录和报警等操作的一种电子自动化控制系统。本系统的前端设备为基于MFRC500的Mifare非接触式IC卡读卡器，识读距离可达到1OCIB，具有抗恶劣环境、保密性强、准确性高、安全性高、识别号唯一无法伪造、可同时识别多个识别对象的优点。本系统由若干台门禁控制器组成，由RS485网络相互连接，通过RS485／232转换器与计算机相连，并通过管理计算机对各门进行控制。只有经过本系统授权的非接触式IC卡在被授权的有效时段内，控制器才向电控门锁发出开锁指令，允许持卡人进门。无效卡或没有经过授权的卡，以及授权卡在非有效时段内，控制系统则不会向电控门锁发出开锁指令，不允许进门。根据需要，管理者可以随时增加、修改或取消授权卡的通行时段。每次读卡的信息，无论是否向电控门锁发出开锁指令，系统都自动记录下来，管理者通过调阅出入口的读卡记录，可以方便地查询持卡人进门的情况，通过管理计算机上的软件还可以提取出考勤信息，作为考勤机使用。1系统组成由图1可以看出，系统主要由AT89C52单片机为核心，辅以射频卡读卡模块、存储器、键盘、LCD显示器、实时时钟、I／O接口、RS485通信模块、看门狗外围电路而构成智能门禁控制器。MCU(微控制器)采用AT89C52(其开发简单，运行稳定)；存储器采用AT24C512(用于存储系统参数及数据，AT24C512是基于IC总线的串口操作方式，是性价比较高的存储芯片)；液晶屏采用TC1602A；时钟芯片采用PHILIPS公司的PCF8563(也是基于IC总线的串口操作方式，可以很方便地记录时间)；键盘采用4×4矩阵键盘；防止系统死机采用MAX813L(作为看门狗)。与上位机的通信采用RS485通信模式，通信距离可以达到1200m左右。图1门禁控制器结构框图由图2可以看出读卡模块由MCU，RC500，天线组成，其中，非接触式IC卡读写模块MFRC500是整个读卡器的核心，它将完成读写非接触式IC卡的所有必需功能，包括RF信号的产生、调制、解调、安全认证和防重叠等。MCU是通过对读写模块RC500内核特殊的内存寄存器的读写来控制RC500的。读取RC500一般是指向Mifare卡请求。RC500实际上是MCU与射频卡之间进行信息交换的媒介，任何卡片上的数据读写均须通过RC500来传递。传送不同类型的指令给RC500，就能实现对RC500的控制。RC500与非接触式IC卡之间能量的传递和数据双向传输的过程是初级和次级2个线圈之间的耦合过程，从读卡器发射给卡的数据信息在调制前采用的是米勒编码，而从卡到读卡器的数据信息采用的是曼彻斯特编码。图2读卡模块结构图读卡模块通过P2口及2根握手线与主MCU进行双机并行通信，由于数据的收发使用同一I／O接口，故每次通信前必须约定通信是由主MCU发起还是由读卡模块发起。本系统用8255扩展了一部分I／O接口，键盘采用4×4矩阵式键盘，分别连接于8255的PCO—PC7端。将8255的PC口低4位设成输出模式，扫描键盘的行线；PC口的高4位设成输入模式，读取键盘的列线。门禁控制器通过8255扩展的PA口和PB口来直接对出人口进行控制。系统需要管理指示灯、蜂鸣器、门状态输入、电控锁、出门按钮、红外报警、防拆开关等输入输出的控制，系统选用的红外报警探头是P2288型热释电传感器。在一个门禁系统中，每个门禁控制器都有一个唯一的地址号，控制中心计算机由此可以区分不同的门禁控制器。门禁控制器启用前，首先由管理计算机经由通信接口向其输入各项运行参数，主要是硬件设备的连接情况及控制模式、人员信息、允许的时间和出入门方式等参数。门禁控制器经过初始化以后就能独立脱机运行，当有人读卡时，控制器将卡号与内存中预设信息进行比较，进行相应的控制开门与否的操作，并将事件记录下来。2AT89C52与MFRC500接口电路MFRC500射频模块的DO—D7(数据端口)和单片机数据端口P0口直接连接进行数据传送，中断请求口IRQ和单片机的中断1(INT1)连接，即单片机利用MFRC500提供中断信息对其进行控制。其他则是ALE，NRD，NWR，RST，NCS等单片机和射频芯片的通信、控制等接口。AT89C52与MFRC500接口电路图见图3。图3AT89C52与MFRC500接口电路3读卡模块软件设计本系统中读卡模块的主要任务就是读取卡号，然后将卡号送给主MCU。读卡过程是一个很复杂的程序执行过程，要按固定的顺序执行一系列的操作指令。微处理器对卡的所有操作都是通过RC500来完成的。RC500内部有64个工作寄存器，按功能的不同分为8个寄存器页，每页有8个寄存器。通过对相关寄存器写入不同的值，就可实现不同的工作配置，执行不同卡的操作命令。RC500每接收到一次操作指令，执行一次对卡的操作，而卡也会返回相应的值。