劉艷

（河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，河南 鄭州450064）

本文主要介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件設(shè)計(jì)和讀卡寫卡程序等部分軟件設(shè)計(jì)過程，最后通過系統(tǒng)的功能測(cè)試驗(yàn)證了該門禁系統(tǒng)的可行性。

1 門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

該IC 卡門禁系統(tǒng)主要由PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件和基于STC89C52 單片機(jī)的門禁控制器兩部分組成，并通過MAX232 芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件的功能主要是處理系統(tǒng)中IC 卡基本信息和進(jìn)出人員信息的查詢、增加、刪除、修改等相關(guān)信息[1]。當(dāng)持卡人進(jìn)入射頻區(qū)域內(nèi)時(shí)，射頻讀卡器將自動(dòng)讀取IC 卡上的信息。讀卡器將讀取到的IC 卡信息傳輸給控制器，控制器通過PC 端RS-232 接口與PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件實(shí)現(xiàn)通信連接。

PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件通過查詢數(shù)據(jù)庫，比較IC 卡信息是否合法。若合法則返回合法信息，控制器打開；若不合法則控制器關(guān)閉[2]。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)ST89C52、MFRC500 讀卡器、MAX232 通信模塊、液晶顯示和報(bào)警等模塊。下圖是該系統(tǒng)的總框圖：

圖1 門禁系統(tǒng)的總框圖

該系統(tǒng)選用了單片機(jī)STC89C52 為主控模塊，LCD1602 液晶顯示屏，MCM500 讀卡器模塊，以及MAX232 通信芯片、顯示屏、蜂鳴器為外圍器件。當(dāng)正確的IC 卡對(duì)著讀卡器的射頻區(qū)間內(nèi)刷卡時(shí)，MCM500 會(huì)將IC 卡上的信息傳給主控芯片。主控芯片通過通信傳輸模塊完成串口通信，將信息上傳給PC 機(jī)。PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件通過查詢數(shù)據(jù)庫判斷IC 卡信息是否合法；若合法則將合法信息傳給主控芯片，主控芯片會(huì)控制蜂鳴器發(fā)出提示音[3]。此時(shí)LCD1602 顯示屏上會(huì)顯示持卡人信息以及驗(yàn)證成功提示；而當(dāng)以非法的IC 卡對(duì)著射頻模塊刷時(shí)，液晶顯示屏上會(huì)顯示非法闖入。以下簡(jiǎn)單介紹主要硬件模塊：

2.1 單片機(jī)STC89C52 主控模塊

單片機(jī)STC89C52 具有8Kb 的Flash、256 字節(jié)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、32 位輸入/輸出端口線、內(nèi)置4KB 字節(jié)的帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器、看門狗定時(shí)器、MAX810 復(fù)位電路、2 個(gè)數(shù)據(jù)指針、3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、4 個(gè)外部中斷、1 個(gè)7 向量4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路[4]。

另外，STC89C52 可以0Hz 下支持兩種節(jié)電操作，其中一種為空閑模式，在此模式下CPU 不在執(zhí)行進(jìn)程但是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器工作，另一種為掉電保護(hù)模式，在這種模式下只保存隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的內(nèi)容，其余部分進(jìn)入斷電狀態(tài)。

2.2 讀卡器

該系統(tǒng)的讀卡器芯片選擇芯片MFRC500，該芯片集成了非接觸式IC 卡的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸方式，具有高性能、高集成性的特點(diǎn)。芯片內(nèi)部的發(fā)送器不需要外加電源就可以直接對(duì)近距離天線進(jìn)行操作。因?yàn)镸FRC500 內(nèi)置有天線和數(shù)字處理電路，因此不需要外加接口電路，直接通過MFRC500 芯片的TX1、TX2、RX 引腳信號(hào)芯片選擇合適的電路進(jìn)行信號(hào)的處理。

