許祖英+趙金燕+伍大明+王銳剛

摘 要： 現(xiàn)有的射頻卡門禁系統(tǒng)，采用的一般是RS 485等有線數(shù)據(jù)傳輸方式，這些傳輸方式存在布線困難、維護(hù)成本高等問(wèn)題。為了克服上述缺點(diǎn)，基于PTR2000無(wú)線傳輸模塊構(gòu)建的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)，采用無(wú)線傳輸方式代替有線傳輸方式，滿足無(wú)線管制的要求且無(wú)需使用許可證，實(shí)現(xiàn)主控設(shè)備與PC機(jī)的信息交互。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，采用20 Kb/s數(shù)據(jù)傳輸率，在有障礙物的情況下，無(wú)線通信模塊PTR2000可在10 m范圍內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別。該系統(tǒng)減少了施工難度，利于日后管理者對(duì)門禁系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)智能小區(qū)出入口的管理。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線傳輸； PTR2000模塊； 智能小區(qū)； 門禁系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN911?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）03?0004?03

Design of intelligent access control system based on PTR2000

XU Zu?ying1， ZHAO Jin?yan2， WU Da?ming1， WANG Rui?gang2

（1. Yunnan Tin Group Guangyuan Industrial Limited Company， Gejiu 661000， China；

2. College of Basic Science and Information Engineering， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China）

Abstract： In existing access control system， the general wired data transmission is RS485. However， the transmission way has problems of wiring difficulties， high maintenance cost and so on. To overcome the disadvantages， an intelligent access control system is established based on PTR2000 wireless transmission module， which use wireless transmission to replace wired transmission. The system can meet the requirements of wireless control without using license， and realize the information interaction between main control device and the PC machine. Through the actual test for PTR2000 module， when data transmission rate is 20 Kb/s and in the obstacle condition， it can accurately identify in 10 meters scopes. The system reduced the construction difficulty， which is good for renovation of the access system for future managers. It also achieved the computer management of import and export of intelligent community.

Keywords： wireless transmission； PTR2000 module； intelligent community； access control system

0 引 言

現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)，根據(jù)卡的種類分為接觸卡（磁條卡）門禁系統(tǒng)和非接觸卡（射頻卡）門禁系統(tǒng)兩種。接觸卡門禁系統(tǒng)由于卡片容易磨損，使用壽命不長(zhǎng)等缺點(diǎn)，使用范圍已經(jīng)越來(lái)越少了。射頻卡由于讀取速度快、性價(jià)比高、耐用性以及安全性高等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為住宅、樓宇弱電系統(tǒng)的主流，并成為智能小區(qū)現(xiàn)代化管理的重要標(biāo)志。但是目前的射頻卡門禁系統(tǒng)中，主控設(shè)備同外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)通信一般是通過(guò)RS 485總線或SPI總線等方式進(jìn)行的，這些數(shù)據(jù)傳輸方式存在布線困難、維護(hù)成本高等問(wèn)題[1]?；赑TR2000無(wú)線模塊構(gòu)建的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)，用無(wú)線傳輸方式代替有線傳輸方式，傳輸?shù)目垢蓴_能力增強(qiáng)，且工作頻率穩(wěn)定通信可靠，滿足無(wú)線管制的要求且無(wú)需使用許可證，實(shí)現(xiàn)了主控設(shè)備對(duì)小區(qū)出入口的智能化管理。

1 門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能小區(qū)門禁系統(tǒng)主要由主控設(shè)備、讀卡模塊、PTR2000無(wú)線收發(fā)模塊、液晶顯示電路模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和PC機(jī)等組成。PTR2000無(wú)線收發(fā)模塊是門禁系統(tǒng)的核心部分，用無(wú)線傳輸方式代替了傳統(tǒng)的有線傳輸方式，成本相對(duì)較低，且采用抗干擾能力較強(qiáng)的FSK調(diào)制/解調(diào)方式，這也在一定程度上提高了傳輸?shù)目煽啃浴TR2000無(wú)線收發(fā)模塊首先將讀卡模塊所采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行放大隔離和模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)入到單片機(jī)控制模塊經(jīng)由TXD/RXD端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后再通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊的DI/DO端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和主控設(shè)備之間的無(wú)線通信。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 門禁系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊主要是控制讀卡模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，實(shí)時(shí)液晶顯示及數(shù)據(jù)通信，對(duì)單片機(jī)的端口需求較少，并考慮系統(tǒng)對(duì)本模塊體積限定等諸多因數(shù)，系統(tǒng)選用Atmel公司推出的AT89C2051，它是目前比較主流的單片機(jī)芯片，20個(gè)引腳，其中包括15個(gè)I/O口，復(fù)位和外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)端，1個(gè)全雙工串行通信端口，5個(gè)中斷源等，128 B的內(nèi)部RAM，2 KB的內(nèi)部ROM空間[2]。

