车库门禁集中控制系统的设计

    为了极大地节省人力、物力、财力的成本，车库集中控制成为了物业管理的一个有效的环节。传统的车库门禁系统主要是单一车库遥控操作模式，当车库数量较多时，管理人员需要耗费大量时间寻找相应车库的遥控器，一方面给管理人员增加了工作强度，另一方面也不能及时响应车库开门，同时每个车库遥控器的保管以及定期的电池更换，都将给物业管理部门带来人、财、物的消耗。

    1车库门禁集中控制系统结构

    目前，车库门禁系统的遥控操作，大多运用PT2262／PT2272编译码技术，并借助315 MHz或433 MHz射频网络对车库门实现开与关的控制。PT2262／2272在遥控编译码操作中，务必保证地址码的一致性，当采用一个遥控编码芯片控制多个解码芯片时，就需要对不同解码芯片进行相应地址码的切换，实际应用中可以采用继电器触点和三态门两种切换方式，试验发现，当频繁切换地址码时，多位地址代码中只要含有“01”或“10”的形式，几次或几十次连续遥控操作后，地址码的唯一性将破坏，无法完成遥控编、译码功能。所以，当“单点”对“多点”控制且采用PT2272译码操作时，切实可行的手段就是借助单片机技术模PT2262编码。

    车库门禁集中控制系统采用单片机模拟编码，对于接收译码既可以是PT2272硬件译码方式，也可以是单片机软件译码方式。如图1所示，车库门禁集中控制系统结构框图，分五个基本单元：键盘、微处理器基本系统、非易失性SRAM、显示、315 MHz发射模块．键盘实现地址码与数据码的输入给定；微处理器基本系统主要是模拟PT2262产生8位地址码、4位数据码和同步码的调制信号，通过光电隔离驱动315 MHz发射模块；车库状态信息通过双色LED指示，如红色代表车库已存车，绿色代表车库未存车，所有车库的状态信息一方面通过非易失性DS1225SRAM保存，另一方面通过LCD滚动显示，以实现车库集中动态管理。 

图1系统整体结构图

    2硬件设计

    2．1单片机及其外围电路

    单片机选型采用MCS51系列单片机，考虑到微处理器的抗干扰能力以及源代码容量，选用flash ROM为8K的STC89C52作为系统的控制器，硬件接口电路如图2．由于键盘输入需要提供0-9十个数字以及开门、关门、暂停、解密、在库等5个功能按键，P1口作为用户4x4矩阵键盘输入接口，并通过CD4046产生键盘使能信号形成外部中断。

图2单片机及其外围电路 

    微处理器晶振频率的选择较为重要，考虑到软件模拟编码，对于硬件译码的方式，晶振频率的高与低，对编译码影响的关系并不大；但对于软件译码方式，时序要求较高，晶振频率较高比较理想。这里选用24 MHz晶振，扩展的可编程并行口82C55最多可以提供24个I／O 口，用于双色LED显示使能。由于每个车库状态对应于一个红绿双色二极管，当车库有车时，二极管为红色，车库处于空闲状态时，一极管为绿色，可见车库存车状况要么已存车，要么未存车，是一种“乒乓”方式。考虑到LED 总处于显示状态，即便一个LED只需要5 mA的电流，则要求82C55提供至少600 mW 的输出功率，可见82C55输出口同时驱动24个LED 显示是不现实的，这里在82C55的输出口接一个反相器如74LS06以提供显示驱动，如图3双色LED显示电路图所示，当A点为高电平，B 点为低电平，二极管发红色光，反之，当A点为低电平，B点为高电平，二极管发绿色光。82C55的片选端CS接单片机的P2．6。而实际设计中共需要25个双色LED显示驱动，则直接采用单片机的P2．7实现一位双色LED显示驱动。 

