隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，門禁管理系統(tǒng)不斷向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。但對于分散的小型企業(yè)和住宅小區(qū)來說，這些通用的門禁管理系統(tǒng)在布線和調(diào)試方面花費了過多的物力、財力。針對這種情況，本文介紹一種基于GPRS和RFID技術(shù)的門禁控制系統(tǒng)。

    該系統(tǒng)綜合了GPRS和RFID技術(shù),利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)門禁上位機對終端機的遠(yuǎn)程控制和交互數(shù)據(jù)傳輸,同時系統(tǒng)采用射頻識別技術(shù)作為門禁身份識別方法，使門禁管理更安全方便。
1 門禁系統(tǒng)的方案設(shè)計
1.1 門禁系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    該門禁系統(tǒng)由上位機和終端機兩部分組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

    上位機由一臺裝有管理軟件的PC機和一臺管理機組成。上位機負(fù)責(zé)IC卡的發(fā)放、銷毀,數(shù)據(jù)庫的建立、管理、維護和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫下載，負(fù)責(zé)收集、記錄各終端機上傳的信息，并向各個終端機發(fā)送命令。終端機是門禁系統(tǒng)的直接動作執(zhí)行部分，包括開/關(guān)門以及用戶的各種自助性服務(wù)。上位機和終端機之間通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
   該門禁系統(tǒng)有三種開門方式：密碼開門、刷卡開門、手機/電話遠(yuǎn)程開門。密碼開門指住戶通過終端機的鍵盤輸入自設(shè)定的密碼開門；刷卡開門指住戶通過系統(tǒng)上位機發(fā)放的IC卡開門；手機遠(yuǎn)程開門指訪客通過系統(tǒng)終端機處的鍵盤撥打綁定的住戶手機/電話，住戶驗證訪客身份后，通過手機/電話的“*”鍵控制門鎖打開。
1.2 管理機的硬件結(jié)構(gòu)組成
    管理機主要由：電源、GPRS模塊、外部存儲器、RS232串行通信接口、IC讀卡模塊組成。管理機的主要功能：讀取IC卡信息，協(xié)助上位機軟件建立數(shù)據(jù)庫；在PC機和終端機之間建立GRPS網(wǎng)絡(luò)橋梁，以便于PC機與終端機之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)交互。
1.3 終端機的硬件結(jié)構(gòu)
    對各用戶來說，門禁控制系統(tǒng)最重要的就是終端機，本終端機主要包括以下幾個部分：電源為終端機電路提供不同等級的電壓；微控制器負(fù)責(zé)終端機系統(tǒng)的信息采集、數(shù)據(jù)處理以及對各功能模塊的控制；IC讀卡模塊負(fù)責(zé)對IC卡實時讀取并將卡片信息上傳給CPU；GPRS模塊負(fù)責(zé)終端機與上位機、用戶手機/電話之間的信息交互；音調(diào)譯碼器根據(jù)接收到用戶手機/電話的按鍵音頻脈沖信號實現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程控制；鍵盤顯示模塊為人機接口，主要用于訪客輸入房間號和密碼等信息；外部存儲器主要存儲用戶的相關(guān)信息；電磁鎖驅(qū)動門的開關(guān)。終端機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 終端機的硬件設(shè)計
    針對各個模塊的功能及性能要求，設(shè)計了各主要模塊的電路。
2.1 微控制器選擇
　 本設(shè)計選用新華龍公司的C8051F340為CPU[1]。該單片機有64 KB 的Flash程序存儲空間，4 532 B的RAM，40個I/O口，4個通用16位計數(shù)器/定時器，雙串口。另外，單片機還具有體積小（9 mm×9 mm）、價格低等優(yōu)點。
2.2 GPRS模塊
    為減少管理機和終端機之間的布線，充分利用現(xiàn)有的無線通信技術(shù)，管理機和終端機之間的數(shù)據(jù)交互采用GPRS通信技術(shù)。同時為了實現(xiàn)用戶能夠用手機/電話遠(yuǎn)程控制樓宇門的開關(guān)，利用了GPRS模塊的短信及語音等功能。
　GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢，具有實時在線、按量計費等特點，能夠更加有效地利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適用于間歇、非周期數(shù)據(jù)傳輸、少量的數(shù)據(jù)傳輸，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛的應(yīng)用。
    GPRS模塊選用SIMCOM公司的SIM900B模塊，該模塊具有體積小、性能穩(wěn)定、自帶天線扣、性價比高等特點，可以實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)的低功耗傳輸。SIM900B的電路連接如圖3所示。