2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用了PTR2000，該模板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻段為433 MHz，在內(nèi)部集成了功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、FSK調(diào)制解調(diào)器（MODEM）等功能，隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)量可為1 KB/2 KB/4 KB，支持流行的跳頻技術(shù)，能夠使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到20 Kb/s。工作電壓低為2.7 V，功耗小，接收待機(jī)狀態(tài)電流僅為8 μA，外圍元件少。另外，由于它采用了低發(fā)射功率設(shè)計(jì)，可滿足無(wú)線管制的要求且無(wú)需使用許可證[3]。

電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，將PIN2和PIN6置為高電平，即可使通信頻率固定為434 MHz，系統(tǒng)工作模塊始終處于接收/發(fā)射狀態(tài)，無(wú)線模塊通過(guò)串口轉(zhuǎn)換芯片MAX232ACPE來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的接口，PC機(jī)串口接口電路如圖2所示。

2.3 信號(hào)調(diào)理模塊

對(duì)于數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信號(hào)調(diào)理尤為重要。信號(hào)調(diào)理模塊電路的作用就是利用放大電路、隔離濾波電路、多路轉(zhuǎn)換及變送器調(diào)理等，將讀卡模塊采集的非電量微弱信號(hào)調(diào)理成可以測(cè)量的數(shù)字信號(hào)，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可讀性能得到極大地改善。射頻卡ID信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，以方便單片機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)分析、顯示和存儲(chǔ)功能。

2.4 液晶顯示電路模塊

液晶顯示電路的設(shè)計(jì)主要是用于采集、顯示、打印等操作。該部分選用GTG240128液晶顯示模塊，該模塊的點(diǎn)陣大小為240×128，帶背光功能。它采用8位并行總線接口，能直接與80系列的微處理器相連。具有128種5×8點(diǎn)陣的ASCI字符字模庫(kù)CGROM；具有64 KB的顯示存儲(chǔ)器，并允許MCU隨時(shí)訪問(wèn)；可用圖形方式、文本方式以及圖形和文本合成方式顯示。可完成 LED顯示鍵盤接口的全部功能，且不占用單片機(jī)系統(tǒng)資源[4]。軟件管理平臺(tái)向各主控設(shè)備發(fā)送廣播時(shí)，主控設(shè)備接收顯示命令和數(shù)據(jù)，并在液晶屏上顯示相應(yīng)的廣播信息。

圖2 PTR2000模塊與PC機(jī)的串口電路

2.5 看門狗監(jiān)控模塊

為了監(jiān)控檢測(cè)模塊工作正常，看門狗電路和芯片是單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)必不可少的部分，這里采用的X25054看門狗芯片主要功能有監(jiān)控電源，防止運(yùn)行程序跑飛，擴(kuò)充控制芯片存儲(chǔ)空間等[5]。

2.6 電源模塊

系統(tǒng)的電源模塊采用蓄電池供電與開(kāi)發(fā)板供電兩種方式，均能提供PTR2000的工作電壓。還可利用開(kāi)發(fā)板為電源蓄電池進(jìn)行充電。為了充分利用電源并減少更換蓄電池次數(shù)，在程序中增加休眠程序和無(wú)線遠(yuǎn)程喚醒程序，最大限度地降低系統(tǒng)功耗。

3 軟件設(shè)計(jì)

