P89LPC932在射頻門禁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

西安交通大學(xué) 曹銀強 王毅 邵憲太

系統(tǒng)概述

門禁控制領(lǐng)域中，讀卡器通訊器讀取各類非接觸式身份識別卡， 將ID信息轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)，采用串行通訊方式與各類控制設(shè)備相連，以實現(xiàn)相應(yīng)的管理和控制功能。本文所介紹的車輛門禁控制系統(tǒng)，采用射頻通訊器識別用戶ID，充分利用增強型高速8051單片機P89LPC932資源，實現(xiàn)單片機控制的大容量、低成本、快速響應(yīng)車輛門禁系統(tǒng)。

系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)采用Autotag射頻通訊器識別用戶電子標(biāo)簽，增強型8051單片機P89LPC932作為主控芯片。該系統(tǒng)充分利用單片機片內(nèi)資源，所有1000個用戶ID碼和相應(yīng)權(quán)限均存儲在單片機內(nèi)，不需擴充任何外部存儲器件，實現(xiàn)了系統(tǒng)化、簡化。主控芯片讀取用戶數(shù)據(jù)信號并根據(jù)用戶權(quán)限情況做出是否開門信號，并對異常做出聲光報警，系統(tǒng)響應(yīng)時間小于0.9s，響應(yīng)距離8m。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

P89LPC932單片機特性介紹

LPC932是一款低功耗、低價格單片封裝的微控制器，采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期，6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件，電源電壓低，操作電壓范圍為2.4～3.6V。同時集成了許多系統(tǒng)級的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目、電路板面積以及系統(tǒng)的成本。片內(nèi)具有8KB Flash程序存儲器，1KB可擦除扇區(qū)和64字節(jié)可擦除頁規(guī)格；256字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；512字節(jié)附加片內(nèi)RAM，512字節(jié)片內(nèi)用戶數(shù)據(jù)EEPROM存儲區(qū)可用來存放器件序列碼及設(shè)置參數(shù)等；4個中斷優(yōu)先級，8個鍵盤中斷輸入，另加2路外部中斷輸入；可配置的片內(nèi)振蕩器及其頻率范圍和RC振蕩器選項（通過用戶可編程Flash配置位選擇），選擇RC振蕩器時不需要外接振蕩器件。選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時可多達26個I/O口，所有口線均有20mA的LED驅(qū)動能力。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

本門禁控制系統(tǒng)硬件主要部分如圖2所示

圖中可以按照功能分為以下幾部分。

主控制器

采用公司的P89LPC932，是控制系統(tǒng)的部件。上電后從EEPROM中讀取密碼。當(dāng)車輛觸發(fā)入口感應(yīng)線圈，產(chǎn)生外部觸發(fā)1，該觸發(fā)信號送入單片機和通訊器。單片機產(chǎn)生外部中斷，開始準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)。通訊器響應(yīng)該觸發(fā)信號，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機片內(nèi)在FLASH中存儲有1000個用戶ID碼，每個用戶ID占用4個字節(jié)。同時用戶權(quán)限資料存儲在片內(nèi)的EEPROM中，每個用戶占用半個字節(jié)。當(dāng)判別所讀到的ID存在且合法，則發(fā)出開門信號。若ID非法，則進行聲光報警。當(dāng)車輛駛過出口線圈，觸發(fā)外部中斷2，單片機發(fā)出關(guān)門信號。

數(shù)據(jù)讀取部分

本系統(tǒng)采用Autotag通訊器識別用戶ID并送出RS-232電平信號。Autotag通訊器工作頻率為433.9MHz，將由電子標(biāo)簽讀出的的32位代碼通過RS232傳輸線發(fā)出。發(fā)送數(shù)據(jù)格式為：8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，一個結(jié)束位，波特率為9600。當(dāng)車輛到達入口，觸發(fā)感應(yīng)線圈，通訊器開始工作，識別安裝于車輛上的電子標(biāo)簽，并將用戶ID碼轉(zhuǎn)換為RS-232電平信號，由MAX3232將其轉(zhuǎn)換為TTL電平信號并送入單片機串口。

系統(tǒng)的服務(wù)模塊包括顯示電路和聲光報警電路。顯示電路通過譯碼/驅(qū)動器CD4511將BCD碼譯為7段LED顯示，并驅(qū)動LED顯示，利用2 4譯碼器74HC139進行LED位選。聲光報警部分采用單片機直接驅(qū)動發(fā)光二極管進行光報警，因為該單片機驅(qū)動電流可達20mA，通過三極管驅(qū)動蜂鳴器進行聲報警。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件總體設(shè)計

該系統(tǒng)軟件從功能上可以分為幾大模塊：讀取用戶ID并判別合法性模塊、系統(tǒng)和用戶權(quán)限管理模塊、聲光報警模塊、鍵盤模塊、顯示模塊。其中讀取用戶ID并判別合法性模塊和用戶權(quán)限管理模塊是本系統(tǒng)的模塊。

在主程序中主要完成上電初始化、初始密碼讀取，并對不同模塊入口標(biāo)志進行循環(huán)掃描，根據(jù)標(biāo)志的不同狀態(tài)，進入不同的子程序模塊，做出響應(yīng)的處理。

主程序簡要流程如圖5所示。

讀取用戶ID子程序

本系統(tǒng)讀取ID子程序采用外部觸發(fā)方式。當(dāng)有外部中斷觸發(fā)時，單片進入外部中斷處理函數(shù)，進行用戶ID的讀取。部分C源代碼如下所示。函數(shù)trigger_ISR()為外部觸發(fā)中斷處理函數(shù)。

Autotag通訊器將電子標(biāo)簽的32位代碼轉(zhuǎn)化為10位BCD，然后將這10位BCD轉(zhuǎn)化為ASCII碼通過CRLF終端發(fā)送。10位BCD碼前8位為有效信息，后兩位分別為ASCII碼0X0D，0X0A，這兩位是為了標(biāo)識一個有效用戶ID發(fā)送完成而設(shè)置的，其相對應(yīng)的意義為回車符和換行符。本系統(tǒng)的ID讀取子程序中以判別0X0D為數(shù)據(jù)結(jié)束。

void trigger_ISR() interrupt 2
{ uchar serial_temp;
EA=0;
n=0;
do
{
while(!RI);
serial_temp=SBUF; //暫存讀到的ASCII碼
RI=0; //清標(biāo)志位，以便接收下一個
ID[n]=serial_temp; //將讀到的ASCII碼存入數(shù)組
n++; //指向下一個存儲位置
if (n>11)n=0; //若超出，重新存儲。
}while(serial_temp!=0x0D); //當(dāng)讀到結(jié)束符0x0D時停止接收。
uart_ISR=1; //置位中斷服務(wù)完成標(biāo)志。
IE1=0;
EA=1;
return;
}

結(jié)論

本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)在Keil51下調(diào)試通過，硬件系統(tǒng)制作了電路板。經(jīng)過實際測試，該系統(tǒng)容量大，用戶可達1000個。響應(yīng)速度快，響應(yīng)時間小于0.9s，響應(yīng)距離可達8m。系統(tǒng)集成度高，外圍電路少，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠。