基于非接触式ID卡技术设计的巡更系统

出处：davidli88 发布于：2007-04-29 09:38:28

基于非接触式ID卡技术设计的巡更系统

李爱军，叶　立，肖春艳

（西安交大开元科技股份有限公司　陕西西安　710043）

随着生活水平的不断提高，人们对自己的居住环境要求愈来愈高，其中居住环境的安防设施如：可视对讲、监控、巡更、安防报警等系统便是智能小区的基本设施。现在应用比较多的巡更系统是采用接触式技术采集信息，这种巡更系统如果使用的时间和次数到一定程度时，信息钮与采集器之间的接触部位便会因磨损或生锈而导致数据采集错误、失效。采用非接触式ID卡技术便可以避免这种缺点。

非接触ID卡的数据读取具有非接触性，即根据不同的硬件电路设计，可以在距离非接触ID卡4～10 cm处读取数据。因此，读取非接触式ID卡数据无需机械接触即可完成，避免了接触式数据读取而产生的卡的损伤、时间长久而生锈，从而大大提高了卡的使用寿命。此外，非接触式ID卡还可以按不同的应用采用一行封装，如硬币型、柱型，并可以将其预埋于目的位置。

2　非接触式ID卡及读卡头GP-8的主要特性

内部都有激光可编程ROM，卡号便存储在其中。读卡头主要有台湾集嘉公司的GP-8和GP-20们都采用125 kHz的典型工作频率，调制方式为曼彻斯特码（Manchester）调制，位数据传输周期为512μs。　　

读卡头在工作时产生一个125 kHz的电磁场来扩展他的距离，当射频卡（非接触ID卡）放于读卡头的附近，他从电磁场提取感应电，感应能足以够他内部使用。射频卡的数据以调幅形式发射，读卡头可检测到这些信号并将他们转变成原数据。读卡头GP-8在工作电压5V便有好的读距离。基本输出部件可构成多种通用格式，包括韦更（Wiegand）、磁卡仿真，所以他可升级现役的安装。表1为GP-8的管脚介绍。GP-8的输出接口可被用户定制，如表2所示。

本例应用他的Serial ASDII（RS232）数据输出格式，Serial ASCII（RS232）数据格式如下（均为十六进制数表示）：

STX：起始字，为02H。

DATA：数据主体，10个字节，均为HEXASCII码。　

CHECKSUM：校验和，2个字节。如校验和为04FH，则CHECKSUM为“4”（ASCII码034H）和“F”（ASCII码046H）。

ETX：结束字，为03H。

3　巡更系统之信息采集器工作原理

巡更系统（离散式）主要由信息采集器、信息钮、管理软件组成。信息采集器的主要功能就是采集信息钮号（卡号）和采集时间，他的时钟数据由计算机系统时间设定，然后将所采集的信息送给计算机。信息采集器的原理结构框图如图1所示。

（1）工作原理过程1：信息采集

信息采集器与信息钮（非接触式ID卡）非接触感应，信息钮的数据以调幅形式发射给GP-8读卡头，读卡头将数据接收并还原之后以波特率9600 b／s发送给89C2051单片机接收口，单片机将数据压缩处理，即将2个ASCII码字节压缩成1个HEX码，如卡号为“123400ABCD”可以压缩成5个HEX字节，如：12H，34H，00H，ABH，CDH，以节约E2PROM-24C32的存储空间，然后读取PCF8563时间数据，与压缩后的卡号一同存储到E2PROM-24C32中，并更新地址指针。

（2）工作原理过程2：数据发送给计算机并刷新时间

将信息采集器与计算机连接（RS232口），打开计算机管理软件。计算机给信息采集器发送数据采集指令，信息采集器响应后将数据还原成ASCII码，并将数据一簇一簇（卡号＋采集时间）地发送给计算机，直到地址指针所指位置。然后计算机更新信息采集器的时钟数据，信息采集器更新地址指针为0。

4　信息采集器硬件设计

用单片机89C2051来实现对GP-8读卡头的数据采集、对E2PROM-24C32存储器数据存储、对时钟芯片PCF8563时间读取控制。数据通过MAX232电平转换发送给计算机。为了确保时钟芯片PCF8563的连续工作，用一个3 V电池给他供电，并在其电源端并接一个大电容以备换电池时继续工作。因为24C32和PCF8563都是I2C器件，可以共用同一数据线和时钟线，但本例中89C2051的接口资源还有富余，所以将他们分开，以便软件设计。单片机的P1．0，P1．1脚分别作为E2PROM-24C32存储器的串行数据/地址和串行时钟线；单片机的P1．2，P1．3脚分别作为PCF8563时钟芯片的串行数据／地址和串行时钟线。图2是信息采集器的主要电路原理图。

5　时钟芯片PCF8563T

PCF8563是Philips公司推出的一款带I2C总线，具有极低功耗的多功能时钟／日历芯片。PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路（1．0 V）、以及两线制I2C总线通讯方式不但使外围电路极其简洁，而且也增加了芯片的可靠性。当然作为时钟芯片PCF8563亦解决了2000年问题，因而PCF8563是一种性价比极高的时钟芯片。他广泛应用于电话传便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。下面将主要的性能指标做一综合：

①宽电压范围1．0～5．5 V，复位电压Vlow＝1．0 V；
②超低功耗典型值为0．25 A；　　
③4种报警功能和定时器功能；　　
④内部复位电路内部振荡器电路和内部低压检测电路；
⑤中断输出和可编程时钟输出功能；　　
⑥400 kHz I2C总线

5．1　PCF8563的管脚描述　

　管脚描述如表3所示

5.2 PCF8563内部寄存器　　
PCF8563共有16个寄存器，其中00H，01H为控制方式寄存器；09H，0CH为报警功能寄存器；0DH为时钟输出寄存器；0EH和0FH为定时器功能寄存器；02H，08H为秒年时间寄存器。各寄存器的位描述综合如表4所示。6 E2PROM-24C32存储器本例中用24C32作为数据存储器。他是一个32kB串行CMOS-E2PROM，内部含有4 096个字节，每字节为8B。先进CMOS技术减少了器件的功耗，24C32有一个32 b页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作。

（1）管脚描述如表5所示。

（2）功能描述　　

24C32支持I2C总线数据传送协议，I2C总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器，任何从总线接收数据的器件为接收器，数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。24C32是作为从器件被操作的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据发送或接收的模式。

7　软件设计巡更系统的软件包括2个部分：　　

信息采集器的单片机汇编软件和为计算机的管理软件。本例只将信息采集器的单片机汇编软件的流程框图介绍一下，根据以上介绍和I2C总线协议规定，我们不难设计信息采集器的单片机汇编软件。

根据图2和信息采集器主要原理电路和PCF8563的约定，24C32的总线地址为0A0H，PCF8563的总线地址为0A2H。计算机管理软件是基于控制对象可视化编程的VB6．0编制，利用他的MSComm控件来实现与单片机通讯。MSComm是微软公司为了方便用户的串口通讯编制而开发的一种Active X控件，与其他控件一样，MSComm控件也是使用许多的属性和用户进行交互的。利用VB6．0的Access 2．0／7．0来实现数据库操作机管理。图3是信息采集器的软件框图。

8　结语

本文介绍的巡更系统,通过在实际应用中的使用情况看来,提高了系统的工作可靠性和使用寿命,大大降低了系统的制造成本,方便了保安人员的操作使用