基于GSM/SMS的门禁控制系统设计

出处：hexiaoxiao 发布于：2007-04-17 11:56:40

随着科技的发展，智能化管理已经走进了人们的社会生活，智能化的门禁监控已是现代化管理的手段之一。门禁系统逐渐由原来的钥匙开门，到IC卡的门禁管理，到现在的非接触式IC卡门禁系统。基于GSM／SMS的门禁控制系统采用了非接触IC卡来控制出入，利用短信息(Short Message Service，SMS)来回传监控信息的一个高性能的门禁控制系统。下面以移动公司的基站门禁系统为例来介绍门禁控制系统的设计。

1 系统组成及主要功能

基于GSM／SMS的门禁控制采用的是“集中管理，分散控制”的设计思路。系统由电控锁、非接触IC卡、传感器、监控终端、输出控制继电器、中央控制机和GSM网络平台等构成。本系统将安装于现场的门禁控制器和监控器制作于一体，使得整个系统具有更高的性能价格比，使得系统同时具有门禁和监控功能。是基站门禁系统的整体框图。

1.1 组网方式

组网方式充分考虑了运行费用，信息安全和可靠性。系统采用现有的GSM网络传输资源，利用短消息传输数据及监控信息，不需外加传输和接入设备，节省了资源，且短消息使用的正好是移动的网络，对移动网络进行充分应用，其使用过程产生的费用可缩减为零。GSM短信经短消息服务中心完成存储和转发，信息发送和接收完全可靠，不会丢失，GSM基站信号区相互重叠覆盖，如果本基站通信故障，可由相邻基站随时接替，避免线路故障对系统的影响，不须额外增加路由设备，可用性和安全性很高。

1.2 系统主要功能介绍

1.2.1 控制中心主要功能

权限管理对人员出入权限设置、更改、取消、恢复。

存储功能存储人员出入的日期、时间、卡号、是否非法等相关信息。

集中管理功能控制中心可建立基站资料库，定期或实时采集每个出入口的进出资料，可按各基站进行汇总、查询、分类、打印等。

1.2.2 门禁终端的主要功能

门禁终端的功能主要是2方面：

门禁功能利用非接触IC识别卡来判断身份是否合法，只有身份合法的．门禁终端的微控制器才会打开电磁锁，当有人非法入侵时，系统报警，并回传信息到控制中心与相对应的基站管理员。

监控功能微控制器定时(每30 min)把从传感器接收到的数据通过GSM模块发送给控制中心，保证了基站的安全以及确保能在门禁系统或基站内的仪表坏的情况下工作人员都能定时、定点地进行设备维护。

另外还带有自动温控功能，温度传感器把从基站内的发射机温度指数传到微控制器上，微控制器来判断温度是否超标，如果超标，微控制器会加速空调内的电动机的转速，从而达到自动温控的目的。

2 系统设计

2.1 控制中心简介

系统控制中心结构框图如所示。

控制中心包括：中央控制机、GSM模块、打印机、电源等设备。门禁控制中心的控制计算机系统采用WindowsXP操作系统、SQL Server 2000数据库。中央控制机与GSM模块利用串口来连接，串口连接时需要通过MAX3238进行电平转换。中央控制机通过AT命令来实现GSM模块的功能，软件编程是用VC⁺⁺。

2.2 终端硬件设计

终端主要以单片机89C51为设计而成，其中包括GSM模块、数据存储器、继电器、读卡器、门磁开关、温度传感器、水浸传感器、烟雾探测器和电子报警器等。为门禁终端组成示意图。