因?yàn)橐粋€(gè)功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了高效、方便地使用應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一致性、完整性、安全性、可伸縮性等基本原則。本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇IAR for MCS?51作為開(kāi)發(fā)的IDE，在Z Stack協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，編寫了系統(tǒng)的應(yīng)用程序代碼，用Visual Basic 6.0編寫上位機(jī)程序。各程序模塊均以SQL SERVER 2005為后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，利于實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)操作和共享。

3.1 PTR2000工作模式選擇

在軟件編程過(guò)程中，對(duì)PTR2000的工作模式的選擇非常重要，當(dāng)TXEN=0時(shí)，芯片處于接收狀態(tài)，當(dāng)TXEN=1時(shí)，芯片處于發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)CS=0時(shí)，芯片處于1號(hào)工作頻道狀態(tài)，當(dāng)CS=1時(shí)，芯片處于2號(hào)工作頻道狀態(tài)；當(dāng)PWR=1時(shí)，芯片處于工作狀態(tài)，當(dāng)PWR=0時(shí)，芯片處于節(jié)點(diǎn)待機(jī)狀態(tài)，功耗大約為8 μA，在待機(jī)模式下不能接收和發(fā)射數(shù)據(jù)[6]。

PTR2000模塊有多種數(shù)據(jù)傳輸率選擇，它可工作在速率如4 800 b/s，9 600 b/s下，最高數(shù)據(jù)傳輸率能達(dá)到20 Kb/s。因?yàn)殡S著數(shù)據(jù)傳輸率的減小，通信距離和信號(hào)強(qiáng)度都會(huì)增加，所以實(shí)際測(cè)試時(shí)，可選擇不同的通信速率，測(cè)試該模塊的通信距離和數(shù)據(jù)丟包率等參數(shù)。發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)前需等待至少5 ms后，才可以發(fā)送任意長(zhǎng)度數(shù)據(jù)[7]。

3.2 主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)

主控設(shè)備端的通信主控程序完成的功能主要有：串口初始化、識(shí)別射頻卡、數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)、控制命令發(fā)送、數(shù)據(jù)判別和發(fā)送。主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程圖

主控設(shè)備上電以后，進(jìn)行初始化串口，開(kāi)啟看門狗，識(shí)別射頻卡信息，并進(jìn)行密匙認(rèn)證（讀取變送器地址值進(jìn)行校驗(yàn)），如校驗(yàn)正確則進(jìn)入正常模式運(yùn)行，每次只采樣一個(gè)射頻卡ID，經(jīng)過(guò)定時(shí)器累計(jì)計(jì)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)輪巡，主控設(shè)備通過(guò)RS 232通信串口可訪問(wèn)變送器的參數(shù)ID值，還可以設(shè)置變送器的物理地址，當(dāng)多個(gè)射頻卡同時(shí)讀取時(shí)，可通過(guò)自身的物理地址來(lái)判別命令碼[8]。實(shí)現(xiàn)射頻卡ID的快速讀取和判別。

4 結(jié) 論

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試，得出下列結(jié)論：隨著數(shù)據(jù)傳輸率的減小，通信距離和信號(hào)強(qiáng)度都逐漸增加[9]；采用20 Kb/s數(shù)據(jù)傳輸率，在有障礙物的情況下，無(wú)線通信模塊PTR2000可在10 m范圍內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別。采用4 800 b/s數(shù)據(jù)傳輸率在空曠的地方該系統(tǒng)的無(wú)線控制范圍能達(dá)到200 m范圍內(nèi)。

基于PTR2000模塊構(gòu)建的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)，采用無(wú)線傳輸方式代替有線傳輸方式，實(shí)現(xiàn)主控設(shè)備與PC機(jī)的信息交互，減少了施工難度，利于日后管理者對(duì)門禁系統(tǒng)的改造。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用容易，還可以作為一個(gè)模塊進(jìn)行移植 ，應(yīng)用于其他無(wú)線數(shù)據(jù)傳送領(lǐng)域[10]，因此，是一個(gè)可以普及化的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

注：本文通訊作者為王銳剛。

參考文獻(xiàn)

