门禁控制器的设计与开发

0 引言

    门禁控制器是门禁系统的核心部分。门禁系统的各项功能都是由它直接完成的，如处理读卡器传来的数据流，并按照标准协议把其转换为相应的卡片识别码；接收主机的命令完成实时监控、卡权限下载、设置门禁管理延时、报警联动、控制器复位等操作；缓存刷卡记录及刷卡时间；按照卡的权限开相应的门等。因此，系统对于控制器的设计有较高的要求，硬件与软件要按系统全局最优原则考虑设计。

    本文讨论的控制器采用8位单片机设计，集数据处理、存贮、通讯功能于一块印制电路板上，具有与读卡器终端和通讯口快速拆除的特点。因而，它既可作为一个节点同主机通讯形成主从式总线结构网络，也可以作为一个独立的单片机控制系统，具有一定的灵活性。

1 总体技术要求 

    在门禁控制器的硬件电路设计方面，重点是如何通过单片机的开发实现以下几个功能：读卡器的读卡和开门功能；记录和重要数据的存储功能；精确的时间管理；门状态检测以及在线联网功能。通过需求分析得知，该系统对单片机要求比较高，要求体积小、功耗低、易升级、大容量、抗干扰能力强、使用寿命长、低成本等特点，而且由于其外围器件多，需要的I／0口较多。经过对比SST89系列的单片机，特别适合该系统的开发，芯片管脚图如图1所示。 

图1 SST89558RD管脚图

    为了满足控制器对时钟高精确度的要求，它不仅要求控制器能根据时段属性控制出入口，并能产生相应的动作，而且还要准确记录事件发生的日期和时间。经过精心比较，本系统选用了性价比极高的时钟芯片DS1216D，同时配备电池保证时钟芯片的准确性。

    门禁控制器要求能存储控制方式、卡片表、事件表、时段表、群组表、节假日表等各种信息，这就需要一定容量的存储器。由于这些信息需要随时读写，掉电时又不能丢失，要求门禁系统能够脱机运行，而且控制器能够在脱机的情况下保存一定的事件纪录，当该控制器在线后能够自动上传到控制器。该系统设定控制器能够保存2000件历史事件记录，根据容量计算选用了AT24C1024存储芯片，同时配备电池保持事件的不丢失。系统总框图如图2所示。

图2 门禁控制器系统总框图

2 技术解决途径

2．1 单片机最小系统设计

    最小系统是由保证微处理器可靠工作所必须的基本电路组成的。SSST89E58芯片加上数据存储器AT24C1024(EEPROM)、锁存器及电源电路、晶体振荡器电路、复位电路就构成了本系统的最小系统。另外，在系统掉电情况下为保存重要的数据采集带有时钟(SmartWatch)的锂电池保护器件(DS1216D)作为后备电源，同时也为系统提供了实时时钟。 

    因为时钟频率是决定门禁控制器的CPU运行速度和时序的重要性能指标。本设计采用外部时钟电路。在SST89E58的管脚XTAL1和XTAL2之间接一 个11．0592 Hz的石英晶体，如图3所示。

图3 晶体电路