　U3為SIM卡，SIM900B通過自有的SIM卡接口為SIM卡提供電源并向其發(fā)送指令，實現(xiàn)SMS、呼叫等功能。D4～D7是為了防止靜電損害，在SIM卡座附近放置的瞬變電壓抑制二極管。
    PWKEY管腳為SIM900B的使能端，軟件使該管腳拉低至少100 ms后，SIM900B進入使能狀態(tài)，此時CPU可通過串口向SIM900B發(fā)送指令。
2.3 IC讀卡模塊
    射頻識別RFID[2](Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，利用射頻信號及其空間耦合和傳輸特性實現(xiàn)對靜止或移動物體的自動識別及數(shù)據(jù)交換。
    RFID的實現(xiàn)包括RFID卡及讀卡器兩部分。
    (1)射頻識別卡
    對于本系統(tǒng)而言，考慮到安全性及功能的可擴展性，選用了工作頻率為13.56 MHz的IC卡，Mifare One S50、S70、FM1208及其兼容卡片均可。
    (2)讀卡器的設(shè)計
    針對本系統(tǒng)所選的IC卡,以MF RC530作為讀卡芯片。MF RC530利用了先進的調(diào)制和解調(diào)技術(shù),完全集成了在13.56 MHz 下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動天線（可達(dá)100 mm）。
    為節(jié)省I/O口資源，RC530與單片機采用SPI方式連接，RC530應(yīng)用電路如圖4所示。TX引腳上的電感和電容組成低通濾波器，能夠很好地抑制13.56 MHz石英晶體振蕩器中的高次諧波。接收電路部分的VMID與RX引腳之間連接一個分壓器[3]。

2.4 電源模塊
    分析系統(tǒng)的功耗及各功能模塊的電壓需求，整個系統(tǒng)需要5 V、4.2 V、3.3 V 3個電壓等級。可采用不同的降壓型電壓轉(zhuǎn)換芯片逐級降低系統(tǒng)的輸入電壓。整個系統(tǒng)的輸入電壓由220 V市電經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為12 V供給系統(tǒng)使用。
　第一級電壓轉(zhuǎn)換采用了LM2576單片集成穩(wěn)壓器實現(xiàn)12 V→5 V的電壓轉(zhuǎn)換。該5 V電源為鍵盤顯示、蜂鳴器控制電路、電磁鎖控制電路以及作為后續(xù)4.2 V、3.3 V的電源輸入。
　第二級電壓轉(zhuǎn)換采用MIC29302實現(xiàn)5 V→4.2 V的轉(zhuǎn)換，主要是為SIM900B模塊供電。
　第三級電壓轉(zhuǎn)換采用AMS1117實現(xiàn)5 V→3.3 V的轉(zhuǎn)換，主要供給微控制器C8051F340、語音芯片AP89170等使用。
2.5 其他部分
    系統(tǒng)鍵盤顯示部分采用專用的智能控制芯片HD7279A，以MT8870作為雙音多頻解碼芯片，實現(xiàn)用戶手機/電話按鍵音的解碼，遠(yuǎn)程開門的功能。
　由于系統(tǒng)要存儲的信息量比較大，考慮體積、I/O口數(shù)量等因素，設(shè)計選用串行的AT45DB041D為外部存儲器。對本系統(tǒng)而言，該芯片可存儲3 000個用戶信息。
　系統(tǒng)需要根據(jù)終端機的不同操作，發(fā)出相應(yīng)的提示語音。例如：“沒有此住戶”、“密碼錯誤”等。提示語音時間短，對音質(zhì)要求不高，不需要重復(fù)錄制和擦除，系統(tǒng)選用OTP型的AP89170作為語音芯片。
　電磁鎖的驅(qū)動電路采用光耦PC817和功率場效應(yīng)管IRF9530實現(xiàn)數(shù)字電路對電磁鎖的隔離、驅(qū)動。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件主要包括管理機、終端機及上位機軟件三部分。由于管理機的大部分功能的實現(xiàn)方法與終端機是相同(例如射頻卡讀卡子程序、SIM900B建立GPRS連接的子程序)，且子程序是通用的，從而采用模塊化的設(shè)計方法，以減少軟件設(shè)計的工作量，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。
    (1)終端機軟件流程
　終端機軟件的總體設(shè)計思路：系統(tǒng)上電/復(fù)位開始運行，對系統(tǒng)進行初始化及自檢。自檢成功后，蜂鳴器響一聲。讀存儲器中的系統(tǒng)參數(shù)，判斷存儲器是否為空。為空，則初始化系統(tǒng)參數(shù)；非空，則計算出通話時長、住戶數(shù)目、卡數(shù)目等。之后，程序進入主循環(huán)。主循環(huán)中主要有四大部分：終端機對一些外部輸入信號的處理(如按鍵、IC卡等)，以及對接收到的管理指令（如增加住戶、刪除住戶等）的處理；終端機和管理機建立GPRS鏈接、進行GPRS通信；管理機對終端機進行串口管理。終端機軟件流程如圖5所示。