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2.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊主要是控制讀卡模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，實(shí)時(shí)液晶顯示及數(shù)據(jù)通信，對(duì)單片機(jī)的端口需求較少，并考慮系統(tǒng)對(duì)本模塊體積限定等諸多因數(shù)，系統(tǒng)選用Atmel公司推出的AT89C2051，它是目前比較主流的單片機(jī)芯片，20個(gè)引腳，其中包括15個(gè)I/O口，復(fù)位和外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)端，1個(gè)全雙工串行通信端口，5個(gè)中斷源等，128 B的內(nèi)部RAM，2 KB的內(nèi)部ROM空間[2]。

2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用了PTR2000，該模板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻段為433 MHz，在內(nèi)部集成了功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、FSK調(diào)制解調(diào)器（MODEM）等功能，隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)量可為1 KB/2 KB/4 KB，支持流行的跳頻技術(shù)，能夠使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到20 Kb/s。工作電壓低為2.7 V，功耗小，接收待機(jī)狀態(tài)電流僅為8 μA，外圍元件少。另外，由于它采用了低發(fā)射功率設(shè)計(jì)，可滿足無(wú)線管制的要求且無(wú)需使用許可證[3]。

電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，將PIN2和PIN6置為高電平，即可使通信頻率固定為434 MHz，系統(tǒng)工作模塊始終處于接收/發(fā)射狀態(tài)，無(wú)線模塊通過(guò)串口轉(zhuǎn)換芯片MAX232ACPE來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的接口，PC機(jī)串口接口電路如圖2所示。

2.3 信號(hào)調(diào)理模塊

對(duì)于數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信號(hào)調(diào)理尤為重要。信號(hào)調(diào)理模塊電路的作用就是利用放大電路、隔離濾波電路、多路轉(zhuǎn)換及變送器調(diào)理等，將讀卡模塊采集的非電量微弱信號(hào)調(diào)理成可以測(cè)量的數(shù)字信號(hào)，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可讀性能得到極大地改善。射頻卡ID信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，以方便單片機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)分析、顯示和存儲(chǔ)功能。

2.4 液晶顯示電路模塊

液晶顯示電路的設(shè)計(jì)主要是用于采集、顯示、打印等操作。該部分選用GTG240128液晶顯示模塊，該模塊的點(diǎn)陣大小為240×128，帶背光功能。它采用8位并行總線接口，能直接與80系列的微處理器相連。具有128種5×8點(diǎn)陣的ASCI字符字模庫(kù)CGROM；具有64 KB的顯示存儲(chǔ)器，并允許MCU隨時(shí)訪問(wèn)；可用圖形方式、文本方式以及圖形和文本合成方式顯示?？赏瓿?LED顯示鍵盤接口的全部功能，且不占用單片機(jī)系統(tǒng)資源[4]。軟件管理平臺(tái)向各主控設(shè)備發(fā)送廣播時(shí)，主控設(shè)備接收顯示命令和數(shù)據(jù)，并在液晶屏上顯示相應(yīng)的廣播信息。

圖2 PTR2000模塊與PC機(jī)的串口電路

2.5 看門狗監(jiān)控模塊

為了監(jiān)控檢測(cè)模塊工作正常，看門狗電路和芯片是單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)必不可少的部分，這里采用的X25054看門狗芯片主要功能有監(jiān)控電源，防止運(yùn)行程序跑飛，擴(kuò)充控制芯片存儲(chǔ)空間等[5]。

2.6 電源模塊

系統(tǒng)的電源模塊采用蓄電池供電與開(kāi)發(fā)板供電兩種方式，均能提供PTR2000的工作電壓。還可利用開(kāi)發(fā)板為電源蓄電池進(jìn)行充電。為了充分利用電源并減少更換蓄電池次數(shù)，在程序中增加休眠程序和無(wú)線遠(yuǎn)程喚醒程序，最大限度地降低系統(tǒng)功耗。

3 軟件設(shè)計(jì)

因?yàn)橐粋€(gè)功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了高效、方便地使用應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一致性、完整性、安全性、可伸縮性等基本原則。本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇IAR for MCS?51作為開(kāi)發(fā)的IDE，在Z Stack協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，編寫了系統(tǒng)的應(yīng)用程序代碼，用Visual Basic 6.0編寫上位機(jī)程序。各程序模塊均以SQL SERVER 2005為后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，利于實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)操作和共享。

3.1 PTR2000工作模式選擇

在軟件編程過(guò)程中，對(duì)PTR2000的工作模式的選擇非常重要，當(dāng)TXEN=0時(shí)，芯片處于接收狀態(tài)，當(dāng)TXEN=1時(shí)，芯片處于發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)CS=0時(shí)，芯片處于1號(hào)工作頻道狀態(tài)，當(dāng)CS=1時(shí)，芯片處于2號(hào)工作頻道狀態(tài)；當(dāng)PWR=1時(shí)，芯片處于工作狀態(tài)，當(dāng)PWR=0時(shí)，芯片處于節(jié)點(diǎn)待機(jī)狀態(tài)，功耗大約為8 μA，在待機(jī)模式下不能接收和發(fā)射數(shù)據(jù)[6]。

PTR2000模塊有多種數(shù)據(jù)傳輸率選擇，它可工作在速率如4 800 b/s，9 600 b/s下，最高數(shù)據(jù)傳輸率能達(dá)到20 Kb/s。因?yàn)殡S著數(shù)據(jù)傳輸率的減小，通信距離和信號(hào)強(qiáng)度都會(huì)增加，所以實(shí)際測(cè)試時(shí)，可選擇不同的通信速率，測(cè)試該模塊的通信距離和數(shù)據(jù)丟包率等參數(shù)。發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)前需等待至少5 ms后，才可以發(fā)送任意長(zhǎng)度數(shù)據(jù)[7]。

3.2 主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)

主控設(shè)備端的通信主控程序完成的功能主要有：串口初始化、識(shí)別射頻卡、數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)、控制命令發(fā)送、數(shù)據(jù)判別和發(fā)送。主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程圖

主控設(shè)備上電以后，進(jìn)行初始化串口，開(kāi)啟看門狗，識(shí)別射頻卡信息，并進(jìn)行密匙認(rèn)證（讀取變送器地址值進(jìn)行校驗(yàn)），如校驗(yàn)正確則進(jìn)入正常模式運(yùn)行，每次只采樣一個(gè)射頻卡ID，經(jīng)過(guò)定時(shí)器累計(jì)計(jì)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)輪巡，主控設(shè)備通過(guò)RS 232通信串口可訪問(wèn)變送器的參數(shù)ID值，還可以設(shè)置變送器的物理地址，當(dāng)多個(gè)射頻卡同時(shí)讀取時(shí)，可通過(guò)自身的物理地址來(lái)判別命令碼[8]。實(shí)現(xiàn)射頻卡ID的快速讀取和判別。

4 結(jié) 論

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試，得出下列結(jié)論：隨著數(shù)據(jù)傳輸率的減小，通信距離和信號(hào)強(qiáng)度都逐漸增加[9]；采用20 Kb/s數(shù)據(jù)傳輸率，在有障礙物的情況下，無(wú)線通信模塊PTR2000可在10 m范圍內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別。采用4 800 b/s數(shù)據(jù)傳輸率在空曠的地方該系統(tǒng)的無(wú)線控制范圍能達(dá)到200 m范圍內(nèi)。

基于PTR2000模塊構(gòu)建的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)，采用無(wú)線傳輸方式代替有線傳輸方式，實(shí)現(xiàn)主控設(shè)備與PC機(jī)的信息交互，減少了施工難度，利于日后管理者對(duì)門禁系統(tǒng)的改造。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用容易，還可以作為一個(gè)模塊進(jìn)行移植 ，應(yīng)用于其他無(wú)線數(shù)據(jù)傳送領(lǐng)域[10]，因此，是一個(gè)可以普及化的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

注：本文通訊作者為王銳剛。

參考文獻(xiàn)

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[5] 王福瑞.單片機(jī)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.

[6] 訊通公司.PTR2000數(shù)據(jù)手冊(cè)[EB/OL].[2010?08?11].http：//www.freq.com/.

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[8] 董慶賀.基于RFID的門禁管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（13）：27?30.

[9] 趙金燕.動(dòng)物食品可追溯系統(tǒng)中關(guān)鍵標(biāo)識(shí)技術(shù)的研究[J].畜牧與飼料科學(xué)，2011，32（11）：72?74.