2.3 通信模塊

結(jié)合實(shí)際距離的需求，在單片機(jī)STC89C52 與PC 機(jī)之間的串口通信接口采用RS232 接口以及為RS232 接口設(shè)計(jì)的工作電壓為+5V 的MAX232 芯片。RS232 接口更適合短距離設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS232 接口具有接口信號(hào)電平低不易損壞芯片、高傳輸速率、一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線更加安全、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)[5]。

2.4 顯示模塊

根據(jù)門禁系統(tǒng)的要求，持卡人手持IC 卡進(jìn)入感應(yīng)區(qū)間時(shí)需要在液晶顯示屏顯示IC 卡卡號(hào)、時(shí)間信息、姓名以及IC 卡信息驗(yàn)證是否合格等提示信息。該系統(tǒng)選用的LCD1602 液晶顯示屏是一種點(diǎn)陣型液晶模塊，擁有16×2 點(diǎn)陣，可以用來顯示漢字、數(shù)字等。結(jié)合具體的漢字在漢字庫中的相應(yīng)區(qū)位碼，就可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣上的亮點(diǎn)顯示出漢字。

2.5 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的報(bào)警模塊蜂鳴器主要功能是在讀卡和寫卡操作成功的時(shí)候發(fā)出指示音。單片機(jī)STC89C52 輸出通過驅(qū)動(dòng)電平經(jīng)過PNP 型晶體管組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路后再驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。

勒維斯之后，警方再也沒有發(fā)現(xiàn)新的嫌疑人。隨著時(shí)間流逝，找到真兇的機(jī)會(huì)越來越渺茫。但泰諾投毒案的影響不止于此。自從該案之后，類似案件愈演愈烈，時(shí)不時(shí)有人吃到了有毒的巧克力或是喝了含有殺蟲劑的果汁。僅在一年時(shí)間內(nèi)，全美就發(fā)生了270起食品、藥品污染案，其中有36起被確認(rèn)為故意投毒。

3 門禁系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

新的IC 卡完成注冊(cè)才能正常使用，注冊(cè)時(shí)需在信息管理模塊中填入個(gè)人的基本信息，點(diǎn)擊“生成卡號(hào)”。生成IC 卡號(hào)后將個(gè)人信息與生成的IC 卡編號(hào)寫入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件通過MAX232 芯片將寫卡命令以及IC 卡號(hào)分別發(fā)送給單片機(jī)STC89C52，對(duì)空白IC 卡寫入IC 卡號(hào)，完成后返回成功提示。

3.1 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

通過實(shí)際過程中數(shù)據(jù)的分析使用SQL Server2000 軟件工具設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫door，選取如下幾項(xiàng)內(nèi)容加以說明：

3.1.1 人員信息存儲(chǔ)表：儲(chǔ)存IC 卡個(gè)人的基本信息。其中，用戶編號(hào)和個(gè)人編號(hào)、IC 卡編號(hào)都是唯一且一一對(duì)應(yīng)的。

3.1.2 IC 卡信息表：Card 表存儲(chǔ)了IC 卡的地區(qū)編號(hào)、密碼、類別等信息，通過對(duì)IC 卡編號(hào)的查詢可以和地區(qū)編號(hào)及其它表格進(jìn)行互聯(lián)。

3.1.3 Inout 表（進(jìn)出時(shí)間表）：記錄了IC 卡的寫入時(shí)間，通過IC卡編號(hào)的查詢持卡人的信息，具體進(jìn)出的時(shí)間等信息。

3.1.4 實(shí)時(shí)管理軟件用戶表：存儲(chǔ)的是使用實(shí)時(shí)管理軟件的人員信息以及使用時(shí)間等信息。

3.1.5 串口通信參數(shù)設(shè)置表：存儲(chǔ)了在串口數(shù)據(jù)通信過程中所使用的一些參數(shù)。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)管理模塊

