STM32门禁系统的4路韦根信号采集与处理※

刘静静

（苏州高等职业技术学校，苏州215009）

引 言

最近几年，随着感应卡技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展。各类射频卡通过读卡器读取后，转化为二进制数据，通常通过韦根信号接口与控制设备相连。韦根信号传输距离远、处理方便，一个处理器可以对多路韦根信号进行处理，从而达到控制多路门的目的。本文从实际应用出发，探讨一种新的韦根信号采集方法。

STM32系列是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M3内核的处理器。将STM32与门禁系统结合，是中低端智能门禁系统的较好选择。

1 韦根协议与ID卡简介

韦根协议是摩托罗拉公司制定的一种通信协议。该协议适用于涉及门禁控制系统的读卡器以及卡片的多种特性，具有多种格式，其中标准的26位是最常用的格式。

韦根26位输出格式：E XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX O

其中E表示前12位偶校验，X表示24位数据，O表示后12位奇校验，以上数据高位在前，从左至右顺序发送。24位数据中前8位为ID卡的HID（隐含码）低8位，后16位为ID卡PID（公开码）。韦根数据输出由两根数据线组成，分别为DATA0和DATA1，两根线输出为“0”或“1”。输出0时，DATA0线上出现负脉冲；输出1时，DATA1线上出现负脉冲；无信号时，两根线都为＋5 V高电平。负脉冲宽度为100μs左右，脉冲间隔为1 600μs左右。示波器上看到的韦根26信号如图1所示。

图1 韦根26数据波形

ID卡（Identification Card）即身份识别卡，是一种不可写入感应卡。数据存储采用EEPROM，存储容量共64位，包括制造商、发行商以及用户代码。卡号在封卡前写入，之后不可再更改，确保卡号的唯一性和安全性。ID卡的载 波 频 率 为 125 k Hz（THRC12）或 13.56 MHz（THRC13），本设计使用的是常用的125 k Hz ID卡。

卡内固化了64位数据，由5个区组成：9个引导位、10个行偶校验位P0～P9、4个列偶校验位PC0～PC3、40个数据位D00～D39和1个停止位S0。9个引导位是出厂时已经掩膜在芯片内的，其值为“111111111”。当它输出数据时，先输出9个引导位，然后是10组由4个数据位及1个行偶校验位组成的数据串，其次是4个列偶校验位，最后是停止位“0”。D00～D13是一个8位晶体版本号或ID识别码。D20～D93为卡号，是8组32位的芯片信息。通常，一张白卡上有两段数据，前段数据为韦根34的卡号，后段数据为韦根26的卡号。后段数据常用逗号隔开，逗号前为一个字节的ID卡的HID码，逗号后为两个字节的ID卡的PID码。

2 系统硬件电路设计

CLRC632是NXP公司生产的应用于13.56 MHz的非接触式射频读卡芯片，本设计中采用4个CLRC632来读取4个门的刷卡数据，并送入韦根信号采集电路的相应通道中。4个读卡器所输出的数据对应为：1DATA0和1DATA1、2DATA0和2DATA1、3DATA0和3DATA1、4DATA0和4DATA1。1号门所对应的的读卡器电路如图2所示。

图2 1号门读卡器电路

其他3个门对应的读卡器电路与此类似，各门所输出的数据送入对应的韦根信号采集通道。通常，韦根信号传输的距离比较远，有很多干扰，若韦根信号线上出现低电平脉冲时受到干扰，电压可能会被抬高，因此，在本设计中，在韦根信号采集电路的设计上采用了比较器。在比较器的反相输入端接一个2 V左右的参考电压，比较器同相输入端接韦根信号。为了更好地得到韦根信号波形，在比较器的同相输入端输入信号前面，加入RC滤波电路以及TVS瞬态抑制二极管，韦根信号的脉冲宽度在100μs左右，所以在实际设计中，R和C的取值分别为10 kΩ和1000 p F，t＝RC＝10μs，滤去10μs左右的毛刺。