下面来介绍一下主要器件以及器件是如何选择的。

GSM模块选择主要是考虑到性能是否稳定，开发是否方便。GSM模块选用的是索爱(Sony Ericsson)的GR47模块，一个真正工业级模块。GR47是带有GSM／GPRS全套语音和数据功能的先进无线模块，是900／1 800 MHz双波段GSM产品。内嵌TCP／IP协议栈，开发方便。13 MHz 32位CPU；44 kB闪存；25 kB快存内存，9个I／O口，4个O口，1个I口，1个ISP，1个I2C，5组8位ADC／DAC。模块功能由AT命令通过串口实现，使用户可以地缩短GSM产品的研发周期。工业级模块比普通模块更稳定，能够在恶劣的条件下稳定工作，且GR47模块还具有GPRS功能，内嵌TCP／IP协议，具有很强的升级能力。

微控制器选用的是AT89C51单片机，AT89C5l是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内4 kB可重擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 B的随机存取数据存储器(RAM)，兼容标准MCS-51产品指令系统，32个可编程I／O口，2个16位定时、计数器，6个中断源，可编程串行UART通道。

非接触lC卡是采用Philips公司的非接触智能IC卡Mifare1卡。以用户卡的序列号SN(惟一)为依据控制门的开启，安全保证，三次下互认(ISO／IEC DIS9798-0)、RF通讯过程数据加密处理、存储器中每一扇区可设置相互独立的密码、每张卡有32位惟一序列号、传输密码保护、存储器加、减运算处理，具有很强的安全保证。

数据存储器选用铁电存储器(ferroelectric RAM-FRAM)FM1608，FRAM的技术是铁电晶体材料，这使得铁电存储产品同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储产品的特性。FRAM能以与RAM一样的速度读写，且所存数据掉电后不丢失。

为解决AT89C51单片机与GR47模块之间的电平接口不一致的问题，AT89C5l的TXD经过2.7 V稳压管，将高电平嵌位在2.7 V后连接到GR47的RXD；GR47的TXD经过电压比较器将0～3 V信号变成0～5 V的信号后接至AT89C51的RXD。温度传感器、水浸传感器、门磁开关、烟雾探测器、电子报警器分别接到P2.0～P2.4口上。

2.3 终端软件设计

门禁终端的程序流程图如所示。

GR47模块有3个串口，这里用串口1来进行连接，他的默认波特率是9 600 kb／s。其中初始化主要是把波特率设为9 600 kb／s，8位数据位，l位停止位，无硬件流控制。

门禁终端以89C5l单片机为组成，采用单片机C语言来进行编程，其中用单片机来控制模块来回传信息是非常重要的环节，下面给出两个C语言子程序。一个是发送单字符子程序，一个是发送一串字符子程序。

模块的所有功能都是用AT命令来控制实现，整个终端实际上就是用C语言来对单片机进行编程控制，用单片机来控制终端里的其他的器件过程。单片机发送AT命令控制GR47模块，AT指令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的，其中包含了短信息的控制。对SMS的控制共有3种实现途径：Block模式、Text模式和PDU模式。其中Block Mode模式已经不使用了，Text模式比较简单，很多诺基亚手机支持该模式，但缺点是不能收发中文短信，只是用来发送ASCII纯文本的。发送和接收中文或中／英文混合的短信息必须采用PDU模式，PDU模式中短消息数据又有3种编码方式：UTF7，UTF8，UNICODE。本系统的SMS的收发采用的是PDU模式中的UNICODE编码方式，短信息正文经过十六进制编码后进行传送。在本设计采用PDU模式来发送接收短信息。

下面用发送‘一切正常’到13776816151为例来介绍AT命令：

3 结语

本系统已经正常运行了200多个小时，稳定性能高。基于GSM／SMS的门禁控制系统正是迎合经济的发展，并充分考虑到系统的性能、价格，以及系统的升级能力。该套门禁控制系统采用业界较为先进，同时又比较成熟、可靠的技术方案，具有管理维护方便、系统安全可靠、软硬件扩展性强的特点，还可以方便地与保安监控系统、消防系统联动。该套门禁管理系统对其他单位或智能大厦门禁管理系统的开发有很好的借鉴作用。本系统还具有很方便的升级功能，只要稍做改动，就可以使本系统增加上网功能，可以性传输更大数据量。