    (2)上位機軟件
　 PC機的上位機軟件是系統(tǒng)重要的組成部分，是物業(yè)管理人員對門禁系統(tǒng)管理的最直接方式，人性化、操作簡單是上位機軟件設(shè)計最基本的要求。
　基于各種軟件開發(fā)工具的優(yōu)缺點比較，及本系統(tǒng)在軟件功能上的具體要求分析，設(shè)計中采用Delphi 7.0作為上位機軟件開發(fā)工具[4]。
　界面主要由管理員命令（Admin）、操作員命令（Manager）、服務(wù)員命令（user）、串口設(shè)置、密碼管理以及退出菜單組成。為了提高門禁系統(tǒng)上位機軟件的安全性，軟件設(shè)置了3種不同操作權(quán)限的用戶類型：Admin、Manager及User。
    (1)Admin用戶擁有最高的管理權(quán)限。admin用戶可以進行用戶管理、終端機管理以及數(shù)據(jù)庫備份操作。Admin用戶可以增加用戶及修改用戶的類型，添加門禁終端機且對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行備份、恢復(fù)。
　(2)Manager用戶可以進行住戶信息管理、IC卡發(fā)放管理等操作。
　(3)User用戶僅擁有查詢數(shù)據(jù)以及報表打印等操作權(quán)限，不能進行IC卡發(fā)放以住戶信息修改等操作。
　該門禁系統(tǒng)上位機軟件具有較好的操作界面，符合Windows操作習(xí)慣，使用方便。
   本文以新華龍公司的C8051F340為主控芯片，以SIM900B為GPRS模塊，以IC卡為身份識別卡，設(shè)計了一個多種管理及操作方式的門禁控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集無線網(wǎng)絡(luò)管理、短信管理及串口管理于一體，提供了密碼開門、刷卡開門、手機/電話遠(yuǎn)程開門等多種開門方式。該系統(tǒng)成本低，安裝、使用方便，安全可靠，易于推廣。
參考文獻(xiàn)
[1] 新華龍電子有限公司.C8051F340/1/2/3/4/5/6/7全速USB Flash微控制器數(shù)據(jù)手冊[EB/OL]（2006-1）,www.xhl.com.cn.
[2] 游戰(zhàn)清.無線射頻識別(RFID)與條碼技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.
[3] 深圳吉盛科技有限公司.MF RC500匹配電路和天線的設(shè)計[EB/OL].(2005-2)，www.szjskj.com.
[4] 王春紅.Delphi 7程序設(shè)計[M].北京:北京交通大學(xué)出版社, 2004.