[10] 吳慧峰.基于PTR2000智能儀器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2011（12）：134?135.

2.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊主要是控制讀卡模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，實(shí)時(shí)液晶顯示及數(shù)據(jù)通信，對(duì)單片機(jī)的端口需求較少，并考慮系統(tǒng)對(duì)本模塊體積限定等諸多因數(shù)，系統(tǒng)選用Atmel公司推出的AT89C2051，它是目前比較主流的單片機(jī)芯片，20個(gè)引腳，其中包括15個(gè)I/O口，復(fù)位和外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)端，1個(gè)全雙工串行通信端口，5個(gè)中斷源等，128 B的內(nèi)部RAM，2 KB的內(nèi)部ROM空間[2]。

2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用了PTR2000，該模板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)頻段為433 MHz，在內(nèi)部集成了功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、FSK調(diào)制解調(diào)器（MODEM）等功能，隨機(jī)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)量可為1 KB/2 KB/4 KB，支持流行的跳頻技術(shù)，能夠使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到20 Kb/s。工作電壓低為2.7 V，功耗小，接收待機(jī)狀態(tài)電流僅為8 μA，外圍元件少。另外，由于它采用了低發(fā)射功率設(shè)計(jì)，可滿足無(wú)線管制的要求且無(wú)需使用許可證[3]。

電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，將PIN2和PIN6置為高電平，即可使通信頻率固定為434 MHz，系統(tǒng)工作模塊始終處于接收/發(fā)射狀態(tài)，無(wú)線模塊通過(guò)串口轉(zhuǎn)換芯片MAX232ACPE來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的接口，PC機(jī)串口接口電路如圖2所示。

2.3 信號(hào)調(diào)理模塊

對(duì)于數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信號(hào)調(diào)理尤為重要。信號(hào)調(diào)理模塊電路的作用就是利用放大電路、隔離濾波電路、多路轉(zhuǎn)換及變送器調(diào)理等，將讀卡模塊采集的非電量微弱信號(hào)調(diào)理成可以測(cè)量的數(shù)字信號(hào)，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可讀性能得到極大地改善。射頻卡ID信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，以方便單片機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)分析、顯示和存儲(chǔ)功能。

2.4 液晶顯示電路模塊

液晶顯示電路的設(shè)計(jì)主要是用于采集、顯示、打印等操作。該部分選用GTG240128液晶顯示模塊，該模塊的點(diǎn)陣大小為240×128，帶背光功能。它采用8位并行總線接口，能直接與80系列的微處理器相連。具有128種5×8點(diǎn)陣的ASCI字符字模庫(kù)CGROM；具有64 KB的顯示存儲(chǔ)器，并允許MCU隨時(shí)訪問(wèn)；可用圖形方式、文本方式以及圖形和文本合成方式顯示。可完成 LED顯示鍵盤接口的全部功能，且不占用單片機(jī)系統(tǒng)資源[4]。軟件管理平臺(tái)向各主控設(shè)備發(fā)送廣播時(shí)，主控設(shè)備接收顯示命令和數(shù)據(jù)，并在液晶屏上顯示相應(yīng)的廣播信息。

圖2 PTR2000模塊與PC機(jī)的串口電路

2.5 看門狗監(jiān)控模塊

為了監(jiān)控檢測(cè)模塊工作正常，看門狗電路和芯片是單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)必不可少的部分，這里采用的X25054看門狗芯片主要功能有監(jiān)控電源，防止運(yùn)行程序跑飛，擴(kuò)充控制芯片存儲(chǔ)空間等[5]。

2.6 電源模塊

系統(tǒng)的電源模塊采用蓄電池供電與開(kāi)發(fā)板供電兩種方式，均能提供PTR2000的工作電壓。還可利用開(kāi)發(fā)板為電源蓄電池進(jìn)行充電。為了充分利用電源并減少更換蓄電池次數(shù)，在程序中增加休眠程序和無(wú)線遠(yuǎn)程喚醒程序，最大限度地降低系統(tǒng)功耗。

3 軟件設(shè)計(jì)