图3 双色LED显示电路示意图

    LED只能对单一车库的存车状态给予指示，对于全部车库存车动态信息采用LCD给予宏观显示．LCD选用SMG12864A，其内核为ST7920，内置中文字库，采用I／O口控制方式，8位数据并行口接单片机P0口，控制线RS、R／W、E和RST分别接单片机的P3．0、P3．1、P3．3和复位电路高电平输出。系统上电时，LCD复位，当E为高电平，LCD使能，RS为数据和命令选择端，RS=I时，为读写数据，RS=0时，表示读写指令或读状态字，R／w=1进行读操作，R／W=0进行写操作。键盘若无任何操作，LCD滚动显示在库库号和空库库号信息。

    为了避免系统掉电时，车库状态集中管理信息丢失，设计时扩展了非易失性SRAM 芯片DSl225AD，它可以在没有外部电源的情况下最少可以保存数据l0年，掉电期间数据被自动保护，并且，没有写次数限制，DS1225AD 的片选端 接单片机的P2．5。

    2．2315MHz射频单元

    单片机比对PT2262编码方式模拟的数据输出信号，由P2．4通过光耦TIL117隔离后与发射模块相连。射频模块选用深圳科讯生辉公司制作的315MHz或433 MHz的ASK发射模块，实验发现，绕射距离相对较远，空旷发射距离更远，这也是一般ASK发射模块所不及的。该模块采用9 V供电，声表谐振器SAW 稳频，两级放大的大功率发射驱动，保证了较好的发射距离。

    考虑到射频模块对单片机系统运行的影响，P2．4输出的数据通过同轴电缆引出，对射频单元采取屏蔽措施，提高了系统的稳定性。

    3系统软件设计

    3．1系统初始化

系统的初始化主要是：P1口赋0FOH；单片机定时器TO定义为方式1；外部中断0定义为边沿触发方式；82C55的A、B、C口定义为方式0输出模式；SMG12864A的初始化。

    3．2模拟PT2262编码生成

    PT2262及其兼容芯片一帧数据包括12位地址／数据码和同步码．本设计一帧数据的格式为8位地址码，4位数据码和同步码，1位地址／数据宽度位是32个振荡周期ɑ，如图4所示，PT2262编码时序图，位0、位1和高组态f通过改变脉冲占空比的不同区分，其中位0在32个振荡周期ɑ中由两个占空比为0．25的脉冲所组成；位1在32个振荡周期中由两个占空比为0．75的脉冲所组成；位f在32个振荡周期ɑ中由占空比为0．25和占空比为0．75的两个脉冲所组成。

    如图5所示，PT2262同步码时序图，同步码在128个振荡周期ɑ内，其占空比为1／32，且先高电平后低电平模式。本设计中振荡周期ɑ为50μs，系统每次重复发送4帧数据以确保接收能正确识别。

图4 PT2262编码时序图

图5 PT2262同步码时序图

    3．3程序流程图

图6主程序流程图 

图7中断服务程序流程图

    系统程序包含三部分：键盘扫描、模拟编码生成、LCD显示，源代码采用C51编写。主程序流程如图6所示，上电后系统初始化，从DS1225中读出关电源前各车库状态，刷新LED指示，每隔一段时间对系统“名称界面1”、“空车库号统计界面2”、“车在库号统计界面3”滚动显示。统计界面一屏可显示l5个车库号，当空车库号统计数或车在库号统计数超过l5，则需要相应界面的统计内容更新。为了确保显示界面美观，对LCD操作时需要暂时关闭外部中断。键盘输入时，响应外部中断0服务程序，中断服务程序流程如图7所示。扫描键盘，获取数字键与功能键的键值，显示车库号，并生成模拟2262的数据帧，即地址码+数据码+同步码，执行开门、关门、暂停、解密等命令。

    4结论

    本设计基于单片机软件模拟PT2262编码，实现了对多车库门的遥控操作，改变了原有单一门禁遥控操作方式，并提供了良好的人机界面，便于操作，达到了车库门禁集中控制目的。实践证明，系统运行稳定、可靠，对现有的门禁遥控改造有较好的推广价值。
 
    (湖南文理学院电气工程学院：王文虎，李建奇，朱文君)