高校实验室门禁系统控制器的设计与研究.doc

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高校实验室门禁系统控制器的设计与研究
高校实验室门禁系统控制器的设计与研究

【摘要】为了保障实验室的财产安全，严格限制进出实验室的人员，在这些实验室安装门禁系统是最安全、管理最省事的做法。控制器是门禁系统的核心部分，本文重点阐述门禁系统控制器部分硬件的设计。

【关键词】门禁系统；实验室；控制器
一、门禁考勤系统组成
门禁考勤系统是许多设备的组合，一般有以下部分组成：控制器、读卡器、转换器、电控锁、感应卡、管理软件系统等组成。控制器是门禁系统的核心部分，一般有接收、运算信息数据、向外发布指令或把实时监控的情况传回主机等功能。控制器可以分为单门、双门、四门等型号，门禁系统的前端设备为读卡器，它主要的功能是读取感应卡的数据，并把读取到的数据信息传输给控制器，目前读卡器的技术已很成熟，供用户选择的种类也很多，用户可根据自身的实际设计情况选择抗电磁干扰性强、信息数据传输距离较长或是感应距离远的读卡器。转换器是计算机与控制器之间进行信息通讯用的设备，为了提高系统的安全性，有些转换器还带有加密功能。电控锁主要是对门进行开、关控制工作，其次还用于接收控制器发来的指令，并通过这些指令来执行，目前电控锁有电插锁、电磁锁等种类。感应卡通过磁力线圈产生一种感应电流，感应卡能过电流把卡内的数据信息传送给读卡器，读卡器通过接收读取信息来判断卡是否合法，感应卡相当于持有人的证件或是开门钥匙，现在产家生产的型号有多种，例如超薄型、钥匙链型等多种型号。门禁系统除了硬件设置外还要有软件系统，软件系统主要完成写入数据信息，对数据进行按受、设置及管理，实现系统对人事的考勤统计、管理等工作。在门禁系统的硬件组成设备里，控制器可谓是系统的心脏，它直接影响着门禁系统的稳定性，影响系统的使用效果。因此接下来本文重点论述控制器的硬件设计及实现。
二、控制器设计要求
门禁控制器分为入口操作和出口操作两种操作，入口操作的流程是先刷IC卡，然后判断卡是否合法，合法的指令门则开启，不合法的指令则禁止进入。出口操作则只要按出门按钮门即开启，延迟一定时间后门再自动闭锁。结合其他门禁控制器的设制，以及从用户的角度考虑，本控制器应该具有的功能和特点如下：一是在宽电压下工作，具有防脉冲干扰设计，在5～18V直流电压范围内可以正常工作；二是可以支持单向出入和双向出入控制，可连接RS485等各种格式的读卡机；三是感应距离在8cm到12cm；四是能够非接触式读取数据，操作要简单，适合任何人使用；五是内带看门狗，具有自我检测功能；六是可以实现脱机、联机工作模式，在线实时监测各门区状态，其次具有丰富的数据接口和通信接口，可以与计算机联机实现管理功能。控制器硬件的选择：根据以上门禁控制器的主要功能、特点及主要技术指标的描述要求，于是对控制器硬件相关器件做了如下选择要求：（1）可以在宽范围的性能要求下实现高集
成度、低成本的单片机作为控制中心；（2）可以编程选择高速、低速晶振和RC振荡方式；（3）具有较宽的操作电压范围；，提供可编程I/O口输出模式选择，可选择施密特触发输入，LED驱动输出和内部看门狗定时器；（4）使用串口器件，以减小印制板的大小，降低成本和功耗。依以上的器件选择要求，经过综合方面的考虑，选择了如下的硬件设备：（1）因系统所需控制器所需的功能较少、使用串口器件，于是选用了I/O较少的DIP20封装单片机芯片，这样可以减小印制板的体积、减少布线数量，降低了成本。本系统选择了P87LPC768单片机芯片；（2）读卡器选择了外购PAR-100AS读卡器；（3）通信接口选用了增强型低功耗半双工RS-485收发器（SP481E型号）。
三、控制器硬件设计
1.P87LPC768单片机。P87LPC768是20脚封装的单片机，可以在较宽范围下实现高集成度、并且成本较低的解决方案。P87LPC768提供了可编程选择的高低速晶振和RC振荡两种方式，具有较宽的操作电压范围。并提供可编程I/O口输出模式选择，可根据用户需求选择施密特触发输入，LED驱动输出或内部看门狗定时器。P87LPC768具有80C51的加速处理器结构，能够使指令执行速度为80C51MCU标准的两倍。管脚配置如下图。P87LPC768不支持对外部数据存储器的访问。但用户配置字节可被看作象外部数据存储器一样，通过MOVX指令进行访问。
2.RS-485通讯接口器件芯片的选用及说明。通常的微处理器都集成有1路或多路硬件UART通道，可以非常方便地实现串行通讯。在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的串行通讯方式作为数据交换的手段。RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS-485电路具有控制方便、成本低廉等