摘 要： 智能化門禁管理系統(tǒng)通過對出入口的控制來限制人員進出公司，進而達到確保公司安全的目的。提出了一個非接觸式IC卡智能門禁管理系統(tǒng),包括管理中心端、門禁端和非接觸式IC卡。介紹了各組成部分并著重設計了M1卡與讀/寫卡器的通信及控制器與PC的通信。該系統(tǒng)使用簡單，可靠性高，系統(tǒng)維護方便且價格低廉，有很好的應用推廣價值。
關鍵詞： M1卡； MFRC500； MSP430F149； 485轉換器
隨著社會經濟和科技的發(fā)展，新的安全問題已經給社會各個階層帶來諸多壓力，智能化門禁管理系統(tǒng)就是針對這種社會需求而開發(fā)的時代產物。它不僅僅是簡單的開鎖，杜絕外來人員隨意進出，通過門禁系統(tǒng)的監(jiān)控還可以知道某個區(qū)域某個房間在一定的時間范圍內進出的人員，一旦發(fā)現非法入侵，可以迅速報警，提高安全防范能力。另一方面，可以實現開門自動記錄，便于追溯、查詢進出人員資料,有效地解決了傳統(tǒng)門鎖的多種不足，能夠實現智能化管理，增強內部的保安措施。智能門禁系統(tǒng)以其多功能、高效率、高水平、高檔次等特點,逐漸成為安全防范體系的重要組成部分。本文以現代化企業(yè)門禁管理為對象設計了一種IC卡智能門禁管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)應包括管理中心端、門禁端和非接觸式IC卡，能夠將“感應卡”與“鎖具”有機結合，進而由“感應卡”替代“鑰匙”，配合電腦實行智能化管理。
1 系統(tǒng)總體結構設計
根據功能需求和設計原則，本門禁系統(tǒng)可分為管理中心端、門禁端和門禁卡三部分，其結構如圖1所示。
管理中心端由電腦、讀/寫卡器和485轉換器組成，其主要功能為：
(1)在管理中心可錄入每個用戶的信息資料，包括姓名、用戶ID號、年齡、職位、部門、身份證號碼、每天可刷卡時間段、每周的工作日等，存入數據庫作為基本數據。
(2)當用戶IC卡丟失或者用戶想注銷IC卡時，可通過管理中心進行掛失或銷卡操作。
(3)根據實際情況為每個用戶發(fā)放IC卡，賦予相應的權限。
門禁端由門禁控制器、讀卡器、電鎖門、出門按鈕組成，其主要功能為：
(1)用戶進門時，使用IC卡刷卡，讀卡器識別IC卡讀取數據并傳送給門禁控制器，控制器分析數據然后決定是否開門，若開門則給電鎖門發(fā)出控制信號，同時控制器記錄開門者的信息，定時地傳送給PC。
(2)用戶出門時，按出門按鈕即可出門。
門禁卡采用非接觸式IC卡，通過“非接觸式IC卡”與“鎖具”有機結合，進而由“感應卡”替代“鑰匙”，配合電腦實行智能化管理。
2 IC卡的設計
非接觸式IC卡(又稱射頻IC卡)是世界上近幾年發(fā)展起來的一項新技術，它成功地將射頻識別技術結合起來，解決了無源卡中無電池和免接觸這一難題，是卡應用領域的一大突破。可以預測，在不遠的將來，非接觸式IC卡會更大范圍地加以推廣應用。Mifare卡是目前世界上使用量最大、技術最成熟、性能最穩(wěn)定、內存容量最大的一種感應式智能IC卡。由于Mifare卡操作簡單、快捷,抗干擾能力強,可靠性高,安全性好,適合于一卡多用。因此本門禁系統(tǒng)的非接觸式IC采用M1卡[1]。
工作原理：讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷;在這個電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存，當所積累的電荷達到2 V時，此電容可做為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接取讀寫器的數據。
3 讀/寫卡器的設計