在没有韦根数据到达前，韦根信号线上为高电平＋5 V，比较器输出高电平；当有韦根脉冲数据到达时，韦根信号线上为低电平，比较器输出为低电平。将STM32的GPIO引脚设置为内部上拉输入，与比较器的输出端相连，每路韦根信号有两个输出，4路共8个信号分别接在STM32的GPIO的PB8～PB15引脚上。同时，所有输出端通过二极管线与的方式接入STM32的一个GPIO引脚PC3上，这样，只要有一路信号为低电平，该GPIO引脚上就会读到低电平，在软件中将该引脚设置为外部中断输入，采用二极管线与的方式，可以节省一个与门芯片，节约了成本。二极管选用双共阳极二级管BAW56，供两路信号共用。只要处理器的GPIO端口够用，使用该方式就可以扩展出更多路的韦根信号。4路韦根信号采集电路如图3所示。

该采集电路中，比较器选用内有4个比较器的LM339，使用两片就可以满足4路韦根信号的数据采集。LM339的输出为集电极开路型，必须外加上拉电阻。LM339供电为＋3.3 V，韦根信号为＋5 V，但LM339内部有钳位电路，不会影响韦根信号的采集。

3 系统软件设计

3.1 4路韦根信号的采集

STM32的主频为72 MHz，中断响应很快，为μs级，而韦根信号的两个脉冲之间的时间间隔为1～2 ms。因此，在程序设计时，完全可以在每一个脉冲到来时就中断一次，并进入中断响应函数。中断响应函数所要完成的任务是：依次扫描STM32的GPIO口PB8～PB15，判断哪个GPIO口为低电平，PB8～PB15依次对应读卡器1～4的DATA0、DATA1。对8个GPIO端口依次查询是否为低电平，当DATA0数据线上出现低电平脉冲时，将相应的DATA[i]（i代表读卡器号，取值范围为0～3）数组变量右移1位，同时将计数变量数据I[i]的值加1；当DATA1数据线上出现低电平脉冲时，将相应的DATA[i]数组或者0x01再右移1位，同时将计数变量数组I[i]的值加1；当计数变量数组I[i]的值等于26时，对数据进行存储。将DATA[i]数组的值向右移18位，存储在PID[i]数组中，右移两位存储在UID[i]数组中，同时将I[i]和 DATA[i]数组清零。

图3 4路韦根信号采集电路

从以上4路韦根信号采集的分析中可以得出，利用上述的中断查询方法可以准确地采集各路数据，并且4个通道互不干扰，逻辑清晰。其中，中断响应函数的设计流程如图4所示。其中，4个通道依次进行采集。

图4 韦根信号采集软件流程图

3.2 4路韦根信号的处理

在本设计中，已经注册过的用户信息都保存在STM32的Flash中。STM32F103RET6的Flash地址从0x 0800 0000到0x 0808 0000（共512 KB），该系统全部程序为60 KB左右，程序设计时，从0x 0801 f800（第126K）处开始存储ID卡的数据，从0x 0801 f800开始的4个字节存储注册卡记录总数，从0x 0801 f804处开始正式存储记录数据，每4个字节为一条记录；第一个字节为门号，共4个门，门号从01～04；第二个字节为ID卡的PID码；第三和第四个字节为ID卡的UID码。

当采集到的韦根数据到达时，从Flash地址0x 0801 f800中读出注册卡的总数num，根据num依次循环检查各门的数据，如果该卡已经在该门注册过，则控制电磁锁开门，同时保存当前韦根数据和系统时间，便于向上位机上传数据。处理1号门韦根数据的程序流程图略——编者注。其余各门的操作与之类似。

结 语

韦根信号采集的方法在现实门禁控制器中得到了很好的运用，该方法能准确无误地获得多路刷卡信息。该方法简便实用、容易实现，且稳定可靠，也便于扩展更多路的韦根信号采集，降低整个门禁控制器成本。

编者注：本文为期刊缩略版，全文见本刊网站 www.mesnet.com.cn。

[1]黎国锋.近距离无线加密传输韦根信号的实现[J].无线通讯技术，2009（1）.

[2]张炯.基于ARM7的多路韦根信号采集与处理[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（2）.

[3]谭周文.读写器中485与韦根信号采集系统的设计[J].微计算机信息，2008（20）.

[4]柴卉.韦根协议在门禁系统中的应用[J].仪器仪表用户，2007（5）.

[5]陈聪.基于STM32的网络门禁控制系统设计[D].苏州：苏州大学，2012.

[6]张洁.基于RFID技术的行智能门禁系统设计[D].石家庄：河北科技大学，2010.