基于单片机无线门禁系统的设计

何薇

随着电子信息技术的发展，生产工艺的简化，使得很多信息技术应用在我们的生活中。而无线门禁技术就是其中的一种，现在人们的生活水平越来越高，许多的隐私、财产都涉及到安全问题，所以无线门禁系统就应运而生，它给我们的生活带了许多便利，自动识别技术识别进出人员身份是它的主要功能。

1 设计整体说明

门禁系统主要由门禁控制器、读卡器、电控锁、门磁传感器、识别卡、通信管理器、管理主机、管理软件等组成。典型门禁系统构成见图1.1-1。读卡器来识别身份，将电控锁来控制门的开关，门禁控制器是系统的总指挥，它来决定是否为本系统已授予权限的卡，该卡是否符合所设定的拥有合理的权限，从而判断它是否可以在合理的时间开门。

门禁控制器是整个系统的总指挥部分，对门锁的开关和判断卡片的合理等都由它来控制完成，整体的控制命令和传输的信息记录都经过控制器来传输，它还涉及到门锁的状态，和记录存储进出用户信息和时间等等。

1.2 门禁系统的内部设计

本设计的传输方式是采用无线传输的方式。由主控芯片LM3S8962通过无线模块nRF905发送与接收来自多个门禁提供的信息。除此之外，本设计还带有键盘输入密码解锁功能，用于新进人员或访客。当我们把一张IC卡经发射端把8个十六进制的卡号发来后，然后接收端就提取发送来的卡号与门禁控制器中存储的卡号进行校对。当需要密码输入时，输入密码与系统中的校对，进行验证，方法根据卡号判断的方法相当。

2 硬件系统设计

2.1门禁控制器的简介

2.1.1门禁控制器的功能简介

此为门禁系统的最重要的核心部分。这里主要采用LM3S8962芯片为主控芯片。此门禁系统采用了两种管理办法，一是刷卡识别，另一种是密码识别。以下是對这两种的简介。

密码门禁系统：通过矩阵键盘输入密码，判断密码正确就驱动电锁，解锁放行。优点：简洁方便，成本低。缺点：等待麻烦。

刷卡门禁系统：依照卡的种类又分为两种，一种是接触卡门禁系统（磁条卡条码卡），另一种是非接触卡门禁系统。

这个芯片的微控制器基于ARM CortexTM-M3的控制器，这个是采用高性能的32位运算能力。这款的传统芯片所有型号都是以小占位面积的封装的形式，大大节省的使用空间。以价位的器件来享受享受高达32位的性能。

2.2电控锁驱动电路

读卡器接收卡号后。判断该卡号的是否有授权合理，如果卡号有合理授权，则执行开门信号。即将单片机主控设备的P2.7置为低电平0。以下的测试点A转变变为高电平1后，与此同时光电隔离器工作，那么接下来三极管选择导通，继而电器线圈驱动电路，开关执行闭合，电锁就可以打开。

2.3 4×4矩阵键盘硬件电路

简易设置矩阵键盘硬件电路图，它主要采用中断方式来判断按键输入，若其中有一个按键被按下，那么两个端口就会发生变化，于是内部原先设定的程序，在这里系统可以判断哪个键被按下。功能键包含六种：即左移或右移键，用来选择性控制；取消键，用于当输入错误数字。

2.4 驱动电路

电路功能是当输入密码，由系统验证后符合管理权限，就按开门键或关门键来控制门禁系统，这里控制门控系统开关设备。环境就要确保额定工作电压为+5V，额定工作电流最大为70mA，因为CC430F5135的I/O输出电压为+3V，故不能直接驱动继电器工作，那么就需要加一个三极管作为开关来控制继电器的总开关，继电器继而接收CC430F5135的主流控制信息来完成相应的控制程序的操作。

2.5 无线模块

本设计使用的无线模块为nRF905，就表示集成了nRF905的外围所需的器件， 包含一个鞭状天线， 传送距离可到300m以上，其引脚可以工作在433/868/915MHz的ISM主控频段。模块微控制器通信与SPI接口，这里系统满足了简单、快速、高效。

3 软件设计

3.1 通信协议

这里的PC机与主控设备间的设置包括：给予下载制定权限的卡号、给予上传读卡人信息的上传与读卡的瞬时时刻等等。

3.2 门禁管理软件

该系统采用Visual FoxPro为前台开发工具，主要由权限模块为管理模块，主要是用于管理系统的定义；卡片管理模块，制定或删除序列号、卡号；控制器管理模块。而且这里的主程序设计主要采用密码控制和非接触式卡片控制的管理模式，其任选一种都可执行。主控程序由PC机控制，方式由自定义选择。此程序采用串口执行的主要程序，用调用发生函数来判断。其执行过程要通过两种类型的判断，传输如遇到可执行函数判断，则开始执行，经采集传输数据后，最终进行总线据传输到门禁核心器中判断。

3.4 对称密钥密码体制

这里体制中加密密钥和解密密钥一样。在所有的范围内，通信双方享用一个共同密钥k，一方用密钥k加密明文，产生密文；另一方用密钥k解密密文，解析出恢复说明文。

我们这里把加密与解密详细过程统一标柱为：（m∈M明文空间，Ek表示加密算法，Dk表示解密算法）

C=Ek（m）

m=Dk（C）

m=Dk（Ek（m））

加密算法就和解密算法一样，系统的判断分组的明文信息是根据密钥执行一系列可逆的扩散与混乱总体算法。

3.5非对称密钥密码

其实在对称密钥密码系统中，人们发现它有两种主要缺陷：

密钥管理系统具有一定的复杂性，比如，在一个具有多个用户的相互通讯系统中，那么需要有Cn2个密钥，n表示多个用户，n很大时，就会变得维护密钥的安全变得复杂。

对称密钥系统只有在小的范围内能保证获取的信息，如用户身份的真实性的可靠；而在大的范围内，这样的对称性确不能保障。

4 结束语

本次设计所提出的基于单片机的门禁系统应用于住宅办公区域、小区以及一些重要区域。无线门禁系统更加方便和更加节约成本，能有效的防止不速之客的进入，为了创造更加安全的信息环境，为了更加健康安全的和谐社会。这种门禁系统所使用的IC不易污损，能够重复使用，极大地保障了门禁系统的高效、便捷、智能。随着未来电子通信技术的进步，我相信在以后无线门禁系统应用就会越来越广泛。

参考文献：

[1]尼涛，杨宏，艾春安.基于RFID技术的车辆管理门禁系统设计[J].工业控制计算机，2005，18（9）：1-2.

[2]方维松，张从力.射频技术在高速路车辆监控及运营管理中的应用[J].国外电子测量技术，2010，29（3）：76-78.