因?yàn)橐粋€(gè)功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了高效、方便地使用應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一致性、完整性、安全性、可伸縮性等基本原則。本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇IAR for MCS?51作為開(kāi)發(fā)的IDE，在Z Stack協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，編寫了系統(tǒng)的應(yīng)用程序代碼，用Visual Basic 6.0編寫上位機(jī)程序。各程序模塊均以SQL SERVER 2005為后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，利于實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)操作和共享。

3.1 PTR2000工作模式選擇

在軟件編程過(guò)程中，對(duì)PTR2000的工作模式的選擇非常重要，當(dāng)TXEN=0時(shí)，芯片處于接收狀態(tài)，當(dāng)TXEN=1時(shí)，芯片處于發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)CS=0時(shí)，芯片處于1號(hào)工作頻道狀態(tài)，當(dāng)CS=1時(shí)，芯片處于2號(hào)工作頻道狀態(tài)；當(dāng)PWR=1時(shí)，芯片處于工作狀態(tài)，當(dāng)PWR=0時(shí)，芯片處于節(jié)點(diǎn)待機(jī)狀態(tài)，功耗大約為8 μA，在待機(jī)模式下不能接收和發(fā)射數(shù)據(jù)[6]。

PTR2000模塊有多種數(shù)據(jù)傳輸率選擇，它可工作在速率如4 800 b/s，9 600 b/s下，最高數(shù)據(jù)傳輸率能達(dá)到20 Kb/s。因?yàn)殡S著數(shù)據(jù)傳輸率的減小，通信距離和信號(hào)強(qiáng)度都會(huì)增加，所以實(shí)際測(cè)試時(shí)，可選擇不同的通信速率，測(cè)試該模塊的通信距離和數(shù)據(jù)丟包率等參數(shù)。發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)前需等待至少5 ms后，才可以發(fā)送任意長(zhǎng)度數(shù)據(jù)[7]。

3.2 主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)

主控設(shè)備端的通信主控程序完成的功能主要有：串口初始化、識(shí)別射頻卡、數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)、控制命令發(fā)送、數(shù)據(jù)判別和發(fā)送。主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 主控設(shè)備端軟件設(shè)計(jì)流程圖

主控設(shè)備上電以后，進(jìn)行初始化串口，開(kāi)啟看門狗，識(shí)別射頻卡信息，并進(jìn)行密匙認(rèn)證（讀取變送器地址值進(jìn)行校驗(yàn)），如校驗(yàn)正確則進(jìn)入正常模式運(yùn)行，每次只采樣一個(gè)射頻卡ID，經(jīng)過(guò)定時(shí)器累計(jì)計(jì)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)輪巡，主控設(shè)備通過(guò)RS 232通信串口可訪問(wèn)變送器的參數(shù)ID值，還可以設(shè)置變送器的物理地址，當(dāng)多個(gè)射頻卡同時(shí)讀取時(shí)，可通過(guò)自身的物理地址來(lái)判別命令碼[8]。實(shí)現(xiàn)射頻卡ID的快速讀取和判別。

4 結(jié) 論

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試，得出下列結(jié)論：隨著數(shù)據(jù)傳輸率的減小，通信距離和信號(hào)強(qiáng)度都逐漸增加[9]；采用20 Kb/s數(shù)據(jù)傳輸率，在有障礙物的情況下，無(wú)線通信模塊PTR2000可在10 m范圍內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別。采用4 800 b/s數(shù)據(jù)傳輸率在空曠的地方該系統(tǒng)的無(wú)線控制范圍能達(dá)到200 m范圍內(nèi)。

基于PTR2000模塊構(gòu)建的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)，采用無(wú)線傳輸方式代替有線傳輸方式，實(shí)現(xiàn)主控設(shè)備與PC機(jī)的信息交互，減少了施工難度，利于日后管理者對(duì)門禁系統(tǒng)的改造。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用容易，還可以作為一個(gè)模塊進(jìn)行移植 ，應(yīng)用于其他無(wú)線數(shù)據(jù)傳送領(lǐng)域[10]，因此，是一個(gè)可以普及化的智能小區(qū)門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

注：本文通訊作者為王銳剛。

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