I C卡门禁系统设计及分析

    门禁，又称出入口控制系统，出入管理控制系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。随着智能化、数字化信息社会的到来，在科学技术发达的今天，门禁系统已发展成为一套现代化的、功能齐全的管理系统，它对出入门和通道的管理也早已超出了单纯的对门锁及钥匙的管理。它不止是作为进出口管理使用，而且还能有助于内部的有序化管理。它能够时刻自动记录人员的出人情况，限制内部人员的出入区域、出入时间，礼貌地拒绝不速之客。同时也将有效地保护财产不受侵犯。

    门禁管理系统已成为安全防范系统中极其重要的一部分，在一些发达国家，它正以远远高于其他类安防产品的进度迅猛发展，广泛应用在智能大厦、智能小区、办公室、宾馆等各种房间门、大门、人行通道的管理方面；在国内，门禁系统也己悄然兴起，包括邮电系统，供电系统，银行系统，住宅小区，度假村等各种类型的场所，都已有使用门禁系统的范例，并且呈现出高速发展的态势。门禁系统之所以能在众多安防产品中脱颖而出，根本原因是因为其改变了以往安防产品如闭路监控，防盗报警等被动的安防方式，以主动地控制替代了被动监视的方式，通过对主要通道的控制，防止了罪犯从正常通道的侵入，并且可以在罪案发生时通过对通道门的控制，限制罪犯的活动范围，制止犯罪或减少损失。
 
    常见的门禁系统有：密码门禁系统，IC卡门禁系统，指纹识别门禁系统等。密码门禁系统，由于安全性弱和便捷性差，已经面临淘汰；指纹识别门禁系统，安全性高，但由于成本高等问题，而没有得到广泛的市场认同。现在流行和通用的，还是1c卡门禁系统。Ic卡由于其较高的安全性、便捷性和性价比，成为门禁系统的主流。但市面上的门禁系统都要配置相应的Ic卡才能使用，如果由于遗失或各种原因导致没有足够的IC卡，便要再联系厂商购买，不但带来不便，而且价格昂贵。
 
    1 系统功能设计
 
    必须输人正确密码，才能进人系统菜单设置各项功能，
    如：增加新的Ic卡、删除已有的Ic卡、修改密码等；
    能增加新的Ic卡，最多可以发卡83张；
    能删除已有的Ic卡；
    能识别Ic卡并提示卡号；
    能识别不正确的插卡并提示；
    能读出Ic电话卡内的余额，并能按设置减去卡内相应的余额(为防止人为误操作，每次最高只能减去0．9元)； 
    以绿灯亮代表开门信号。
 
    2 系统原理图
 
    系统原理图如图1所示。
 

图1 系统原理图

    3 主控芯片ATmega8
 
    ATmega8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高档单片机。其内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备AVR高档单片机MEGA系列的全部性能和特点。Atmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR Iusc结构的8位单片机。AVR单片机的核心，是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU(算术逻辑单元)直接相连，实现了在一个时钟周期内执行一条指令同时访问(读写)两个独立寄存器的操作。这种结构提高了全码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。因此，Atmega8可以达到接近1MIPS／MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出l0倍。Atmega8的部分主要性能是：
 
    (1)高性能、低功耗的8位AVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构。
    130条功能强大的指令，大多数为单周期指令；
    32个8位通用工作寄存器；
    工作在16 MHz时，具有I6 MIPS的性能； 
    片内集成硬件乘法器(执行速度为2个时钟周期)。
 
    (2)集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器。
    8k字节的Flash程序存储器，擦写次数>10 000次；
    支持可在线编程(IPS)、可在应用自编程(IAP)；
    带有独立加密位的可先BOOT区，可通过BOOT区内的
    引导程序区(用户自己写入)来实现IPA编程；
    512字节的EEPROM，擦写次数100 000次；
    1k字节内部SRAM；
    可编程的程序加密位。 

    (3)特殊的微控制器性能。
    可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路；
    内部集成了可选择频率(1／2／4／8 MHz)、可校准的RC振荡器、外部和内部的中断源18个；
    最多23个可编程I／O口，可任意定义YO的输入，输出方向；
    输出时为推挽输出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载；输人口可定义为三态输入，可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻；
 
    宽工作电压：2．7—5．5 V(Atmega8L)。本系统使用Atmega8作为主控芯片，主要作用为：使用其I／O口读写IC电话卡内的全部信息，并将卡内的全部信息存储在Atmega8的EEPROM内，一张卡占用6个字节，一共可存储83张IC电话卡的信息，存储地址为EEPROM(0～497)；验证插入的IC卡是否允许通行，可通行则绿灯亮；验证输入的登录密码是否与EEPROM(地址为504～511)内存储的密码相同；检测3×4键盘是否有按键按下；将各类信息显示到液晶1602，以进行人机交换操作。
 
    4 IC电话卡
 
    上世纪90年代初期IC电话卡的出现，就已经取代了当时独霸一时的电话磁卡。由于电话磁卡存在严重的安全性问题。所以推出不久就被黑客破解，所以迄今亦彻底淘汰了。Ic电话卡，实质是一个带串行输出的128位的EPROM，片内的前64位已经写了保护，在出厂时已经编程，而且其熔丝位已被加密，所以无法更改片内的数据。而其后的40位计数单元，是受内部逻辑控制的，在读写时卡片内只能作减法计数，不能作加法计数，直至存储单元内装入的预置值减到0为止。因为Ic电话卡是一种一次性的计数卡片，所以卡片内的存储单元减至空，卡片也就用完了，也就是作废了。
 
    很多人都会把用完的Ic卡扔掉，但是电信公司发行的IC电话卡不计其数，这样一来就会对环境造成污染。本文介绍的门禁系统使用的Ic卡，就是电信公司的IC电话卡，无论Ic电话卡内有无余额，都能作为门禁的IC卡使用，完全符合环保概念，并能很好地解决门禁IC卡成本高和购买难的问题。

    Ic电话卡消费计数的单位价格，是根据各种应用系统设定的。例如：30元面值的IC电话卡，对应的片内的存储单元的预置是桕o0，那每单位值就是0．1元了，IC电话机以每分钟产生一个扣费脉冲信号，扣费值是由当地IC电话管理系统设定的。一般是0．3元和0．8元，卡片内被减值是3次或8次了。而其它国家的IC电话卡也是如此。
 
    Ic电话卡一般采用8脚封装和6脚封装，如果采用6脚封装的则无下面两个空脚。它的存储单元分布：64位EPROM(8字节)写保护区芯片数据代码区P发行商数据代码区，40位EEPROM(5字节)预置值计数。也就是说，每向高一字节进行借位(即写一位O)，紧接着的擦除时序可以对后一字节按字节擦除(即整个字节写1)。被擦除的字节，总是比借位写的字节低一字节。
 
    5 结束语
 
    本文通过对IC卡门禁系统的设计和分析和总结，提出了一种新的Ic卡门禁系统设计方案，采用上述方法实现IC卡最门的控制，不仅具有成本低、编程简单的特点，而且具有高可靠性和实用性。