读卡模块程序说明如下。1)密钥装载charMf500PcdLoadKeyE2(un_signedcharkey_type，unsignedcharsector，un_signedchar*uncoded_keys)。密钥装载的作用就是将指定的密钥装入RC500中指定的密钥区内。装载密码是为后续的验证密码做准备，以检验进入射频区内的卡是否为本系统的卡。2)询卡M500PiccCommonRequest(unsignedcharreq_code，unsignedcharatq)。MF1卡是一种以被动方式工作的卡，刚进入射频区内的卡得电进入IDLE状态，读卡器必须不断发出请求信号，符合条件的卡才会响应，这一指令将分别与MF1卡进行通信读取卡上的2个字节的卡片类型号。req—code是请求模式，共有Requestall和Requeststd两种模式。Requestall指令是非连续性的读卡指令，只读一次。但有个例外，当某一次Requestall指令读卡片失败时，Requestall指令将连续地读卡，直到读卡成功才进入非连续性的读卡模式。Requeststd指令的使用和Requestall指令刚巧相反。Requeststd指令是连续性的读卡指令，当某一张卡片在天线的有效工作范围内，Requeststd指令在成功地读取这一张卡片之后，进入对卡片的其他操作。如果其他操作完成之后，又进入Requeststd指令操作，则Requeststd指令将连续地进行读卡操作，而不管这张卡片是否被拿走。只要有一张卡片进入天线的有效工作范围内，Requeststd指令将始终连续地进行读卡操作。本系统采用Requeststd模式询卡，读卡后将卡挂起，这样在天线范围内卡只会被读一次，卡不离开天线范围不会被重复读卡。3)防冲突charM500PiccCascAnticoll(tin_signedcharbcnt，unsignedchar*snr)。防冲突就是从多张卡中选出一张卡来操作，又叫反碰撞、防重叠。AntiCollision指令事实上仅仅是读取MF1卡片上的序列号SN，值存入snr中。如果知道卡的序列号，则可跳过这一步，执行下一步选卡操作。4)选卡charM5O0PiccCascSelect(unsignedcharsnr，unsignedchar*sak)。选中snr指定的卡，经过这一步才真正选中了一张卡，并同时返回卡的容量代码size，值存人sak中。以后的操作都是针对这张卡进行的，且为卡号处理软件设计打好了基础(卡号处理流程图见图4)。图4卡号处理程序流程图5)验证密码charM500PiccAuthKey(un_signedcharauth_mode，unsignedcharsnr，un_signedcharkeys，unsignedcharblock)。这是三轮认证函数，整个过程包括：先将所要访问的区密码加密，再将加密后的密码通过Loadkey存入MFRCS00的Key缓存中，接着进行认证。如果密码相同，则认证成功，卡准许进行读写操作。6)读卡charM50OPiccRead(unsignedcharaddr，unsignedchar*data)读到的卡号数据存入data中。7)卡挂起charMfS00PiccHalt(void)，卡挂起后，即使不拿走，也不会再重复读卡。获得卡号后，读卡模块和主MCU通过P2口及2根握手线交换数据。4卡号处理软件设计主MCU获得读卡模块送来的卡号后，检索存储器中有无此卡，没有则为无效卡，若有此卡则根据群组表、时段表中的授权情况来执行命令，并将读卡事件存到存储器中(卡号处理流程图见图4)。5结论笔者主要介绍一种基于RCS00的智能门禁控制系统，通过应用证明系统运行稳定。本系统通用性强，适用面广，在现有硬件的基础上，只要将软件作适当的修改就可以将其设计成其他方面的应用，如一卡通、停车场自动收费系统、公交自动收费系统等。参考文献：[1]KLAVSFz．射频识别(RFID)技术——无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用[M]．第2版．陈大才，王卓人译．北京；电子工业出版社，2001．[2]王汝琳．智能门禁控制系统[M]．北京；电子工业出版社，2004．[3]何将三，陈国栋．基于MFRC500的射频识别读写器设计[J]．单片机与嵌入式系统应用，2004，(11)：52-54．[4]谢悦平，王新川．计算机系统可靠性问题的研究[J]．河北科技大学学报，2001，22(3)：10—13．[5]孙玉杰，李雪丽，马献果．提高电路可靠性的几项技术[J]．河北科技大学学报，2002，23(I)：41-44．