PC 端RS232 接口與MAX232 芯片進(jìn)行串口通信的參數(shù)包括：通信端口的設(shè)置、波特率設(shè)置、停止位、奇偶校驗(yàn)位和數(shù)據(jù)位等。其中，串口通信端口設(shè)置為COM1，波特率設(shè)置為9600[6]。

3.3 信息管理功能模塊

3.4 信息查詢功能模塊

通過信息查詢模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)對(duì)持卡人的個(gè)人信息、IC 卡信息、進(jìn)出信息等進(jìn)行查詢。

3.5 讀卡器寫卡功能模塊

當(dāng)MAX232 芯片接收到寫卡指令后，讀卡器根據(jù)生成的IC 卡編號(hào)寫入新IC 卡中。寫卡模塊的部分代碼如下:

3.6 讀卡器讀卡功能模塊

當(dāng)IC 卡進(jìn)入射頻工作范圍時(shí)，讀卡器自動(dòng)讀取IC 卡信息后傳輸?shù)絇C 機(jī)，實(shí)時(shí)管理軟件通過查詢功能判斷IC 卡信息是否合法。讀卡模塊的部分代碼如下：

4 門禁系統(tǒng)的功能測(cè)試

對(duì)門禁系統(tǒng)進(jìn)行功能性測(cè)試以驗(yàn)證該系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)基本功能滿足實(shí)際需求。本次測(cè)試主要包括以下幾個(gè)過程：

4.1 對(duì)空白的IC 卡進(jìn)行注冊(cè)。PC 機(jī)實(shí)時(shí)管理軟件輸入IC 卡編號(hào)、持卡人姓名等基本信息對(duì)空白的IC 卡進(jìn)行注冊(cè)。

4.2 在實(shí)時(shí)管理軟件的信息管理界面輸入持卡人信息，生成卡號(hào)。

4.3 將門禁控制系統(tǒng)通電，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。將已注冊(cè)的IC卡放入讀卡器的工作區(qū)間，若IC 卡為已注冊(cè)的IC 卡，顯示屏上則顯示IC 卡的地區(qū)編號(hào)和持卡人信息，如圖2 所示：

圖2 顯示屏顯示驗(yàn)證信息圖

上述的功能測(cè)試通過完成IC 卡的注冊(cè)和讀卡過程驗(yàn)證了本文提出的簡(jiǎn)易IC 卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可行性，基本滿足了日常生活中人員的出入等安全方面的需求，具有一定的使用價(jià)值。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際生活需求，提出了一種實(shí)現(xiàn)信息管理、實(shí)時(shí)查詢、液晶顯示、蜂鳴報(bào)警等功能的簡(jiǎn)易IC 卡門禁系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件方面選取STC89C52 單片機(jī)作為主控模塊的芯片；非接觸式IC 卡的讀寫操作選用了MFRC500 芯片；通信模塊為完成PC 端和單片機(jī)之間的通信選用MAX232 芯片；在報(bào)警模塊中，采用由PNP 型晶體管組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路。在實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單介紹了數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)、系統(tǒng)參數(shù)管理、信息管理、信息查詢、寫卡和讀卡等模塊，并給出了寫卡和讀卡的部分代碼。最后，系統(tǒng)的功能測(cè)試驗(yàn)證了該門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，基本滿足了日常生活中人員的出入等安全方面的需求，具有一定的使用價(jià)值。

隨著科技的快速發(fā)展，門禁系統(tǒng)也會(huì)向更智能化方向發(fā)展，尤其是以大數(shù)據(jù)為核心技術(shù)的門禁系統(tǒng)發(fā)展，如：人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)、二維碼識(shí)別門禁系統(tǒng)、指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)等[7]。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，智能化門禁系統(tǒng)將成為我們?nèi)粘Ｉ畎踩芾砉ぷ髦兄匾慕M成部分，而這些門禁系統(tǒng)將會(huì)更快捷更準(zhǔn)確地識(shí)別人員的基本信息并將更好地服務(wù)社會(huì)。