讀/寫卡器采用MF-RC500芯片。MF-RC500是Philips公司為Mifare卡設計的專用讀卡芯片,它支持ISO14443A所有的層。MF-RC500是應用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用了先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56 MHz下所有類型被動非接觸式通信方式和協(xié)議。其功能框圖如圖2所示。
MF-RC500內部包括并行微控制器接口、雙向FIFO緩沖區(qū)、中斷、數據處理單元、狀態(tài)控制單元、安全和密碼控制單元、模擬電路接口及天線接口。MF-RC500外部接口包括數據總線、地址總線、控制總線、電源等。MF-RC500的并行微控制器接口自動檢測連接的8 bit并行接口的類型。模擬電路包含一個具有極低阻抗橋驅動器輸出的發(fā)送部分,這使得最大操作距離可達100 mm，接收器可以檢測到非常弱的應答信號[2]。讀/寫卡程序設計流程如圖3所示。
4 控制器的設計
控制器采用MSP430F149單片機，而MSP430F149采用的是16 bit的RISC結構， 指令的執(zhí)行時間只需要150 ns;具有超低的功耗,它在休眠條件下工作的電流只有0.8 ?滋A；有兩個串口通信模塊：USART0、USART1，兩個串口都可以通過軟件設置成異步串行通行UART模式或者同步串行通信SPI模式；MSP430F149提供的片內Flash為60 KB，同時片內還提供較多的RAM，以便運算時處理；提供P1.0~P6.0共6個數據端口[3]，能為用戶提供更多的處理功能。
5 485轉換器的設計
由于RS232通信有以下幾個弱點：傳輸速率比較低，一般低于20 kb/s；傳輸距離有限，通常在通信距離低于15 m的場合使用；抗噪聲干擾弱等。因此，本門禁控制器采用RS485通信方式，RS485傳輸速率最高可達到10 Mb/s,傳輸距離的最大標準可達到4 000 feet，并且由于采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強,即抗噪聲干擾性好[4]。因此，可采用RS232/RS485轉換器RS3485實現RS232總線和RS485總線的相互轉換。
RS485串口通信協(xié)議設計思想是基于幀傳輸方式。為了使數據快速、可靠地傳輸，將每一幀數據對應一個命令幀，傳輸數據即執(zhí)行命令。一次完整數據傳輸可以采用如圖4所示的幀定義。
6 管理軟件的設計
PC軟件設計采用Microsoft SQL Server 2000作為數據庫后臺管理系統(tǒng)，采用完全面向對象編程的開發(fā)工具Visual Basic來設計軟件的管理界面。本智能門禁管理系統(tǒng)設計為6個模塊來滿足要求，如圖6所示。
系統(tǒng)構建的數據庫包含3個表：
(1)登錄信息表：管理員的信息，包括用戶名、用戶密碼；
(2)用戶信息表：持卡人的詳細信息，包括IC卡編號、姓名、性別、職位、身份證件、可出入時間段和每周工作日；
(3)查詢信息表：持卡人的進門時間查詢，包括IC卡編號、進門時間。
本文基于MSP430單片機和MF-RC500芯片并結合實際設計的智能門禁系統(tǒng)使用簡單、快捷、安全且功耗低。此門禁系統(tǒng)還具有擴展功能，可根據實際需要增加報警、實時監(jiān)控、強制關門等功能，具有極大的推廣價值和應用前景。
參考文獻
[1] 劉新躍.基于RFID的智能門禁系統(tǒng)設計[J].成都大學學報，2012，31(3)：261-263.
[2] 郭廣靈，吳惠云，張月峰.非接觸式IC卡讀寫器設計[J].河南工程學院學報，2008,20(1)：28-31.
[3] 秦龍.MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.
[4] 曹磊.MSP430單片機C程序設計與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.
[5] 陳曉靜.基于MSP430單片機的多機串口通信設計[J].信息化研究，2009，35(12)：35-37.